例談高中物理教學(xué)中的問題設(shè)計

賈 華 許敬川 解遠領(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)(實驗)》在新課程實施上提出：“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，應(yīng)從觀察和問題出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生展開想象的翅膀，提出各種可供檢驗的猜想和假說，再經(jīng)過分析和驗證，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，必須讓學(xué)生真實的學(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)生圍繞問題進行活動，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)計就顯得非常重要.這些年來，筆者在物理教學(xué)中對問題的創(chuàng)設(shè)進行了有意識的研究以激發(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

例如電勢的教學(xué)，應(yīng)創(chuàng)設(shè)不同試探電荷在勻強電場中從不同的位置移動到電勢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：試探電荷在某位置的電勢能與將試探電荷從該位置移到電勢能為零的位置靜電力做的功相等，概括出試探電荷的電勢能與試探電荷的電荷量成正比的特點，抽象出該試探電荷的電勢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的能的屬性，類比電場強度的教學(xué)，由此加強學(xué)生對電勢概念的理解.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)計電場強度大小為1 000 V/m，方向水平向右的勻強電場，假設(shè)電荷在某點O的電勢能為零，4個試探電荷分別為1×10-9C，2×10-9C，3×10-9C，-4×10-9C，讓學(xué)生計算出這4個電荷分別在與O點左右兩側(cè)且在同一條電場線距離O點1 m處的A，B兩點的電勢能，學(xué)生自己主動計算、探究、推理、概括、抽象，直到明確電勢的概念.

2.2 問題的設(shè)計必須符合學(xué)生的認知水平 能促使學(xué)生運用已有知識主動構(gòu)建新知識

例如力學(xué)實驗：“探究加速度與物體質(zhì)量、合外力之間的關(guān)系的研究”.第一個問題是本實驗的研究對象是哪個物體；第二個問題是小車的加速度怎么測量；第三個問題是小車的質(zhì)量怎么測量；第四個問題是小車的合外力怎么測量.所有思維層次的學(xué)生在回答前3個問題時不會有問題，但是在回答第四個問題時思維層次低的同學(xué)可能會遇到問題，這時在教學(xué)過程中不能只顧及層次高的，為了每個學(xué)生都能得到素養(yǎng)的提升，必須考慮那些學(xué)生的認知水平.所以，在第四個問題基礎(chǔ)上必須再分成多個小問題，如受力情況，摩擦力能測嗎?拉力能測嗎?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量拉力的方法：安裝拉力傳感器，借助彈簧測力計，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方法，那第五個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)生的認識水平創(chuàng)設(shè)出小物塊用繩子跨過定滑輪拉動大物塊的情境，學(xué)生利用所學(xué)知識推理、探究最后得到小物塊的質(zhì)量遠遠小于大物塊的質(zhì)量這個條件.以上是在師生互動、小組討論中進行的，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、實驗探究等科學(xué)思維的培養(yǎng)；每個問題都是學(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)計必須基于不同學(xué)生的分層 成為學(xué)生主動參與的推手

由于學(xué)生之間能力的差異和知識水平的基礎(chǔ)不同，在同一類問題的設(shè)計上要依據(jù)不同學(xué)生的知識水平和能力差異.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)生都能主動地參與，促進師生互動，生生互動.

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例，如蹦極和蹦床等體育活動抽象出來.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，則彈簧的彈性勢能最大為多少?

(5)在此過程中，小球的重力勢能和彈簧彈性勢能之和怎么變化?

(6)在此過程中，小球在最低點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，但提問的對象必須研究，不同的問題針對不同思維層次的學(xué)生，使每類學(xué)生在此題中都能獲得知識和能力的提升.前3問針對思維層次較低的學(xué)生，該類學(xué)生在回答這些問題時，可能會遇到不同的問題，需要教師引導(dǎo)(師生互動)，其他同學(xué)幫助(生生互動)，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)生在師生互動和生生互動中獲得啟發(fā)，并能回答下面的問題，就會收到意想不到的結(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)生犯一些錯誤，更希望他們更好地展示一下自己，這類學(xué)生總會獲得掌聲雷動的效果.

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

課堂教學(xué)是學(xué)生學(xué)習(xí)知識，培養(yǎng)能力和核心素養(yǎng)的主陣地，是通過解決實際問題，潛移默化，循序漸進地促進學(xué)生的能力和核心素養(yǎng)進步的過程.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)不可伸長的細繩連接，跨放在質(zhì)量不計的光滑定滑輪兩側(cè)，質(zhì)量分別為mA=2 kg,mB=1 kg.初始時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=1.8 m(未觸及滑輪)然后由靜止釋放，一段時間后細繩繃直，A,B以大小相等的速度一起運動，之后B恰好可以和地面接觸.取g=10 m/s2.

(1)B從釋放到細繩繃直時的運動時間t；

(2)A的最大速度v的大?。?/p>

(3)初始時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.這個分析的過程要求一定的分析能力，需要在平時的綜合試題中培養(yǎng)，所以在平時的課堂教學(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)計如下.

問題1：縱觀全局，這個題的物理情境分幾個過程?

答：3個過程.B物體單獨自由下落的過程，B物體帶動A物體繃緊繩子的過程，B,A一起沿繩減速的過程.

問題2：每個分過程的研究對象是哪個物體或系統(tǒng)?

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

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

答：第一個過程可以利用自由落體的規(guī)律或機械能守恒定律解決.第二過程時間極短，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)動量守恒，可以利用動量守恒的規(guī)律解決.在自然坐標(biāo)系中，以物體運動方向為正方向，列動量守恒方程.第三個過程對B,A系統(tǒng)，在此過程，機械能守恒.對系統(tǒng)列機械能守恒方程即可.通過這樣分析，學(xué)生學(xué)會了分析、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，問題意識是推動人的思維發(fā)展，發(fā)揮主觀能動性和創(chuàng)造性的強大動力.以問題為導(dǎo)向的課堂教學(xué)必須做好問題設(shè)計，有效的問題設(shè)計有利于激發(fā)學(xué)生的興趣和積極性，讓學(xué)生主動參與到學(xué)習(xí)中去，促進師生互動，生生互動；有利于使學(xué)生以探索知識的心態(tài)投入到學(xué)習(xí)中去，培養(yǎng)學(xué)生獨立學(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)生認識知識的深度，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，讓問題設(shè)計成為學(xué)生主動參與的推手，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.