例談高中物理教學(xué)中的問題設(shè)計(jì)

賈 華 許敬川 解遠(yuǎn)領(lǐng)

(天津市耀華中學(xué) 天津 300040)

1 引言

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))》在新課程實(shí)施上提出：“注重自主學(xué)習(xí)，提倡教學(xué)方式多樣化”，在教科書編寫上提出：“科學(xué)始于觀察，思維源于問題，教科書在講解物理概念、原理和規(guī)律時(shí)，應(yīng)從觀察和問題出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生展開想象的翅膀，提出各種可供檢驗(yàn)的猜想和假說，再經(jīng)過分析和驗(yàn)證，直到解決問題”[1].這就要求課堂必須從以講授為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)習(xí)為中心，所有的教學(xué)必須以學(xué)生為主線去設(shè)計(jì)，必須讓學(xué)生真實(shí)的學(xué)習(xí)過程能夠發(fā)生并且展開.在這種課堂中，問題應(yīng)該是教師和學(xué)生教與學(xué)的主線，課堂教學(xué)中教師和學(xué)生圍繞問題進(jìn)行活動(dòng)，學(xué)生通過問題學(xué)習(xí)，教師通過問題組織教學(xué)，問題是引導(dǎo)課堂教學(xué)有序展開的一條主線[2].所以，要獲得高效的物理課堂，有效的問題設(shè)計(jì)就顯得非常重要.這些年來，筆者在物理教學(xué)中對(duì)問題的創(chuàng)設(shè)進(jìn)行了有意識(shí)的研究以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，從而打造高效課堂.

2 案例

2.1 問題的設(shè)計(jì)必須以創(chuàng)設(shè)情境為基礎(chǔ) 能夠激起學(xué)生的興趣和探究欲望

例如電勢(shì)的教學(xué)，應(yīng)創(chuàng)設(shè)不同試探電荷在勻強(qiáng)電場(chǎng)中從不同的位置移動(dòng)到電勢(shì)能為零的位置的情境，讓學(xué)生研究試探電荷所受靜電力做功與電荷量的關(guān)系.通過已有知識(shí)：試探電荷在某位置的電勢(shì)能與將試探電荷從該位置移到電勢(shì)能為零的位置靜電力做的功相等，概括出試探電荷的電勢(shì)能與試探電荷的電荷量成正比的特點(diǎn)，抽象出該試探電荷的電勢(shì)能與其電荷量的比值與試探電荷無關(guān)的特征，明確這種特征可用來描述電場(chǎng)的能的屬性，類比電場(chǎng)強(qiáng)度的教學(xué)，由此加強(qiáng)學(xué)生對(duì)電勢(shì)概念的理解.學(xué)生在處理以上信息的過程中，經(jīng)歷了“比較—概括—抽象”的過程，發(fā)展了學(xué)生的科學(xué)思維.在該例中，可以設(shè)計(jì)電場(chǎng)強(qiáng)度大小為1 000 V/m，方向水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)，假設(shè)電荷在某點(diǎn)O的電勢(shì)能為零，4個(gè)試探電荷分別為1×10-9C，2×10-9C，3×10-9C，-4×10-9C，讓學(xué)生計(jì)算出這4個(gè)電荷分別在與O點(diǎn)左右兩側(cè)且在同一條電場(chǎng)線距離O點(diǎn)1 m處的A，B兩點(diǎn)的電勢(shì)能，學(xué)生自己主動(dòng)計(jì)算、探究、推理、概括、抽象，直到明確電勢(shì)的概念.

2.2 問題的設(shè)計(jì)必須符合學(xué)生的認(rèn)知水平 能促使學(xué)生運(yùn)用已有知識(shí)主動(dòng)構(gòu)建新知識(shí)

例如力學(xué)實(shí)驗(yàn)：“探究加速度與物體質(zhì)量、合外力之間的關(guān)系的研究”.第一個(gè)問題是本實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)象是哪個(gè)物體；第二個(gè)問題是小車的加速度怎么測(cè)量；第三個(gè)問題是小車的質(zhì)量怎么測(cè)量；第四個(gè)問題是小車的合外力怎么測(cè)量.所有思維層次的學(xué)生在回答前3個(gè)問題時(shí)不會(huì)有問題，但是在回答第四個(gè)問題時(shí)思維層次低的同學(xué)可能會(huì)遇到問題，這時(shí)在教學(xué)過程中不能只顧及層次高的，為了每個(gè)學(xué)生都能得到素養(yǎng)的提升，必須考慮那些學(xué)生的認(rèn)知水平.所以，在第四個(gè)問題基礎(chǔ)上必須再分成多個(gè)小問題，如受力情況，摩擦力能測(cè)嗎?拉力能測(cè)嗎?等等.學(xué)生通過推理、質(zhì)疑、探究、小組討論等方法最終會(huì)得到在平衡掉小車受到木板的摩擦力后，繩子的拉力就相當(dāng)于小車的合力，而且可以得出很多測(cè)量拉力的方法：安裝拉力傳感器，借助彈簧測(cè)力計(jì)，或者用鉤碼的重力近似等于拉力.最終選擇教材所利用的鉤碼的重力近似等于繩子的拉力這個(gè)方法，那第五個(gè)問題順其自然的出現(xiàn)：在什么條件下重力才近似等于拉力呢?然后再根據(jù)學(xué)生的認(rèn)識(shí)水平創(chuàng)設(shè)出小物塊用繩子跨過定滑輪拉動(dòng)大物塊的情境，學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)推理、探究最后得到小物塊的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于大物塊的質(zhì)量這個(gè)條件.以上是在師生互動(dòng)、小組討論中進(jìn)行的，有教師的啟發(fā)，學(xué)生的質(zhì)疑、探究、推理的過程，有模型建構(gòu)、科學(xué)推理、實(shí)驗(yàn)探究等科學(xué)思維的培養(yǎng)；每個(gè)問題都是學(xué)生在思考、質(zhì)疑、推理后自主獲得答案，這樣就激起了學(xué)生的興趣和求知欲.

2.3 問題的設(shè)計(jì)必須基于不同學(xué)生的分層 成為學(xué)生主動(dòng)參與的推手

由于學(xué)生之間能力的差異和知識(shí)水平的基礎(chǔ)不同，在同一類問題的設(shè)計(jì)上要依據(jù)不同學(xué)生的知識(shí)水平和能力差異.這樣在課堂上才能兼顧班內(nèi)所有的學(xué)生，既能讓思維層次高的學(xué)生吃得飽，又能讓思維層次低的學(xué)生夠得著，也可以讓所有的學(xué)生都能主動(dòng)地參與，促進(jìn)師生互動(dòng)，生生互動(dòng).

圖1 例1題圖

【例1】如圖1所示，小球從高處下落到豎直放置的輕彈簧上，從接觸彈簧開始到將彈簧壓縮至最短的過程中可以提出很多問題，這種理想化的物理模型可以通過生活中的實(shí)例，如蹦極和蹦床等體育活動(dòng)抽象出來.問題可以分層如下：

(1)在此過程中，小球的速度如何變化?

(2)在此過程中，小球的加速度怎么變化?

(3)在此過程中，滿足什么條件小球動(dòng)能最大?最大的位置在何處?

(4)在此過程中，假如小球下落的最大高度為h，小球質(zhì)量為m，則彈簧的彈性勢(shì)能最大為多少?

(5)在此過程中，小球的重力勢(shì)能和彈簧彈性勢(shì)能之和怎么變化?

(6)在此過程中，小球在最低點(diǎn)的加速度方向沿什么方向?加速度大小與重力加速度的大小關(guān)系?

這些問題的提問沒有先后順序，但提問的對(duì)象必須研究，不同的問題針對(duì)不同思維層次的學(xué)生，使每類學(xué)生在此題中都能獲得知識(shí)和能力的提升.前3問針對(duì)思維層次較低的學(xué)生，該類學(xué)生在回答這些問題時(shí)，可能會(huì)遇到不同的問題，需要教師引導(dǎo)(師生互動(dòng))，其他同學(xué)幫助(生生互動(dòng))，在教師和同學(xué)的共同幫助下，這些學(xué)生通過質(zhì)疑，推理，能夠自行解決.如果思維層次較低的學(xué)生在師生互動(dòng)和生生互動(dòng)中獲得啟發(fā)，并能回答下面的問題，就會(huì)收到意想不到的結(jié)果；如果不能回答，就需要思維層次較高的學(xué)生大顯身手了，允許這類學(xué)生犯一些錯(cuò)誤，更希望他們更好地展示一下自己，這類學(xué)生總會(huì)獲得掌聲雷動(dòng)的效果.

2.4 問題的設(shè)計(jì)必須具有引導(dǎo)啟發(fā)的作用 成為點(diǎn)燃學(xué)生思維的火種

課堂教學(xué)是學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)，培養(yǎng)能力和核心素養(yǎng)的主陣地，是通過解決實(shí)際問題，潛移默化，循序漸進(jìn)地促進(jìn)學(xué)生的能力和核心素養(yǎng)進(jìn)步的過程.通過一些綜合性試題的分析和解決可以更直接地培養(yǎng)學(xué)生的這些能力，點(diǎn)燃學(xué)生的思維火花.

圖2 例2題圖

【例2】(2017年高考天津理綜卷第10題)如圖2所示，物塊A和B通過一根輕質(zhì)不可伸長(zhǎng)的細(xì)繩連接，跨放在質(zhì)量不計(jì)的光滑定滑輪兩側(cè)，質(zhì)量分別為mA=2 kg,mB=1 kg.初始時(shí)A靜止于水平地面上，B懸于空中.先將B豎直向上再舉高h(yuǎn)=1.8 m(未觸及滑輪)然后由靜止釋放，一段時(shí)間后細(xì)繩繃直，A,B以大小相等的速度一起運(yùn)動(dòng)，之后B恰好可以和地面接觸.取g=10 m/s2.

(1)B從釋放到細(xì)繩繃直時(shí)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t；

(2)A的最大速度v的大小；

(3)初始時(shí)B離地面的高度H.

這是一道綜合性高考試題，第一問的難度系數(shù)為0.89，第二問的難度系數(shù)為0.53，第三問的難度系數(shù)為0.20.這個(gè)分析的過程要求一定的分析能力，需要在平時(shí)的綜合試題中培養(yǎng)，所以在平時(shí)的課堂教學(xué)中要通過問題引導(dǎo)的教學(xué)模式刻意地去培養(yǎng)這些能力，問題的設(shè)計(jì)如下.

問題1：縱觀全局，這個(gè)題的物理情境分幾個(gè)過程?

答：3個(gè)過程.B物體單獨(dú)自由下落的過程，B物體帶動(dòng)A物體繃緊繩子的過程，B,A一起沿繩減速的過程.

問題2：每個(gè)分過程的研究對(duì)象是哪個(gè)物體或系統(tǒng)?

答：第一個(gè)過程的研究對(duì)象是B物體；第二個(gè)過程的研究對(duì)象是B和A組成的系統(tǒng)；第三個(gè)過程的研究對(duì)象是B和A組成的整體.

問題3：每個(gè)過程中所滿足的規(guī)律或所用的方法?學(xué)生通過受力分析和運(yùn)動(dòng)學(xué)分析得出滿足的規(guī)律或所用的方法.

答：第一個(gè)過程可以利用自由落體的規(guī)律或機(jī)械能守恒定律解決.第二過程時(shí)間極短，B,A組成的系統(tǒng)內(nèi)力很大，重力可以忽略，B,A組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒，可以利用動(dòng)量守恒的規(guī)律解決.在自然坐標(biāo)系中，以物體運(yùn)動(dòng)方向?yàn)檎较颍袆?dòng)量守恒方程.第三個(gè)過程對(duì)B,A系統(tǒng)，在此過程，機(jī)械能守恒.對(duì)系統(tǒng)列機(jī)械能守恒方程即可.通過這樣分析，學(xué)生學(xué)會(huì)了分析、綜合、整體、隔離等思維方法，培養(yǎng)了科學(xué)推理、科學(xué)探究等能力，養(yǎng)成了縱觀全局分析問題的習(xí)慣，掌握和熟悉力學(xué)綜合題按事態(tài)發(fā)展的先后順序分析解決問題的方法.

3 結(jié)論

心理學(xué)研究表明，問題意識(shí)是推動(dòng)人的思維發(fā)展，發(fā)揮主觀能動(dòng)性和創(chuàng)造性的強(qiáng)大動(dòng)力.以問題為導(dǎo)向的課堂教學(xué)必須做好問題設(shè)計(jì)，有效的問題設(shè)計(jì)有利于激發(fā)學(xué)生的興趣和積極性，讓學(xué)生主動(dòng)參與到學(xué)習(xí)中去，促進(jìn)師生互動(dòng)，生生互動(dòng)；有利于使學(xué)生以探索知識(shí)的心態(tài)投入到學(xué)習(xí)中去，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)的能力和積極探索的精神；有利于因材施教，增加學(xué)生參與的廣度和學(xué)生認(rèn)識(shí)知識(shí)的深度，讓各種思維層次的學(xué)生得到不同程度的思維提升，既能讓思維層次低的同學(xué)獲得自信，又能讓思維層次高的學(xué)生始終保持學(xué)習(xí)物理的熱情.

總之，我們做好問題設(shè)計(jì)，讓問題設(shè)計(jì)成為學(xué)生主動(dòng)參與的推手，成為激起學(xué)生的興趣和探究欲望的催化劑，成為點(diǎn)燃學(xué)生思維的火種，才能步步引導(dǎo)學(xué)生深入思考，打造高效課堂，取得理想效果.