Physics Jeopardy在物理習題教學中的應用

何佳娜 祖米熱姆 陳麗曉 童瑜意 方偉

(上海師范大學數(shù)理學院 上海 200234)(上海師范大學數(shù)理學院 上海 200234；上海市星系和宇宙學半解析研究重點實驗室 上海 200234)

1 介紹

1.1 Jeopardy 的起源

Jeopardy問世于1964年，本意是“冒險”的意思，是一款益智問答游戲節(jié)目，該節(jié)目的比賽以一種獨特的問答形式進行問題設置，其涵蓋面非常廣泛，涉及到歷史、文學、藝術、流行文化、科技、體育、地理、文字游戲等等各個領域．根據(jù)以答案形式提供各種線索，參賽者必須以問題的形式做出簡短正確回答．與一般問答節(jié)目相反，參賽者需具備歷史、文學、政治、科學和通俗文化等知識，還得會解析隱晦含義、反諷與謎語等，而電腦并不擅長進行這類復雜思考(Jeopardy本身有冒險之意，國內(nèi)有將該節(jié)目翻譯成《危險邊緣》的)．

1.2 國外對課堂中使用Jeopardy的研究

國外對于“Jeopardy ”應用于課堂的例子比較多，比如Joan和Vinitia在2004年分析了在課堂中引用Jeopardy的四大作用[1]，具體為

(1)可以激勵學生更為積極地參與到課堂中，使他們承擔學習的責任；

(2)在課堂上可以發(fā)揮學生之間的團隊合作能力；

(3)可以加強學生對先前所學概念的理解；

(4)給教師和學生提供了一個大家都喜歡的不一樣的學習氛圍.

Eric Loop 在“How to play Jeopardy in the Classroom”中具體談到了怎樣將Jeopardy 的游戲形式應用于課堂[2]．

而將Jeopardy 與物理學科相結合的工作則是Alan Van Heuvelen和David P.Maloney在1997年發(fā)表的“Playing Physics Jeopardy”一文中完成的．該文中并沒有采用Jeopardy的比賽形式，而是采用了Jeopardy游戲中的“從答案到問題”的獨特思維模式，并將其命名為“Physics Jeopardy．在該文中一共介紹了“從等式答案到創(chuàng)設問題”及“從圖畫、圖表的答案到創(chuàng)設問題”兩種類型的具體實例[3]．

而在Lili Cui，Sanjay Rebello 和Andraw G.Bennett的文章中強調(diào)了“Physics Jeopardy”具有評估學生知識遷移能力的作用[4]．

國外對該游戲的研究表明它能夠提高教學的趣味性、刺激性、時效性，寓教于樂，是富有成效的課堂教學方法．

1.3 國內(nèi)對Jeopardy的研究

國內(nèi)對該游戲的研究并不多見．2009年王彥琳簡單介紹了在對外漢語教學中Jeopardy的應用[5]，但并沒有在物理教學中運用Jeopardy 的文章．

2 如何把Jeopardy 應用于物理習題教學中

鑒于國內(nèi)外對“Jeopardy”的研究，筆者嘗試將“Jeopardy”中的游戲形式與《Playing Physics Jeopardy》中所提到的“從答案到問題”的思維模式同時引入物理課堂教學中，并對此做出相應的修改和補充，力爭無論是從形式還是內(nèi)容都能將 Jeopardy的精華運用于物理教學中．根據(jù)Jeopardy的特點，我們將其應用到習題教學中，改變傳統(tǒng)習題教學中直接采用公式，進行數(shù)學計算，而不考慮物理量、公式的真正含義，以及一些單位的使用不規(guī)范等弊端，以便更好地讓學生在物理游戲中，培養(yǎng)逆向思維能力、建模能力、團隊合作能力，更能積極地參與到課堂中去，形成良好的師生互動氛圍．我們結合前人工作，將“物理游戲”應用于習題教學的策略總結為3類形式.

2.1 3種教學策略

2.1.1 從文字到創(chuàng)設物理情境的教學策略

此策略采用的是教師提供描述性的文字提示，學生根據(jù)文字提示，逆向構建物理模型，創(chuàng)設包含文字所描述的問題情境．

2.1.2 從等式到創(chuàng)設物理情境的教學策略

此策略采用的是教師提供習題的答案等式，學生根據(jù)提供的等式中的物理量和單位，構建物理模型，創(chuàng)設包含等式的物理情境，并用文字表述．

2.1.3 從分析圖表到創(chuàng)設物理情境的教學策略

此策略采用的是教師提供分析圖，學生根據(jù)分析圖中力的方向、符號、構建相應的物理模型，創(chuàng)設包含分析圖的物理情境，并用文字表述．

2.2 設計規(guī)則

為了使物理游戲達到預期的效果，學生應了解游戲的規(guī)則和游戲的流程．游戲規(guī)則不僅要激發(fā)學生的參與熱情，還要有利于駕馭游戲和控制課堂，筆者根據(jù)國內(nèi)外對“Jeopardy”的研究，設計了如下游戲規(guī)則.

(1)關于分組.對于35人左右的班級，筆者建議分成7組左右，每組5人，可以按照學號順序為單位進行隨機分組，也可以按照學習成績的高低進行搭配，但分組時要注意避免讓學生意識到成績優(yōu)劣的搭配；

(2)關于答題流程.為了公平起見，游戲過程采用分組輪流回答；第一輪由抽簽決定答題順序，比如：第一輪是從第一組輪到第四組，那么第二輪就從第四組輪到第一組，第三輪的話可以從比分相對落后的那一組開始；

(3)關于分數(shù)統(tǒng)計.答對加相應的分數(shù)，答錯扣相應的分數(shù)，若一組回答錯誤，允許下一組進行回答，得相應分數(shù)；若一組回答不完整，允許下一組進行補充回答，各得一半分數(shù)；三輪累加分數(shù)多的一組獲得最終勝利并獲得相應的獎勵；

(4)關于回答方式.所有回答均以問題形式呈現(xiàn)．

2.3 設計題目

筆者認為一次比賽設計10～15個題目為宜，題目應當有一定的層次性、趣味性、挑戰(zhàn)性．所選的題目應該來源于學生的易錯點、知識的重難點，有利于學生能夠運用逆向思維建模的典型題目．基于3種從答案到問題的教學策略，可以把游戲類別分為“文字類”、“等式類”、“圖表類”3個類別，如圖1所示.當然游戲類別可以根據(jù)實際情況更改，比如期末復習時，可以按章為類別；章節(jié)復習時，可以以每小節(jié)為類別設置，每個類別下都設置了4～5個題目，如果是第一次使用物理游戲的話，也應該設置相應的范例，并且每個題目的分值不同．

圖1 “物理競答游戲”分值版

2.4 物理競答游戲應用于習題教學的課程設計

2.4.1從文字答案到創(chuàng)設問題情境

師：現(xiàn)在輪到第三組選題，同學們想不想挑戰(zhàn)下自己？

于是第三組的同學選了20分的題，題目呈現(xiàn)如圖2所示.

第三組的同學開始討論．

三組同學甲：“本來這題很容易啊，就是誰提供向心力的問題，可是要創(chuàng)設具體情境，這得好好想想，什么情況下摩擦力提供向心力呢？”

這時老師也要鼓勵其他組要抓住機會，因為這題可能會有多種情況．

三組同學乙：汽車拐彎的時候就是摩擦力提供向心力的．”于是，乙同學站起來回答：“汽車拐彎的時候，誰來提供向心力？”

老師對乙同學的回答很滿意，她講到：“乙同學已經(jīng)能把簡單的文字轉換成生活中物理的模型了，那請其他同學想想還有沒有其他可能了呢？”

四組丙同學：“物塊在轉盤上無滑動旋轉時，也是靜摩擦力提供向心力，轉換成問題模式，就是，物塊在轉盤上旋轉時，誰來提供向心力？”老師對丙同學自告奮勇的回答點贊，說道這又是一種由靜摩擦力提供向心力的模型．那還有沒有其他模型了呢?

第一組同學丁：“老師，火車轉彎算不算 ”

老師一聽到這個答案，就想到同學們可能對汽車與火車的拐彎的，誰來提供向心力這一點還不是很熟悉．于是在黑板上畫了火車轉彎的示意圖．

師：“同學們分析一下火車受到哪些力？”

同學們：“重力、支持力”

師：“所以火車轉彎是火車自身的重力和鐵軌給火車的支持力的合力來提供向心力，所以火車轉彎不是靜摩擦力提供向心力．”

老師給第三組加了20分，給第四組加了10分，并寫下板書．

2.4.2 從等式答案到創(chuàng)設問題情境

師：“剛才我們已經(jīng)嘗試了從文字答案逆向推測文字問題，那么接下來，讓我們迎接下一個挑戰(zhàn)，從等式答案逆向推測出問題，請第四組選題．”

第四組的同學選的是10分的題，老師打開10分的題，如圖3所示.

圖3 等式類10分題

四組同學丙：“首先根據(jù)等式所給的單位和符號去推斷等式的含義．N1代表的是彈力，1.2×103kg根據(jù)單位判斷是質(zhì)量，9.8 m/s2表示的是重力加速度，20 m/s代表的是速度．”

他們討論得到：等式左邊分別代表的是物體所受的向心力由物體受到的彈力與重力的合力提供，等式的右邊是物體受到的向心力的表達式，彈力的方向與重力方向相反，豎直向上．

四組同學戊在紙上畫了受力分析圖，構建了小車在通過凹面橋時的模型．

圖4 戊同學受力分析圖

四組同學己：“質(zhì)量為1.2×103kg的車，以20 m/s的速度駛過半徑為90 m的一段圓弧形凹橋面的最低點時，此時對橋面的壓力是多大？重力加速度取9.8 m/s2．”

師總結：“第四組的答題思路值得大家學習，他們很巧妙地分析了等式的左右兩邊的含義，也重視了單位的意義，在這基礎上構建出了物理模型，然后再根據(jù)生活經(jīng)驗創(chuàng)設出了問題情境，這次他們組出的題很棒．”老師給第四組加了相應的分數(shù)．并寫下板書.

2.4.3 從分析圖表到創(chuàng)設問題情境

師：我們的比賽還剩下最后一輪，請同學們要抓住最后的機會．我們進入下一輪挑戰(zhàn)．”

第一組選的題是25分的題，老師打開25分的題，PPT如圖5所示.

圖5 圖表類25分題

這個類型與前面兩題的類型有些不一樣，老師可以提醒學生注意所給圖表上的符號．

經(jīng)過一系列討論，同學甲回答：“如圖甲所示，一輕桿一端固定在O點，另一端固定一小球，在豎直平面內(nèi)做半徑為R的圓周運動．小球運動到最高點時，桿與小球間彈力大小為N，小球到最高點的速度大小為v，N-v2圖像如圖乙所示,當?shù)氐募铀俣仁嵌嗌伲俊?/p>

師：“第一組的回答得很棒，你們愿意跟大家分享一下你們的思考過程么？”同學甲：因為圖甲并沒有說明是繩拉著球，還是球固定在桿上，只能從圖乙中尋找線索，根據(jù)我們組的同學乙分析，圖乙中，橫坐標和縱坐標分別是v2和N,根據(jù)圓周運動應該分別代表的是向心速度的平方和彈力，而當v2=0的時候，有N=a，根據(jù)繩球模型和球桿模型的臨界條件，說明是球桿模型，這樣圖甲基本已經(jīng)確定 ，接下來我們組開始分析圖乙的圖像代表什么，根據(jù)前面分析確定了a點球為在最高點時所受的彈力 ，根據(jù)b點，當N=0的時候，v2=b，也就是這時候只有重力提供向心力，這種情況也只能出現(xiàn)在最高點，根據(jù)以上分析，也就能求出當?shù)氐闹亓铀俣攘耍晕覀儎?chuàng)設了上述問題．

師：“第一組的同學分析地很到位．提出的問題也很棒．但是這樣的提問是唯一的么？”

第二組的同學丁：“根據(jù)第一組的分析，其實還可以這樣提問，該小球的質(zhì)量是多少？”

師：“丁同學的提問很有水平，不過好像大部分同學有些疑惑，小球的質(zhì)量真的能求么？”

二組丁同學：“大家把剛才兩個條件分析的式子在紙上寫出來就知道了．”

師：“第一組的同學分析給其他同學提供了提問的靈感，也還可以這樣提問v2=c時，桿對球的彈力的方向等等，小小的圖像可以提出很多問題，重點是要分析對圖像的含義，建立正確的模型，很多困難就迎刃而解了．”

老師給第一組和第二組的同學分別加上了25分和12.5分．

3 總結

在物理專題復習、習題教學中采用“物理競答游戲”的形式，巧妙地將習題中學生的易錯點、知識的重難點、典型題目與游戲結合．恰當?shù)夭捎?種教學策略，寓教于樂，在學生做題的過程中，教師引導學生從逆向思維解答習題，開闊了解題思路，加深了對物理概念的理解，培養(yǎng)了學生分析問題和解決問題時逆向思維能力，使學生在后續(xù)的做題中更加注重公式的意義，單位的書寫，題目中條件的使用等，在這個過程中也有利于培養(yǎng)學生的建模思想，而建模思想對促進學生理解科學知識、科學方法以及科學本質(zhì)具有深刻意義，也是新課標下核心素養(yǎng)所呼吁的．此外在課堂中引入Jeopardy教學還有利于進行互動式教學，提高學生的團隊合作能力，增加習題課的趣味性，提高教學效果．

同時我們在采用這種形式進行習題教學時，教師首先要對所選的題目進行篩選，并不是所有題目簡單地把答案和問題互換以后就能成為“物理游戲”的題目，教師在編輯題目的時候，也要考慮到一題多解的情況，教師一開始采用“物理游戲”時，題目不能過于復雜，要讓學生真正參與到游戲中去．其次，“物理游戲”不能太形式化，過于形式化會導致學生忽視知識本身．再次，“物理游戲”過程中，不管學生回答地對錯與否，教師都一定要給與及時的反饋．