“問題導學法”在機械能守恒定律教學中的應用實踐

　　摘 要： 本文探討了問題導學法在機械能守恒定律教學中的應用與實踐。首先分析了教學內容，適宜采用問題導學法，其次描述了采用問題導學法的教學過程8個環節，最后對問題導學法在機械能守恒定律一節中的應用進行了總結。
　　關鍵詞： 問題導學法 機械能守恒定律教學 應用
　　
　　“學起于思，思源于疑”，“問題導學法”又稱“設問教學法”，它是通過創設特定的問題情境，引導學生在解決面臨的學習問題中，主動獲取和運用知識、技能，發展其學習主動性和自主學習能力的課堂教學方法。課堂教學作為學校教育教學的中心環節和最基本的組織形式，是形成教學質量，達成教學目標的主要途徑。學生不應是被動的、消極的知識的接受者，而應是主動的、積極的知識的探索者。因此，“問題導學法”在課堂教學中的過程應以問題為主線，從提出問題、分析問題到問題的解決與應用，逐步達到教學目標。在此過程中教師應充分體現其引導的作用，使學生真正成為活動的主體，使學生多動口、動腦、動手，提高課堂效率，做到事半功倍。
　　一、分析教材內容，選擇合適教學方法
　　機械能守恒定律這節課內容主要是針對機械能守恒的理論推導和應用部分，大致分四步走：第一步，定性理解動能和勢能之間可以相互轉化；第二步，理論推導機械能守恒定律；第三步，通過實例分析機械能守恒定律的內容和條件；第四步，機械能守恒定律的應用。本節內容由定性分析動能和勢能的相互轉化，到結合自由落體運動過程作理論推導，然后總結出定律，闡釋機械能守恒的實質，最后是實際應用，符合由特殊到一般的認識規律。在探究、推理過程中，有利于培養學生的演繹推理能力、分析歸納能力和探索發現能力，有利于學生領悟物理學研究方法和提高創造性思維能力。教材的內容結構能較好地突出理論與實踐的統一，使學生明白物理規律既可以直接從實驗得出，又可以用已知規律從理論上導出。
　　因此，這節課的教學比較適宜采用問題導學法：首先，從生活實例啟發學生發現問題，了解問題的實質；其次，通過實驗分析再聯系已學知識解決問題；最后，利用規律解決相關問題。以教師指導下的學生活動為主，使學生真正成為學習的主體，通過大量實例分析使學生更好理解地機械能守恒定律的條件，這樣就在不知不覺中突破了難點。在細節處理上也可以利用層層設問較好地完成教學目標。例如：在引導學生利用自由落體運動推導機械能守恒的過程中，進行三步設問：1.用動能定理研究AB段運動得到什么方程？2.根據重力做功和重力勢能的關系研究AB段運動得到什么方程？3.聯立兩個方程，從能量轉化的角度得到什么結論？這樣，學生就在教師的步步引導下得出了機械能守恒的結論。
　　二、問題導學法的教學過程
　　機械能守恒定律的教學過程可細分為8個環節：復習提問、導入新課→提出問題→分析問題→得出結論→知識深化→應用舉例→練習鞏固，問題導學法貫穿于整個教學過程，如圖1所示。
　　1.復習提問、導入新課
　　在引入環節通過復習提問和圖片展示、視頻播放分析生活實例，為導入問題做準備。
　?。?）復習提問：①動能定理的內容是什么？重力做功與重力勢能變化的關系是什么？②機械能的定義是什么？
　?。?）多媒體展示圖片和視頻（瀑布、蕩秋千、過山車、撐竿跳高，等等），讓學生分析這些運動過程中的共同特點，即動能和勢能之間可以互相轉化。
　　2.提出問題
　　如何創設問題情境是問題導學法的一個關鍵。通俗地講，問題就是要求學生回答或解釋的那些尚待解決或學生弄不明白的事?！皢栴}”應該來源于學生的閱讀、討論、練習、實驗等學習實踐活動中，來源于學生認識的局限、思維的沖突、方法的錯誤、對象的模糊、觀念的差異，等等方面。本節課通過實際生活實例分析動能和勢能之間可以相互轉化，從而提出問題：動能與勢能的轉化過程中可能滿足什么樣的定量規律？
　　3.分析問題
　　問題提出之后，接下來進行問題分析。問題分析時通過定性和定量逐步深入分析。
　　（1）通過實驗定性分析
　　實驗一：鋼球用細繩懸起，請一個同學上來靠近，將鋼球拉到同學鼻子處釋放，讓學生觀察鋼球擺回時同學的反應，鋼球是否會撞到該同學以及原因，并分析出哪個過程是動能向重力勢能轉化，哪個過程是重力勢能向動能轉化。
　　猜想：動能與勢能的轉化過程中其總和保持不變。
　?。?）通過理論推導定量分析
　　在理論推導定量分析時，采用了另一種教學方法——對比教學法，如圖2所示。通過層層設問，在教師的引導下，學生利用已學知識動能定理對三種運動模型進行對比分析，總結出物理規律，使學生充分理解機械能守恒定律的內容及條件。
　　模型一：自由落體運動是重力勢能向動能的轉化過程，我們應用學過的動能定理和重力做功與重力勢能的關系等知識，可推導證明在這個過程中機械能守恒。
　　如圖3所示，設一個質量為m的物體自由下落，經過高為h的A點（初位置）時速度為V。下落到高度為h的B點（末位置）時速度為V，
　　問題1：用動能定理研究AB運動段得到什么方程？
　　問題2：根據重力做功和重力勢能的關系研究AB運動段得到什么方程？
　　問題3：聯立兩個方程，從能量轉化的角度得到什么結論？
　　解析：在自由落體運動中，物體只受重力G=mg的作用，重力做正功。設重力所做的功為W，則由動能定理可得：
　　W=mV-mV①
　　①式表示，重力所做的功等于動能的增加。
　　另一方面，由重力做功與重力勢能的關系知道：
　　W=mgh-mgh②
　?、谑奖硎?，重力所做的功等于重力勢能的減少。由①式和②式可得：
　　mV-mV=mgh-mgh③
　　由③式可知，在自由落體運動中，重力做了多少功，就有多少重力勢能轉化為等量的動能。
　　通過對③式移項后可得：
　　mV+mgh=mV+mgh或寫成E+E=E+E④
　　④式表明，在自由落體運動中，動能和重力勢能之和即總機械能保持不變。
　　模型二：如果物體下落時空氣阻力不可忽略，上述過程則有：
　　問題1：用動能定理研究AB段得到什么方程？
　　問題2：根據重力做功和重力勢能的關系研究AB運動段得到什么方程？
　　問題3：聯立兩個方程，從能量轉化的角度得到什么結論？
　　解析：由動能定理可得
　　W-W=mV-mV⑤
　?、菔奖硎?，重力和阻力的所做的功等于動能的增加。
　　另一方面，由重力做功與重力勢能的關系知道：
　　W=mgh-mgh⑥
　?、奘奖硎?，重力所做的功等于重力勢能的減少。由⑤式和⑥式可得：
　　mV-mV=mgh-mgh-W⑦
　　由⑦式可知，重力勢能減少量大于動能增加量，表明機械能的總量減少，減少的機械能轉化為其他形式的能，機械能不守恒。
　　模型三：斜拋運動，從高為h的塔上以速率v將一小球斜向上拋出，落地時速度為V，不計阻力。如圖4所示，上述過程則有：
　　問題1：用動能定理研究CD段得到什么方程？
　　問題2：根據重力做功和重力勢能的關系研究AB運動段得到什么方程？
　　問題3：聯立兩個方程，從能量轉化的角度得到什么結論？
　　mV+mgh=mV+mgh⑧
　　由⑧式可知在斜拋運動中，動能和重力勢能之和即總機械能保持不變。
　　通過以上三種運動模型總結得出：在只有重力做功的情況下，不論物體做直線運動還是曲線運動（如豎直上拋運動、平拋等），物體的機械能總量保持不變。
　　4.歸納總結，得出結論
　　（1）機械能守恒定律
　　內容：在只有重力做功的情況下，物體的動能和重力勢能發生相互轉化，但機械能的總量保持不變。
　　適用條件：只有重力做功。
　　
　　（2）機械能守恒定律適用條件拓展
　　播放多媒體動畫：在光滑的水平面上，放開一根被壓縮的彈簧，彈簧把跟它接觸的小球彈出去。通過提問引導學生分析出：一、彈簧的彈性勢能轉化為小球的動能。二、在彈性勢能和動能的相互轉化中，如果只有彈力做功，動能和彈性勢能之和保持不變，即機械能守恒。
　　所以機械能守恒的適用條件還有：在只有彈力做功的情形下，系統（彈簧和物體）的機械能也守恒。
　　我們進一步歸納出機械能守恒定律的內容：在只有重力或彈力做功的情況下，系統的動能和重力勢能或彈性勢能發生相互轉化，但機械能的總量保持不變。
　　5.知識深化
　　舉出生活實例，通過教師引導，學生獨立思考，判斷物體在運動過程中是否滿足機械能守恒，進一步加強對機械能守恒條件的理解，突破本節課重難點。實例如下：
　　a.跳傘員帶著張開的降落傘在空氣中勻速下降
　　b.拋出的手榴彈或標槍做斜拋運動（忽略空氣阻力）
　　c.拉著一個物體沿著光滑的斜面勻速上升
　　d.物體沿光滑曲面自由下滑
　　6.應用舉例
　　應用舉例要有針對性，抓住機械能守恒定律的基本思想和解題方法。要抓住典型性、靈活性、多解性的典型問題，特別是對具有典型性和多解性的題目，盡量做到一題多解、一題多變、多題歸一、觸類旁通、舉一反三，通過這樣的思維聚合訓練，能夠脫離題海，達到事半功倍的效果。
　　比如例題：一物體從光滑斜面頂端由靜止開始滑下，斜面高1m，長2m。不計空氣阻力，物體滑到斜面底端的速度是多大？拓展：若上題中把斜面改為光滑曲面，結果又會怎樣？
　　通過牛頓力學知識和機械能守恒定律兩種方法對比解題，總結出機械能守恒定律解題步驟、特點和優勢。另外再通過精選練習題，重視理論聯系實際，努力嘗試解決新情景問題，提高學生的知識和方法遷移能力。
　　7.課堂小結及鞏固訓練
　　通過設問引導學生對本節課主要知識點進行歸納總結，如機械能守恒定律的內容、機械能守恒的條件和應用機械能守恒定律的基本思路，完善學生的知識結構，培養學生整理歸納的能力。教師精選練習題，讓學生進行針對性訓練，比如在完成機械能守恒定律的新課教學后，再通過習題課對機械能守恒的練習題進行分類型訓練：1.機械能守恒條件的判斷；2.單個物體機械能守恒的簡單計算；3.機械能守恒與圓周運動的結合；4.勻質連續體中的機械能守恒；5.多個物體組成的系統機械能守恒，等等。讓學生通過一定量的練習，對題型進行分類歸納，總結所用的知識點、解決問題的思路和物理模型，實現由知識向能力的轉化，使學生的思維得到有效的鍛煉和發展。
　　8.布置作業
　　在課堂教學尾聲階段，即是布置作業。教師可選擇少而精的作業題，如本節課后練習第4、5題交給學生去解決，去鞏固提高，去體會“漁魚”之樂。
　　三、問題導學法在機械能守恒定律中的應用總結
　　問題導學的教學模式從培養學生能力出發來組織教學過程，它不是由教師先講，而是讓學生在問題導引下先進行自學和探索，然后教師再進行評述性講解。這就把以教為重心轉移到以學為重心，把單純傳授知識轉移到打好基礎，發展智力，培養能力的軌道上來。在機械能守恒定律教學中，我從分析生活實例入手，以問題為主線，層層設問，使學生在教師引導下，分析實驗現象，并且根據相關知識完成機械能守恒定律的推導。通過機械能守恒定律課堂教學實踐證明：用“問題導學法”教學，體現了教師的主導地位，發揮了學生的主體作用。教師的主導作用表現為教師是教學的組織者、參與者和引導者，創設能吸引學生主動參與的教學環境，為營造自主探究、交流合作的學習氣氛。學生的主體作用表現為：學生自主分析、解決問題，激發了學習興趣，培養了自主學習和自主探究的能力，有利于擴大學生視野，開發智力，培養分析、歸納、解決物理學習中的實際問題的能力，勢必對學生的終身學習起到重大影響，也利于學生適應將來的學習型社會。這擯棄了傳統教育思想，把知識看作一種教育結果，主要向學生傳授知識，關心傳授了多少知識；而是采用現代教育思想，把知識看作一種過程，除了關心傳授的知識的量外，還關心獲得知識的過程，更強調學習自主能力的培養過程。
　　四、結語
　　物理作為一門自然學科，它可以把課內知識與課外知識融為一體，采用問題導學法，讓學生始終帶著問題去學習，帶著問題去探究，在開放的學習過程中發現、分析、解決問題，體會物理與自然社會的聯系。這為學生的創造、物理知識的應用創造了廣闊的空間。問題導學式教學法只是眾多教學方法中的一種，在課堂教學中應根據具體情況靈活選擇教學方法，甚至綜合應用多種教學方法，如本節課雖以問題教學法為主，但也融入了對比法、啟發式教學法，等等。
　　
　　參考文獻：
　?。?］廣東基礎教育課程資源研究開發中心物理教材編寫組.物理教學用書［M］.廣東教育出版社，2004，12，1.
　　［2］高中數學教學中的問題導學法探究［J］.沙棘（科教縱橫），2010，10.
　?。?］“問題導學法”在生物教學中的實踐［J］.廣東教育（教研版），2007，11.