基于“問題生成與解決”的習題課探究

問題意識是創新精神、創新能力培養的基石。善于發現或提出問題是創新人才的主要標志。科學始于觀察，思維源于問題，物理學習應是在教師引導下自主學習的過程，應注意物理問題的生成與解決，讓學生積極參與、勤于思考，做到真正意義上的發現問題和解決問題。

筆者有幸參加常州市教育科學“十二五”規劃課題“基于問題生成與解決的物理課堂教學研究”的相關工作。2008江蘇高考模式走到今天，物理學科在高三的復習時間大為減少，但要求不低，復習內容不減，試卷題量不變，難度沒有明顯下降，這就需要提高復習備考的效率，而基于“問題生成與解決”的物理課堂教學研究，有助于高三復習課效率的提高。本文結合高三一輪復習中一道能量相關試題的解決，略談一些對“問題生產與解決”的課堂認識和感受。

[2015東臺]如圖所示，裝置的左邊AB部分是長為L1=1m的水平面。一水平放置的輕質彈簧左端固定并處于原長狀態；裝置的中間BC部分是長為L2=2m的水平傳送帶，它與左右兩邊的臺面等高，并能平滑對接，傳送帶始終以v=2m/s的速度順時針轉動；裝置的右邊是一個光滑的曲面，質量m=1kg的小滑塊從其上距水平臺面h=1m的D處由靜止釋放，滑塊向左最遠到達O點，OA間距x=0.1m，并且彈簧始終處在彈性限度內。已知物塊與傳送帶及左邊水平面之間的摩擦因數μ=0.25，取g=10m/s2。

（1）求彈簧獲得的最大彈性勢能？

（2）求滑塊再次回到右邊曲面部分所能到達的最大高度；

（3）若滑塊質量m′=2kg，求滑塊到達O點的速度。

對此題第一問的解答過程具體如下：

教師：對滑塊從D到O應用動能定理mgh-μmg（L1+L2-x）+w彈=0，解得w彈=-2.75J，故EP=2.75J。

教師：能否利用能量守恒的觀點來解決此問？

學生1：可以，對滑塊從D到O由能量守恒定律得EP=mgh-μmg（L1+L2-x），解得EP=2.75J。

教師：μmg（L1-x）是滑塊從B到O過程中產生的熱量，那么μmgL2是否為滑塊在通過傳送帶時產生的熱量？

學生2：是的。

教師：我們之前學習過Q=f·x相，很明顯此過程相對位移不是L2，那是否應該重新計算此階段產生的內能？是不是這個計算熱量的公式錯了呢？

學生3：集體疑惑，愁眉苦臉狀！

教師：大家先把這個問題放一放，現在請大家求一下滑塊通過傳送帶過程中驅動傳送帶的電動機額外消耗的電能。

（3分鐘之后）

教師：我們請一位同學起來講一下他的解決思路。

學生4：老師，我還沒有思路，但我想問為什么電動機會額外消耗電能呢？

教師：因為電動機驅動傳送帶本身就要消耗電能，現在滑塊沖上傳送帶，增加了阻力，所以需要額外消耗電能。

教師：在滑塊通過傳送帶的過程中，除了額外消耗了電能，還有什么能量減少了？

學生4：滑塊的動能。

教師：什么能量增加了？

學生4：摩擦生熱，使得內能增加了。

教師：那是否可以應用能量守恒求解了呢，有思路了嗎？

學生4：可以了。ΔE內=ΔE內+E電額。其中ΔE內=f·x相。

教師：完全正確，具體的計算就留到課后進行。

教師：由此我們可以看出，第一，Q=f·x相沒有錯；第二，學生1提出的對滑塊從D到O由能量守恒定律得EP=mgh-μmg（L1+L2-x），結果是正確的，但表述不恰當，EP確實是增加的彈性勢能，mgh為滑塊減少的重力勢能，μmg（L1-x）是B到O過程中產生的內能，但μmgL2不是滑塊通過傳送帶過程中產生的總內能，只是物塊減少的機械能，這樣整個表達式就通順了。而滑塊通過傳送帶過程中產生的總內能確實應該是用Q=f·x相來進行求解，這個內能來自于物塊減少的機械能和電動機額外消耗的電能，也同樣符合能量守恒定律。

全體學生：點頭，表情輕松。

基于以上課堂實錄，筆者認為問題的生成與解決并不是簡單的線性過程，兩者往往是在學習過程中相互交織的，在解決問題的過程中生成問題，而問題生成又能促進原有問題的解決。而且課堂問題的生成不僅僅來源于學生，更可以在學生出現不完整、不成熟的疑問時，由教師主導進行問題的明確和提出。

其實問題的解決主要依靠學生的已有知識，如果學生能夠把他們正在學習的內容和碰到的問題與已有的準確且相關的知識聯系起來，他們將學得更多，記得更牢，能夠解決更多的新問題。但是如何將原有知識聯系起來，遷移過來加以應用，這并不是學生天生就會的。需要靠教師來激活，有研究者發現提問學生一些能夠引發其回憶的細小問題，可以幫助他們利用已有知識去促進新信息的整合和保持。這些精細化提問可以顯著提高學生的學習效果。正如在以上課堂實錄中，學生4發問之后，教師的一連串精細化提問，激活了學生正確但不充分的已有知識，很好地幫助學生解決了問題。

在“問題生成與解決”的課堂教學中，教師針對產生的問題進行精細化的提問就顯得尤為重要，這需要教師有充分的課前準備和扎實的教學功底。當然，如果在課堂上還差一步，沒有能夠及時精準地解決生成的問題，教師在課后進行研究，再加以解決也可以，但不能因為怕不能解決和時間緊張而不去生成和解決問題。

基金項目：常州市教育科學“十二五”規劃課題“基于問題生成與解決的物理課堂教學研究”相關成果。

編輯 李建軍