對人教版高中物理新教材“問題”欄目的探討
——以“機械能守恒”為例

陳 昊 王長江

(安徽師范大學物理與電子信息學院,安徽 蕪湖 241002)

1 引言

《普通高中物理課程標準(2017年版)》(以下簡稱課標)提出:課堂提問是一種融教師教學與學生學習為一體的過程性評價,可及時了解學生學習的情況,找出存在的問題,及時糾正。課堂提問的關鍵在于問題的設置。[1]根據該課標人民教育出版社2019年出版了高中物理教材(以下簡稱新教材),其中設置了“問題”欄目,為教師的課堂提問提供了便利，在教學中需要對該欄目進行優化設計。

2 新教材“問題”欄目簡介

2.1 編寫意圖

新教材在每節內容的前面(學生必做實驗除外)都設置了“問題”欄目,欄目的設計意圖是:在每節開始創設一個情境問題,以引發學生對所要學習的內容主動思考,培養學生的問題意識及提出問題的能力。[2]從內容設置來看,一般是由情境引入學習主題,并且附有圖片,體現了圖文并茂的特點。

2.2 欄目功能

建構主義學習理論認為學習過程是在個體原來的認知基礎上,根據已有的經驗,在一定的情境中,借助外力(教師、教材)主動加工構建的過程。[3]問題的設置可起到以下作用:(1) 創設情境,促進學生學習，因為真實的物理情境可以“喚醒”學生的學習興趣,引發學生的學習動機,潛移默化地培養學生學習的主動性;[4](2) 在新課內容前設置問題,能夠幫助學生回憶之前學習的內容,整合碎片化的知識;(3) 以問題的形式展現重難點,能夠讓師生更好地把握本節課的核心內容,明確教學目標,從而提升教學質量。

3 新教材“問題”欄目的不足

3.1 內容選擇問題

“問題”欄目的素材通常是生活實例、已經學習的知識、物理學史以及尖端科技等,從種類上來看非常豐富。但在實際內容選擇上,大部分還是生活場景,其他種類的素材較少。而新課標中建議課程內容的選擇要注重時代性，“及時反映物理學發展,反應物理學對社會進步及科技發展的重要性,反應物理技術應用對生產生活帶來的影響”。從這個方面來看,欄目的內容選擇與課標的要求還存在一定的差距。

3.2 內容表述問題

以圖1所示的必修二的“問題”欄目為例，它位于第五章“運動的合成與分解”這節內容。雖然該情景是和運動的合成與分解相關,存在的問題為:它僅僅涉及運動的合成,沒有涉及運動的分解。學生很少有生活體驗，難以從物理學的視角去思考問題。

圖1

4 對新教材“問題”欄目的優化改進

新教材的“問題”欄目在引發學習興趣、明確學習目標、培養學生的問題意識等方面,確實能夠起到促進作用,但它的作用不應該僅僅停留在引導方面。為了更好地促進學生的主動探究、深度理解知識,進而提升學生的核心素養,需要對其進行優化設計，思路如下。

4.1 改變問題結構

美國學者Jay McTighe和Grant Wiggins把課堂中常見的問題分為4種:啟發型問題、導向型問題、引導型問題和基本問題,[5]前3種又稱為非基本問題，其作用是幫助教師檢查學生對知識的識記,或者激發學生的興趣。而基本問題的作用是引導學生對問題進行深度思考,并且要求學生考慮其他不同觀點,論證自己的想法。

通過對教材中“問題”欄目的分析可知：大部分的問題屬于非基本問題。為了促進學生的探究,需要對問題進行優化改進,使其成為能夠幫助學生發展的基本問題。而基本問題的來源之一就是課程標準,因為課標明確指定了本節課的核心內容以及學生要達到的目標。我們需要改進提問方式,把問題改為引導性問題加上基本問題。

4.2 調整問題表述

“問題”欄目中的部分問題存在著指向性不明、引導性不強等缺點，例如,新教材必修二第五章第一節的“問題”欄目中的問題為:觀察右邊兩幅圖片描述的現象,你能不能說清楚:砂輪打磨下來的熾熱微粒和飛出去的鏈球,分別沿著什么方向運動?教材只涉及一個問題,即物體的運動方向。結合本節內容來看,本節內容包括曲線運動的速度方向和物體做曲線運動的條件。針對上述不足,可做出如下改進：觀察右邊圖片描述的現象,你能不能說清楚：鏈球飛出去后,在不同時刻的速度方向有什么不一樣?鏈球在沒飛出去之前,運動有何特點?

4.3 拓展內容來源

從之前分析可以看出：“問題”欄目的內容大部分來源于生活情境。應根據學習內容設計問題,對于是初中知識進階的,可以設計回顧性問題;對于探索規律的內容,可以介紹物理學史;對于實驗課,也要補充“問題”欄目,通過提問讓學生的探究有方向，思考、探討更深入。

4.4 “問題”欄目的改進案例

“機械能守恒”一章共有5節、4個“問題”欄目。筆者對“問題”都進行了改進,另外為第5節實驗課補充了“問題”欄目。

(1) 功與功率

課標要求:理解功和功率,了解生產生活中常見的機械的功率大小和意義。

新教材中“問題”欄目的問題如圖2所示，如果要讓學生學習不同情況下的做功,應該先讓學生分析做功的方式，問題也應該包括與功率相關的內容。改進的表述如下:當物體運動的方向與力的方向一致時,力對物體做的功為力的大小與重物移動距離的乘積。起重機豎直提升重物和馬拉雪橇運動的做功方式相同嗎?拖拉機和牛耕地,它們做功快慢一樣嗎?如何計算力對物體所做的功？如何描述做功的快慢呢?

圖2

(2) 重力勢能

課標要求:知道重力勢能的變化與重力做功的關系，定性了解彈性勢能。

新教材中“問題”欄目的問題如圖3所示，不足之處在于:通過回顧初中知識復習重力勢能,直接讓學生回答重力勢能表達式比較困難。可從本章的大概念功與能量入手,從做功的方面切入,引導學生探索勢能變化與力做功的關系。改進的表述如下:舉高的重物能把沙堆砸一個坑,說明它具有一定的重力勢能。從同一個高度,對于重物自由下落和沿光滑斜面由靜止下滑的兩種過程,重力做功大小是否相同?重力做功和重力勢能的變化有什么關系?如何表述重物所具有的重力勢能呢?

圖3

(3) 動能和動能定理

課標要求:理解動能和動能定理,能用動能定理解釋生產生活中的現象。

新教材中“問題”欄目中的問題如圖4所示，不足之處在于:學生需要了解知識之間的聯系,既然學生上節課學習了重力做功與重力勢能變化的關系,可以讓學生采用相同的思路來學習動能，同時基本問題應該圍繞著動能、動能的變化。改進的表述如下:物體的動能跟物體的質量和速度都有關系,炮彈在推力的作用下速度越來越大,動能增加,在這種情況下推力對炮彈做了功。我們知道重力勢能變化與重力做功相關,那么物體的動能變化和作用于物體的力所做功的存在怎樣的關系呢?如何進行探究？

圖4

(4) 機械能守恒定律

課標要求:通過實驗,驗證機械能守恒定律。理解機械能守恒定律,體會守恒觀念對認識物理規律的重要性。能用機械能守恒分析生產生活中的有關問題。

新教材中“問題”欄目的問題如圖5所示，只引導學生關注物理量(高度、速度、質量)的變化，并不足以讓學生發現其中的規律,既然要探討與機械能相關的規律,就需要讓學生從能量的角度研究問題,并注意這個過程中物理量的變化。改進的表述如下:伽利略曾研究過小球在光滑斜面上的運動，發現:無論斜面B比斜面A陡些或緩些,小球的速度最后總會在斜面上的某點變為0,這點距斜面底端的豎直高度與它出發時的高度相同。在小球的運動過程中,有哪些物理量是變化的?哪些是不變的?從能量的角度來看,小球能量如何變化?有何規律?

圖5

(5) 實驗:驗證機械能守恒定律

新教材在實驗一節并沒有設置“問題”欄目，在教學中需要讓學生理解實驗思路和方法,培養學生的觀察和實驗操作能力。筆者嘗試提出問題：我們上節課學習了機械能守恒定律,機械能守恒定律的內容是什么?驗證機械能守恒需要關注哪些物理量?怎么設計實驗,又該如何操作呢?在驗證機械能守恒定律的實驗中運用了哪些科學方法呢?