問(wèn)題引導(dǎo)下的變式策略在習(xí)題教學(xué)中的應(yīng)用
——以“水平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)”為例

(江蘇省海門實(shí)驗(yàn)學(xué)校，江蘇　海門　226100)

1　問(wèn)題的提出

習(xí)題教學(xué)是高中物理課堂教學(xué)中的重要組成部分，但在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，常有學(xué)生處于“聽得懂，不會(huì)做”的狀態(tài)，如何改變這一現(xiàn)象、實(shí)現(xiàn)學(xué)生能力的提升？馬赫穆托夫的“問(wèn)題教學(xué)論”認(rèn)為：人們?cè)谡J(rèn)識(shí)活動(dòng)中，當(dāng)遇到現(xiàn)有條件或已有的經(jīng)驗(yàn)尚無(wú)法解決的實(shí)際問(wèn)題時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一種懷疑、探索的心理狀態(tài)，從而激活主體思維，試圖去找出解決問(wèn)題的辦法。[1]基于以上原理形成的問(wèn)題引導(dǎo)下的變式教學(xué)策略，以問(wèn)題引導(dǎo)為教師“導(dǎo)”的方式，通過(guò)設(shè)置變式問(wèn)題，讓學(xué)生在體驗(yàn)中獲取知識(shí)，在比較中感悟差異與方法，在歸納總結(jié)中提升能力。筆者認(rèn)為，此教學(xué)方法可在習(xí)題教學(xué)中進(jìn)行有益的嘗試。

2　問(wèn)題引導(dǎo)下的變式教學(xué)策略

問(wèn)題引導(dǎo)下的變式教學(xué)策略，就是指依據(jù)教學(xué)目標(biāo)和學(xué)生現(xiàn)有的知識(shí)儲(chǔ)備、解決問(wèn)題的實(shí)際能力，教師從一個(gè)基本的、典型的問(wèn)題入手，通過(guò)多層次、多角度的變式問(wèn)題，形成一組有梯度、有中心、有序列的問(wèn)題組，讓學(xué)生經(jīng)過(guò)充分思考，去辨析、提煉，從而豐富知識(shí)儲(chǔ)備、強(qiáng)化對(duì)過(guò)程與方法的把握、升華其解決問(wèn)題的能力。問(wèn)題引導(dǎo)下的變式教學(xué)要為學(xué)生留足“空白”，為學(xué)生提供表述、質(zhì)疑、探討問(wèn)題的機(jī)會(huì)，同時(shí)要將教學(xué)活動(dòng)改造為寬松、和諧的師生探討交流的過(guò)程，[2]只有如此，學(xué)生才能真正在和諧的氛圍下全身心投入到學(xué)習(xí)中去，改“被動(dòng)聽講”為“主動(dòng)參與”，實(shí)現(xiàn)思維的飛躍。

問(wèn)題引導(dǎo)下的變式教學(xué)策略在具體實(shí)施中可將整個(gè)過(guò)程分為三個(gè)環(huán)節(jié)：基準(zhǔn)問(wèn)題——多層次變式問(wèn)題探究——比較提煉。從變化的形式上看，可以有“變?cè)O(shè)問(wèn)”“變研究對(duì)象”和“變條件”等多種方式，下文將結(jié)合實(shí)例加以闡明。

3　問(wèn)題引導(dǎo)下的變式策略的應(yīng)用

“水平面上的圓周運(yùn)動(dòng)”是中學(xué)物理中的一類典型運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，對(duì)該類問(wèn)題的分析，有助于學(xué)生掌握?qǐng)A周運(yùn)動(dòng)的處理方法，以及為后面“豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)”的分析奠定基礎(chǔ)。

3.1　基準(zhǔn)問(wèn)題

如圖1所示，有一水平放置的圓盤，上面有一個(gè)質(zhì)量為m=2kg的小物塊，該物塊離圓盤中心軸的距離為r=0.2m，求：

(1) 圓盤帶動(dòng)小物塊在水平面上轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線速度的大小為0.5m/s,則該物塊的角速度多大？在此種情況下，圓盤給物塊的摩擦力多大？

(2) 若圓盤與物塊間的fm=10N,且物塊始終隨圓盤一起做勻速圓周運(yùn)動(dòng),則圓盤所允許的最大轉(zhuǎn)速是多大?

圖1

設(shè)計(jì)理由：基準(zhǔn)問(wèn)題通常是由教師依據(jù)本節(jié)課的教學(xué)要求和學(xué)生的實(shí)際水平，精選一道具有基礎(chǔ)性、典型性、可變性的物理問(wèn)題，將其作為變式教學(xué)的基準(zhǔn)點(diǎn)。為了使課堂教學(xué)能夠順利進(jìn)行，保護(hù)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和調(diào)動(dòng)課堂氛圍，該題是本類問(wèn)題的典型問(wèn)題，要求能夠應(yīng)用基本知識(shí)和常規(guī)方法解決，且思維量要略小點(diǎn)。

3.2　變式問(wèn)題

3.2.1變?cè)O(shè)問(wèn)

變式1：如圖2所示，三個(gè)由同種材料制成的物體放置在同一個(gè)水平圓盤上，三個(gè)物體的質(zhì)量關(guān)系為m1∶m2∶m3=2∶1∶1，三個(gè)物體離中心軸的距離為r1=r2=r，r3=2r。

圖2

(1) 當(dāng)水平圓盤帶動(dòng)三個(gè)物體一起轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),請(qǐng)分析哪個(gè)物體的向心加速度最大？哪個(gè)物體受到的靜摩擦力最大？

(2) 三個(gè)物體中，哪個(gè)物體先與圓盤發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)？

設(shè)計(jì)理由：本題是“基準(zhǔn)題”的第2和第3小問(wèn)的綜合，是“基準(zhǔn)題”的一個(gè)縱向延伸，通過(guò)該題，可以進(jìn)一步總結(jié)“水平面上的圓周運(yùn)動(dòng)”處理的一般方法，明確臨界條件。

3.2.2變研究對(duì)象

變式2：如圖3所示，在光滑的水平圓盤上放著一質(zhì)量為1.2kg的小物塊A，在地面上放置著另一個(gè)質(zhì)量為0.6kg的小物塊B，兩物塊用輕質(zhì)繩相連，所有接觸處均光滑。開始時(shí)，輕質(zhì)繩剛好伸直，物塊A與圓孔O的距離為0.2m，現(xiàn)使A以某一角速度繞中心軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，若要求B不會(huì)與地面分離，則角速度ω的范圍如何？

圖3

設(shè)計(jì)理由：本題與前面兩題相比，研究對(duì)象從“單體”到“多體”，主要考查了連接體問(wèn)題在圓周運(yùn)動(dòng)情景下的應(yīng)用中。要求學(xué)生通過(guò)本題的分析，能夠明確：“幾個(gè)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不一致時(shí)，一般應(yīng)采用隔離法”。另一方面，該題再次強(qiáng)化了臨界問(wèn)題的處理方法。

3.2.3變條件

變式3：若將“變式2”中的條件略做改變，如“A與圓盤間的fmax=3N，B物塊被輕質(zhì)繩懸掛于空中，要使A隨圓盤一起繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)而不發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，則ω需要滿足什么條件？”

設(shè)計(jì)理由：通過(guò)對(duì)條件的不斷變化，讓學(xué)生在新的問(wèn)題情景中研讀題意，思考問(wèn)題解決的方法，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。在比較中，讓學(xué)生體悟到：?jiǎn)栴}情景變了，但處理的方法、問(wèn)題的本質(zhì)沒(méi)有發(fā)生變化；在變化中，拓寬了學(xué)生的思路，提高了學(xué)生解決問(wèn)題的能力。

3.2.4變連接裝置

變式4：如圖4所示為一水平面的俯視圖，質(zhì)量相同的兩個(gè)物體P、Q分別固定在輕桿上，兩物體到圓心的距離之比為1∶2，當(dāng)整個(gè)裝置在光滑水平面上繞圓心勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，桿OP段與PQ段對(duì)物體的拉力之比為多少？

圖4

設(shè)計(jì)理由：從“線模型”到“桿模型”的轉(zhuǎn)變，連接物所受作用力的特點(diǎn)發(fā)生了變化，此時(shí)必須思考、辨析其作用力的特點(diǎn)，結(jié)合狀態(tài)分析力的特點(diǎn)。在實(shí)際處理中，如若學(xué)生對(duì)線、桿模型的作用力的特點(diǎn)存在疑問(wèn)，教師還可以借用學(xué)生手邊的物品，如膠帶、筆等，構(gòu)造“線球模型”和“桿球模型”，讓學(xué)生加以體會(huì)。

3.3　比較提煉環(huán)節(jié)

通過(guò)上述一系列的變式問(wèn)題，在培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散思維的同時(shí)，還應(yīng)注意“收斂、歸一”，以形成良好的知識(shí)結(jié)構(gòu)，深化對(duì)思想方法的認(rèn)識(shí)。[3]因此，在課堂的結(jié)尾處，我們還設(shè)置了“比較提煉”環(huán)節(jié)，要求學(xué)生通過(guò)討論，進(jìn)行總結(jié)：① 圓周運(yùn)動(dòng)的一般處理方法——三部曲，即確定軌道平面、圓心和半徑，對(duì)物體進(jìn)行受力分析，明確哪些力提供了向心力；② 掌握多物體問(wèn)題中“整體法”和“隔離法”選用的依據(jù)；③ 學(xué)會(huì)運(yùn)用“極限法”處理臨界問(wèn)題；④ 體悟“線球模型”和“桿球模型”的不同特點(diǎn)。

4　教學(xué)反思

問(wèn)題引導(dǎo)下的變式教學(xué)追求的目標(biāo)是：通過(guò)改變物理問(wèn)題的已知條件、研究對(duì)象、結(jié)論或設(shè)問(wèn)等，讓學(xué)生體悟到“變中有不變”，即在紛繁的變化中，不變的是物理本質(zhì)，從而在一定程度上提高了學(xué)生的解題能力；通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)和反思，可以排除相關(guān)干擾項(xiàng)，理清處理問(wèn)題的思路，發(fā)現(xiàn)一些共性的方法；通過(guò)合作交流、表述觀點(diǎn)等，可進(jìn)一步提升學(xué)生的協(xié)作、表述、分析和綜合等能力。

當(dāng)然，在習(xí)題變式中還應(yīng)注意兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：① 變式的目的是為了提升學(xué)生的審題、分析等能力，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)物理問(wèn)題解決方法的掌握。因此，在變式時(shí)，應(yīng)緊扣教學(xué)目標(biāo)，不能為變而變。② 及時(shí)反思、比較和總結(jié)，“基準(zhǔn)題”和“變式題”之間可能存在“形同質(zhì)異”或“形異質(zhì)同”的情況，在變式教學(xué)中，可以通過(guò)問(wèn)題的引導(dǎo)，讓學(xué)生及時(shí)地反思和比較，從而避免學(xué)生對(duì)問(wèn)題的認(rèn)知出現(xiàn)混亂。

參考文獻(xiàn)：

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