物理規律課中導學問題設計策略的探討①
——以“研究勻速圓周運動的規律”為例

(陜西省安康市旬陽中學,陜西 安康 725700)

1 引言

物理規律教學對學生了解自然本質、理解規律內涵、領會思想方法具有極其重要的促進作用,在教學過程中既要遵從學生的認知發展規律,又要滲透物理學科核心素養的培養。現代教學論指出：從本質上講,感知不是學習產生的根本原因,產生學習的根本原因是問題,沒有問題就難以誘發和激起求知欲,沒有問題,感覺不到問題的存在,學生就不會去深入思考,那么學習也就只能停留在表層和形式上,為此,要求教師善于巧妙地把學科教學內容(思想、方法、知識)轉換成一連串具有潛在意義的問題[1]。

“問題導學法”是將目標和內容設定為問題,通過創設問題情境,引導學生主動獲取和運用各種信息創造性地解決問題,并從中構建出有利于學生學習的一種教學方法[2]。其實質是以問題串為抓手,引導學生理解知識、發現規律,從而達成教學目標，培養學生科學態度的課堂教學方法,也是中學物理“思維型”課堂教學中采用較多的方法之一。“思維型”課堂教學要求將認知沖突、自主建構、思維監控以及應用遷移等基本原理融入物理規律教學中,在規律教學中引導學生積極思考、主動探究,促進學生對物理規律的深度理解,提升學生的創新素質[3]。

2 導學問題的設計策略

問題導學法能夠培養學生的科學思維與科學態度,是以學生為主體、教師為主導的直接體現,為學生真正參與課堂、促進有效學習提供了重要的途徑。在運用問題導學法進行教學時,導學問題的設計是關鍵,問題設計中存在的問題主要有:教師在教學中對問題的系統性、層次性的關注不夠等[4],那么究竟在導學問題的設計過程中,應當采用什么策略?下面以“研究勻速圓周運動的規律”為例,展示我們的思考。

2.1 確定重、難點,力求問題準確有效

在設計導學問題時,首先要研究課程標準與教材,高中物理課程標準關于圓周運動規律的要求是:知道向心加速度,能用牛頓第二定律分析勻速圓周運動的向心力[5]。分析人教版、滬科版兩個版本教材,發現本節內容是勻速圓周運動的核心知識點,其中包括勻速圓周運動的向心加速度、向心力兩個重要物理量,是后續章節學習的重要基礎。

根據學生認知發展規律,結合教學實踐經驗,確定本節知識學習的重點、難點。學習重點為:通過實驗探究及理論推導,建立并理解向心力、向心加速度的概念,自主總結出相應計算公式。學習難點為:在具體問題中尋找并分析向心力來源。

確定了重、難點之后,設計導學問題時便有了明確的方向,為有效導學提供了基礎。問題設計的有效性主要要求問題具有思維價值,并且難易適中,問題情境應是學生所熟知的。

2.2 了解學生認知現狀,促進完善必要基礎

提高課堂教學效果的關鍵在于教師要了解學情,提高教學的針對性,主要了解不同層次學生掌握了什么?還未掌握什么?力求使得教學實現無錯位對接。在調研學生的學習起點時,我們設計的課前預習問題串一如下:

(1) 幾何中圓的弧長、半徑、圓心角有什么關系?圓心角、圓周角、弦切角有什么關系?

(2) 受力分析的步驟、方法、注意事項有哪些?

(3) 牛頓第二定律的內容、含義是什么?加速度的物理意義是什么?

(4) 生活中的圓周運動實例有哪些?

筆者對所在學校高一年級中等層次兩個班級進行了抽樣調查,關于學生學習起點方面有以下結論:學生普遍對初中幾何圓的知識掌握比較扎實,關于受力分析有一部分學生基礎不牢、分析不夠準確,至于對生活中圓周運動實例的了解,學生普遍停留在知道或見過這一層面,缺乏對現象本質的思考。

為了體現分層教學,在問題串一中并沒有涉及性質力與效果力的區分、加速度的深層次內涵等問題,而是在學生課前預習過程中,通過口頭詢問、交流的方式，了解學生可能存在的思維障礙,并與預設難點進行比對，詢問的題目為:

(1) 知道力可以分為性質力、效果力嗎?

(2) 加速度是用來描述物體速度變化快慢的物理量,其中的“變化”有什么含義?

同樣在以上兩個班級中展開調查,所得結論為:大部分學生能夠區分清楚性質力、效果力,但主要思維障礙在于具體到實際問題時分析受力往往不能準確、全面把握；理解加速度的物理意義時,學生對于速度的矢量性理解普遍存在偏差,學生能夠關注到速度大小的變化，而忽視了速度方向的變化,不理解速度方向變化時為什么也需要討論其變化快慢問題。

在對學生的學習起點、思維障礙做了充分調研后,結合學生的認知水平和認識規律,就可以設置問題串二,由易到難,層層遞進,引導學生發現規律。

2.3 激發學生學習興趣,問題連貫、環環相扣

“興趣是最好的老師”,通過創設情境、演示實驗、設置懸念等方式激發學生的學習興趣,能夠激活學生思維,破解教學低效的難題。本節課因圓周運動與生活聯系密切,可選做導課情境的素材較多,如:水流星雜技表演、飛車走壁、過山車等。

導入新課之后,可通過大屏幕展示問題串二:

(1) 為什么物體會做圓周運動?

引起學生探究興趣后，讓學生拿出預先準備的系有小球的細繩,在水平面內勻速旋轉,以感受向心力的存在。之后,針對向心力的字面意思,與學生共同完善向心力的概念。說明向心力會產生“向心”效果,是一種效果力,方向指向圓心。

(2) 影響向心力的因素是什么?

引導學生分析所有可能的影響因素包括:速度、繩長、小球質量等。滲透控制變量思想,讓學生先后改變旋轉速度、繩長、小球質量,分別感受向心力的大小,鼓勵學生大膽猜想向心力與各影響因素之間的關系。學生可分組討論,體現合作探究的優勢。

2.4 體現物理學科特點,實驗巧妙，推理嚴密

物理教學是以實驗為基礎的,在選編題目時,應注意與自然科學、生產、生活實際相結合,在題目設置過程中，需設計必要的、具可操作性的題目,如:對自然現象的思索、與現代高科技緊密聯系、可用高中物理知識來解釋的現象等，這樣的問題更有利于培養學生的物理思維能力。

在學生猜想出影響向心力因素之后,可設置系列問題誘導學生分析推理、合作討論、設計實驗、操作探究，以達成教學目標。設計的問題串三如下:

(1) 如何驗證猜想?

提示學生結合牛頓第二定律的實驗探究設計思想進行思考,得出:F∝mrω2,鼓勵學生用DIS系統、傳感器等驗證猜想。

(2) 在豎直面、水平面內圓周運動物體的向心力來源于哪里?

該問題是為解決在圓周最高點、最低點向心力來源這一類典型問題奠定基礎，可以先讓學生感受在水平平面內旋轉與豎直平面內旋轉時,向心力的大小差異,然后引導學生結合重力的影響進行理論推導,分析差別。

(3) 既然有向心力,那么是否存在向心加速度?向心加速度又該如何表達?

此問題主要讓學生把握知識之間的聯系，引導學生結合牛頓第二定律,自行推導出向心加速度的公式。

3 結語

在物理規律新授課教學中,通過問題導學，展開課堂教學,我們總結了導學問題設計的策略,概括起來就是:根據重、難點定目標,以學生基礎為起點,激發興趣的問題要有層次,引導學生自主探究，提升其思維能力。我們在實驗班級采用問題導學教學法,學生對物理的學習興趣明顯增強,分析、解答物理問題的思維更顯縝密,不僅促進了教學效果的提升,更重要的是我們還感受到了這種方法帶來的教學理念、教學模式、師生關系等方面的諸多變化,這是我們進行課題研究的最大收獲,為我們后續研究注入了源源不斷的活力。

[1] 余文森.有效教學的實踐與反思[M].西安:陜西師范大學出版社,2011.

[2] 卞志榮.用“問題導學法”進行實驗教學[J].物理教學,2012,(2).

[3] 王長江,胡衛平.中學物理思維型課堂中規律教學探討[J].中學物理教學參考,2015,(5).

[4] 張子書.高中數學課堂中“問題導學”的實施現狀及改善對策[D].武漢：華中師范大學,2015.

[5] 中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準(實驗稿)[M].北京:人民教育出版社,2003.