關于高中物理問題情境教學創新研究的案例分析

卞望來

（江蘇省南菁高級中學，江蘇 江陰 214437）

1 問題的提出

問題情境教學是以獲取知識方法為前提，以教育教學理論為指導，以解決問題為核心，以把握知識為基本原則，不斷提高學生分析問題、解決問題和應用知識的能力.根據問題情境教學理論，課堂教學應該是以提出問題并解決問題的方法來獲取新知識的問題性思維過程.這一過程一般包括以下3個環節：產生問題情境；分析問題情境；問題情境的反思.而目前不少教師在以問題教學方式上課時，存在較多問題：教師提出問題多而學生提出問題少，問題呈現方法單調，內容直白，不具有深度和廣度，質疑性問題少，同時，解決問題的方法和途徑較單一.學生上這樣的物理課興趣索然，更談不上提高教學質量.馬赫穆托夫認為，問題教學是一種發展性教學.我們提出高中物理問題情境教學的創新研究就是為了解決以上問題.讓提出問題的背景更新穎，讓問題更具有層次性和批判性，讓解決問題的方法更豐富.通過以上的教學就是讓學生更多地主動提出問題，思考問題，讓學生對未知充滿興趣，讓學生獨立地獲取知識，運用已學過的知識來從事創新性的學習活動，從而培養學生的創新思維和能力.

下面以“自由落體運動”一課為例，談談高中物理教學中如何運用問題情境教學的創新研究的一些觀點和做法.

2 案例呈現及評估

2.1 教學任務分析

（1）課程分析.本節課使用的教材是《普通高中課程標準實驗教科書物理（必修1）（人民教育出版社）》，教學的內容是第2章第5節關于自由落體運動的內容.具體來說：對自由落體運動進行實驗探究，由此得到自由落體運動的規律，并能解決簡單問題.

（2）學情分析.通過前面內容的學習，學生已經掌握了物體做直線運動的種類、相應的概念、規律，初步掌握了研究物理問題的基本思路和描述物體運動規律的基本方法.自由落體運動是勻變速直線的特例，學生在前面學習的基礎上進一步學習本節知識是非常必要的.教材之所以作這樣的安排，既注意了教學內容處理的科學性和系統性，又注意到了學生對客觀事物的認識規律，體現了理論聯系實際的教學思想和循序漸進的教學原則.

（3）學習目標.① 知識與技能：研究并認識自由落體運動的特點和規律；理解自由落體運動的特點和規律；并會運用自由落體運動的特點和規律解答相關問題.② 過程與方法：培養學生的觀察能力和邏輯推理能力；進行科學態度和科學方法教育，了解研究自然規律的科學方法，培養探求知識的能力；通過對落體運動的實驗探究，初步學習控制變量法.③ 情感態度價值觀：調動學生積極參與問題討論的興趣，培養邏輯思維能力及表達能力；通過實驗，培養學生的合作精神；通過史實，培養學生學會質疑的科學素養.

（4）教學的重點與難點.① 重點：理解自由落體運動的概念的得出過程及自由落體的運動性質和運動規律；② 難點：利用打點計時器研究自由落體運動的性質；理解并運用自由落體運動的條件及規律解決實際問題.

2.2 教學過程設計與實施

師：同學們，秋天是個美麗的季節，落葉飄零，熟透的蘋果也會從樹上掉落下來，這些有什么共同的特點？

生：從高的地方落到低的地方，從靜止開始.

師：沒錯，像落葉那樣由靜止開始從高處落到低處的運動就叫做落體運動.你們還見過有哪些落體運動呀？

生：雪花飄落，雨滴下落，跳傘……

師：同學們說得很好.今天我們就一起來研究一種最簡單的落體運動——自由落體運動.

［板書：第5節自由落體運動］

［板書：一、物體的下落運動］

師：為了更深入地研究物體的下落運動的規律，我們需要從生活實踐出發，來討論幾個問題.

提出問題：在日常生活中，重的物體和輕的物體誰下落的更快一些呢？

生：重的物體下落的快一些.

師：我們通過幾個小實驗一起驗證一下同學們的結論是否正確.

設計學生實驗1：紙片和鐵片從相同的高度同時下落，看誰下落的快？

學生做實驗，并觀察實驗現象，得到結論：重的鐵片要比輕的紙片下落得快.

師：2000多年前，古希臘哲學家亞里士多德也持有這一觀點.但這個觀點是否正確呢？我們還是通過實驗來驗證.

設計學生實驗2：將一張與原來相同的紙片團成紙團，再和鐵片從相同的高度同時下落，看誰下落的快？

學生做實驗，并觀察實驗現象，并得到結論：重的鐵片和輕的紙團下落的幾乎一樣快.

提出問題：為什么會得到相互矛盾的結論？（學生思考）

師：對表面現象的觀察有時會得出錯誤的結論，我們要用透過現象看本質的研究方法去研究問題.300多年前，伽利略曾運用邏輯推理否定了亞里士多德的觀點.設重的物體下落速度為8m／s，輕的物體下落速度為6m／s，再把兩個物體結在一起，一方面重的物體被輕的物體拖累速度要介于6m／s與8m／s之間，另一方面兩個物體結在一起更重了，速度應大，兩者自相矛盾，所以亞里士多德的觀點是錯誤的.

設計學生實驗3：將鐵片放在紙片（水平放置）上面組合成一體，和另一相同的紙片團成一團從相同的高度同時下落，看誰下落得快？

學生做實驗，并觀察實驗現象，得到結論：重的鐵片和紙片的結合體要比輕的紙團下落慢.

提出問題：同學們，現在我想讓兩者下落的幾乎一樣快，應該怎樣做？

學生小組討論并提出實驗方案.

生：讓紙片包住硬幣也團成紙團.

師：同學們實際做一下看看.

學生做實驗，并觀察實驗現象，并得到結論：兩者下落的又幾乎一樣快.

教師提出問題：我們做的上述幾個實驗，為什么會得出不同的結論？

生：有空氣阻力的影響.

師：如果我們忽略空氣阻力的影響，同學們猜一下，會出現什么情況？

教師演示牛頓管實驗，管內抽成真空時，羽毛與鐵片同時下落；打開閥門，讓空氣進入管內，羽毛與鐵片同時下落，這時再讓學生驗證自己的猜想.

此刻同時利用視頻播放美國宇航員在月球上進行的鐵錘與羽毛下落實驗.

生：在忽略空氣阻力的影響，輕重不同的物體下落快慢相同；平時，我們看到的輕重不同的物體下落快慢不同，是由于空氣阻力的作用.

師：同學們講得很好.通過剛才的學習，你覺得亞里士多德和伽利略對落體運動都有貢獻嗎？你如何評價？

生：亞里士多德雖然對物體的下落運動認識是錯誤的，但提出了對運動的認識，為后人正確認識運動打下基礎，是人類認識自然的必然過程.伽利略采用邏輯推理和實驗相結合的方法，為我們認識大自然指明了途徑.

環節評估：美國著名心理學家布魯納曾說，掌握一般概念和原理是通向普遍遷移的大道.教學中應注意新舊知識異同的比較，通過對比，能透過表面現象，看清不同的物理本質.在對比過程中，學生始終處于主動積極、探索進取狀態，這樣對完善舊知識，自覺完成從舊知識到達新知識的遷移，并鞏固新知識.同時，通過如何評價亞里士多德對物體的下落運動貢獻，讓學生樹立正確的科學態度.

［板書：二、自由落體運動］

［板書：1.定義：物體只在重力作用下從靜止開始下落的運動.］

師：同學們，想一想，哪些物體的下落運動可稱為自由落體運動？

在真空中靜止釋放的羽毛和鐵片，在空氣中靜止釋放的紙片和鐵片.

生：在真空中靜止釋放的羽毛和鐵片和在空氣中靜止釋放鐵片的運動是自由落體運動，而在空氣中靜止釋放的紙片由于空氣阻力較大不是自由落體運動.

師：這位同學講得很好.在真實環境中物體靜止釋放的下落運動，當物體的重力遠大于空氣阻力時，我們也稱之為自由落體運動.

［板書：條件：只受重力或mg?f，初速為0.］

師：同學們，我們來做個小游戲，測一測人的反應時間.（準備一把60cm的直尺，根據直尺作自由落體運動的距離換算成時間，貼在直尺上）

學生反應活躍，上來測反應時間.

師：同學們，我這把直尺為什么能測出你的反應時間呢？

生：直尺自由落體運動的時間就是人的反應時間.

師：大家說的很好.物體作自由落體運動是什么性質的運動，我們用什么方法來測出來？

生：我認為自由落體運動是勻加速直線運動，因為它運動越來越快.（師：很好）

生：我認為可以利用閃光燈拍攝小球作自由落體運動的閃光照片，由于閃光時間間隔相等，分析這些照片上的小球間距，就可以知道小球運動規律.

生：我認為還可以利用打點計時器，讓物體與紙帶相連，分析紙帶上的點之間距離的變化，就可以知道紙帶的運動情況，這樣也知道了物體的運動規律.

師：同學們講得都很好.現在我們就采用最后一位同學提出的方法來探究自由落體運動的規律.

教師介紹實驗器材，提醒學生安裝打點計時器時，上端要水平，紙帶如何與重物相連，實驗時要拿住紙帶的上端，并盡可能地往上提，讓紙帶無阻礙通過打點計時器，先通電后放紙帶，引導學生進行分組實驗.

當得到打點的紙帶（如圖1所示）后，指導學生如何測量，并進行估讀，測6組數據.

圖1

每取兩點作為一個計數點（T＝0.04s），將讀數依次填入表1中（單位：cm，數據均保留到小數點后兩位）

表1

求出Δx的平均值，利用公式Δx＝aT2求出物體的加速度，其值應接近9.8m／s2.

我們也可利用表1中的數據求出1、2、3、4、5這幾個點的對應的速度值，利用教學軟件作出v-t圖像，并擬合圖線是一條直線，求出圖像的斜率就是物體運動的加速度，這個值也接近9.8m／s2.

［板書：2.運動的性質

（1）初速為0的勻加速直線運動.

（2）在同一點，自由落體運動的加速度都相等.

大小：一般取g＝9.8m／s2；方向：豎直向下.

精確實驗發現，在不同位置的重力加速度不同.］

利用PPT打出各地的重力加速度.（略）

師：同學們，我們前面已學過了運動學中的速度公式、位移公式及推論，大家回想一下.那么，自由落體運動的規律是怎樣的呢？

［板書：3.運動的規律

速度與時間關系：v＝gt；高度與時間關系：h＝gt2／2；速度與高度關系：v2＝2gh.］

環節評估：物理課堂教學過程中，很多的教學內容都能引起學生學習物理的興趣.教師要以良好的契機為抓手，激發學生的學習興趣；要引導學生忽略次要因素，抓住問題的本質，培養學生分析問題的能力科學素養；要指導學生如何做實驗，并從實驗數據中得到規律，培養學生的科學素養.通過這類教學活動，有利于學生積極地把新概念或規律與自己認知結構中原有的適當概念相聯系，把新概念、規律納入原有概念、規律中，同時使新概念、規律與原有的有關概念、規律進一步分化和融匯貫通.

師：同學們，我們一起研究了自由落體運動的規律，接下來就用它來解決一些實際問題.還記得老師剛才用一把直尺測了一些同學的反應時間嗎？大家桌上也有一把直尺，2個同學相互合作，根據直尺下落的距離來計算自己的反應時間.

指導學生測量反應時間.

［板書：三、自由落體運動規律應用］

師：同學們再想一想，如果一個人喝了酒，那么他的反應時間要怎樣？

生：這個人的反應時間肯定變長.

師：這位同學回答的很好.如果這個人喝了酒后開車呢？

生：容易出車禍.

師：所以，我國交通法規定酒后嚴禁開車.

師：同學們，通過本節課的學習，談談你的感受.

生：掌握了自由落體運動的條件、性質、規律.

生：經驗有時不可靠，要通過實驗來證實.

生：在科學的道路上要敢于挑戰權威，正確評價一個人.

師：同學們都說得很好.

今天作業：制作測定反映時間的尺，閱讀課本第46頁第6節內容.

環節評估：物理教學中，教師應運用物理本身的魅力激發學生求知的欲望和情感.教師要從教學效果出發，將最新的教學理念融入到每節課的教學過程中，并注意物理知識與日常生活的聯系，激發學生的求知欲和興趣，讓學生充分體會物理規律在日常生活中的妙用.本節通過學生自己測量的反應時間從而揭曉前面疑問，同時，小結也是為了學生進一步掌握本課的主要內容，并培養學生良好的學習習慣.

3 教學反思

愛因斯坦說過：“興趣是最好的老師.”“發現問題比解決問題更重要.”本節課成功之處在于：以問題為核心，以學生發展為本，在實驗與概念學習過程中注意科學素養的培養，注重實驗探究與過程的評價.整個過程既動手又動腦，師生互動好.實驗設計新穎且貼近生活，能運用視頻、教學軟件等多種教學手段，充分展示了物理實驗現象，分析了物理實驗結果，這樣激發學生的求知欲，抓住了學生的興奮點.通過合作探究排除生活中的假象，通過親身體驗增強了對概念的感性認識.同時，本課也對教師提出了較高的要求，要求教師思維嚴謹，邏輯性強，步步有伏筆.實驗操作與多媒體的運用嫻熟，課堂組織能力強，能及時處理學生在實驗過程中的問題.要求教師給以必要的指導，如果疏于引導，將會拖延時間，導致教學被動.不足之處在于：這么多的教學內容要在40min內完成稍顯倉促，如果學生的學習能力不強則顯得較為困難.同時，由于教學時間的限制還有一個實驗無法完成，即用一把直尺，在上面間隔相同的距離貼上相同寬度的遮光條，當直尺作自由落體運動時，利用時間傳感器測出遮光條經過傳感器時的時間，利用教學軟件計算速度，作出v2與h關系圖像，并求出斜率，其值應接近2g.

總之，在中學物理教學中，教師創設問題情境就是在講授內容和學生求知心理之間制造一種“不協調”.將學生引入一種與物理問題有關的情境中，造成一種懸念，使學生產生向往、探索的欲望.創設問題情境時應注意：問題要小而具體、新穎有趣、有適當的難度；要有啟發性和一定的深刻性，要善于將所要解決的問題寓于學生實際掌握的知識之中，造成心理上的懸念.同時，要充分運用多種教學手段來解決問題.高中物理問題情境教學的創新研究對教學具有十分積極的指導意義.