運用“問題解決”教學模式創設“自由落體運動”實驗情境

居殿兵

1 “問題解決”教學模式的理論依據

蘇聯教育家列爾耐爾認為：“問題教學的本質在于學生由教師經常引入尋求有根據地解決對他們來說是新問題的辦法的過程，由此他們就學會獨立地獲取知識、運用原先學過的東西和掌握從事創造性活動的經驗.”蘇聯教學論專家馬赫穆托認為：“問題教學是一種發展性教學，在這種教學中學生經常獨立探索活動同他們學習現成的科學結論結合在一起，而教學方法體系的建立要考慮問題目的和問題原則.問題教學是現代發展性教學體系的主導因素.”

在他們看來，問題教學本質特點是：（1）問題教學是教師引導學生發現問題和解決問題的過程；（2）強調學生的獨立性；（3）強調學生的創造性.

根據現代認知理論，物理課堂的教學過程應該是通過不斷地提出問題并解決問題的方式來獲取新知識的過程，課堂教學中的問題應是師生課堂交流的產物.只有這樣的問題，學生對之才更具好奇心、求知欲，才能反映教學的實際.學生的學習方式要從被動型轉變為主動型，課堂內的活動層出不窮、問題千奇百怪，從而使課堂教學具有不可預料性.教師在課堂上不僅是問題的提出者，更是各種教學情境的創設者，將學生置于研究者、探索者的位置，讓學生通過思考，提出新問題、通過互相交流、合作探究等活動來獲取知識.

2 “自由落體運動”運用“問題解決”教學模式可行性分析

“自由落體運動”是在學生學習了運動學知識后編排的，是勻變速直線運動的特例.通過對自由落體這種常見的、特殊的運動的研究，一方面是對前面知識的復習和鞏固，同時也加強了課本與實際生活的聯系；另一方面通過本節課學習，讓學生體驗研究物理問題的基本思路和科學方法，為以后研究更復雜的運動規律打下良好的基礎.本節課是本章知識的復習課，培養學生思維的研究課，聯系生活的應用課，也是后續課程的鋪墊課，故本節課在本章中具有重要的地位和作用.通過前面知識的學習，特別是學習了用打點計器來測量勻變速運動的加速度后，學生具備了探究自由落體運動規律的能力，可在對其運動規律的教學環節中采取師生合作的探究式教學.

師生合作探究式教學的主要方法是有意識地創設情境，預[HJ1.45mm]設實驗，通過提出富有啟發性的問題，將學生引入情境之中，激發起學習的動機，在實際教學過程中生成問題，調動學生學習興趣，真正解決問題.

本節課的關鍵是合理創設情境，不僅起到組織教學的作用，而且能使學生增強動手能力，還物理學的本來面目，產生濃厚的學習興趣.因此，通過實驗來創設情境，提出問題，引起觀點沖突，進而提出新問題，最終解決所有問題，得出物理規律是本課的流程.按照“培養有創新能力、實踐能力的人才”要求，本課如何進行實驗設計呢？可創設哪些問題情境？要達到什么樣的效果？又如何提出有價值的問題呢？

3 “問題解決”教學模式實際設計方案

3.1 創設情境，引入課題

情境1 救災時，飛機上同時投下救災物品和宣傳傳單，哪一個先落地呢？

有的學生看過電視畫面，也有生活常識，學生回答都很踴躍，課堂氣氛活躍.

再讓學生進行課堂問題生成：學生會提出若干種兩個物體的落地實驗.比如，若是一個同樣大小的硬紙片和硬幣同時從同一高度落下，誰先落地呢？

最后讓學生分組合作，做一個硬紙片，讓硬紙片和硬幣從同一高度同時落下，實際觀察.結果是硬幣先落地，硬紙片后落地.

得出明確結論：重的物體先落地，輕的物體后落地.

向同學們說明：兩千多年前，古希臘最偉大的哲學家、科學家和教育家亞里士多德也持有這一觀點.但這個結論是否正確呢？

3.2 創設情境，制造懸念

學生對剛才的實驗事實確信無疑，進一步創設如下情境.

情境2 兩個半徑相同的鐵球和橡膠球同時下落，哪一個先落地？

有的學生認為與剛才一樣，有的學生看過這方面書的，說是同時落地.

實驗是檢驗真理的唯一標準，讓我們再來做一個演示實驗.讓半徑相同的鐵球和橡膠球同時從較高的高度同時落下，結果是兩球同時落地，與日常觀察到的現象和剛才的實驗現象相反.

課堂問題生成：學生根本就不能準確判斷是哪個球先落地，如何來進行觀察呢？

可以讓學生討論，最后的結果是用眼睛看兩球是否同時落地比較困難，可轉化為聽聲音的方法，要在地上墊一塊鋼板.

通過創設前面兩個情境，得出完全相反結論，在內容和學生心理之間制造一種“不協調”，將學生引入與物理問題有關的情境中，造成懸念，使學生產生探索的欲望，處于欲罷不能的狀態.

3.3 創設情境，探究原因

情境3 取兩張相同規格的白紙，一張揉成較緊的團，一張稍微揉一下，讓他們同時從同一高度同時下落，結果如何？

讓學生親自探索，結果是前者先落地，后者后落地，現象十分明顯.

引導學生思考、討論：能不能用不同規格的紙張呢？

學生討論后教師總結到物理實驗常用的方法——控制變量法上來.

再提問：兩個物體是否同時落地，是看它們的重力嗎？

引導學生分析，研究對象的質量一樣，重力也一樣，顯然不是.

最后提問：哪是什么原因使兩個紙團不同時落地呢？

學生實際操作、討論后得出：兩紙團重力一樣，環境一樣，只是兩者的表面積不一樣，從而得出兩物體在空中不同時落地的原因是兩者阻力不一樣的結論.

3.4 創設情境，驗證推斷

提問：如何來驗證重物下落不同時是因為阻力的原因呢？

引導學生分析得出：要做同樣物體的有空氣和無空氣情況下落的對比實驗.

情境4 用錢羽管做演示實驗.先讓管內充滿空氣，當管子迅速倒轉時，小鐵塊迅速落地，而羽毛飄飄悠悠，經過好長時間才落地；再抽去管內空氣重做一次實驗，結果是輕重物體同時快速落地.

當學生看到羽毛和小螺絲同時落地時，很是驚訝，實在不敢相信這個事實，從學生的臉上明顯看出有進一步探索的欲望.

還可以再打開閥門，放進空氣再做一遍，增加對比性.

通過對比觀察，可明顯看出阻力對實驗的結果影響很大.

進一步提問：能不能選擇一個更好的地方，在大范圍內做這個科學實驗，讓人更信服呢？

學生充分討論：最終得出在月球上做這個實驗，沒有阻力，可以在更高的高度做這個實驗，在較長的時間兩球落地時間都是相同的.可以播放阿波羅15號宇航員在月球上做落體實驗的視頻，并鼓勵學生有朝一日也能上登上月球親自做一下這個實驗.

3.5 創設情境，得出規律

得出自由落體運動規律，是本節課的核心實驗.

讓學生發揮想像，回憶剛學過的知識，師生共同設問：如何設計實驗探究自由落體運動的規律呢？

學生可能會提出運用頻閃照相，運用DIS數字化實驗系統，運用數碼攝像機等等方法.

情境5 選擇一種簡潔的做法，讓重物拖一條紙帶作自由落體運動，使用電磁（或電火花）打點計時器打出一條紙帶，通過處理紙帶來研究自由落體運動的規律.這也是學生剛剛學會的方法.

提問：如何確定重物的運動性質呢？

學生回答：比較Δs（相同時間內相鄰間隔位移差）是否為一定值.

提問：如何更直觀看出呢？

引導學生將紙帶取相同時間（如取5個計時間隔，即 0.1 s）剪斷，豎貼在坐標紙（事先制作，尺度要大）上，應用實物投影，結果明顯看出：開頭幾個相同時間間隔內的位移之比是為1∶3∶5∶7，進一步證明了：自由落體運動是初速度為零的勻加速直線運動.

提問：如何求出自由落體運動的加速度呢？

仍應用實物投影，用刻度尺量出Δs的長度，根據公式Δs=aT2，算出重力加速度的值.

本節課采用設計實驗，創設情境，提出問題，問題小而具體、新穎且有趣，體現了物理學科的特點，將問題寓于學生實際掌握的知識之中，造成懸念，激發學習興趣，學生注意力集中，啟發性強，內容充實，所有結論都是通過現場實驗得出，沒有強加給學生，而且所有的實驗取材都很簡單（若無實物投影儀，把自制尺畫在黑板上，可以收到同樣的效果），可見度大，收到了良好的教學效果.