在物理習題教學中培養學生的質疑精神
——由一道電磁感應計算題引起的疑問

(廣東省中山市桂山中學,廣東 中山 528463)

1 講解簡錄

1.1 試題講解

原題呈現：如圖1所示，在垂直于勻強磁場B的平面內，半徑為r的金屬圓盤繞過圓心O的軸承轉動，圓心O和邊緣K通過電刷與一個電路連接。電路中的P是加上一定正向電壓才能導通的電子元件。流過電流表的電流I與圓盤角速度ω的關系如圖2所示，其中ab段和bc段均為直線，且ab段過坐標原點。ω>0代表圓盤逆時針轉動。已知：R=3.0Ω，B=1.0T，r=0.2m。忽略圓盤、電流表和導線的電阻。

圖1

圖2

(1) 根據圖2寫出ab、bc段對應的I與ω的關系式；

(2) 求出圖2中b、c兩點對應的P兩端的電壓Ub、Uc；

(3) 分別求出ab、bc段流過P的電流IP與其兩端電壓UP的關系式。

本題是2013年廣東高考理綜卷的物理壓軸題，相關的考點有：電磁感應、歐姆定律、并聯電路規律、直線函數式，重點考查模型建構、科學推理、科學論證等，考查學生的理解能力、推理能力、分析綜合能力和應用數學解決物理問題的能力。

忽略電源內阻，UP=E，可得：Ub=0.3V，Uc=0.9V。

1.2 學生對答案提出質疑

生1：按照分析，bc段元件是否已經導通？

師：是。

生1：那么導通后的P應該能當作是電阻處理吧？

師：對。

生1：那我的解法應該是對的。我也是用了串聯電路的特點進行運算。

生1：您的解法我也十分認同，但是兩個結果不一樣，之前您說過電磁感應題目容易造成數據不自洽，我認為這個題目也是如此。

思考幾分鐘后，我明白了問題所在。正打算把結果講解給生1時，轉念一想：如把問題交給學生，他們是否能找出問題所在？

本著試試的想法，我叫她把解法寫在黑板上，和筆者的講解板書在黑板上形成對比。

師：請大家找一找，哪種解法存在問題？甚至是否兩種解法都存在問題？如果兩個解法都沒有問題而得出不同的結果，那么大家就能證明此題是一個錯題，下面進行討論。

生2:老師，我昨晚搜索網絡，發現此題解法混亂，有多種不一樣的答案，我也很糾結，到底哪個正確？

學生利用了網絡，真是善用信息！教室一下炸開了鍋，學生們議論紛紛，挑戰教師甚至高考題權威的時候到了！討論的氣氛漸趨濃厚，筆者決定靜觀其變，讓學生繼續討論。

1.3 質疑——論證——再質疑——再論證

生3：我有個發現，把老師的結果和同學1的結果直接等同起來，發現電壓只能是一個定值，和圖2中電壓隨著角速度的變化而變化不符。所以必有一種解法錯誤，我這樣想對嗎？

師：直接把兩結果等同起來解方程？合理嗎？

生4：我認為不能，如果成立，假設取任意兩個y關于x的一次函數方程，把y的函數式直接等起來，則解出來的x都將會是一個定值。

師：非常好，同學3大膽提出了自己的想法，雖然不對，但敢于猜想、敢于表達，這個行為本身就值得鼓勵。同學4能快速論證，很精彩。

受到教師的鼓勵，學生們討論更加積極。

生5：導通后P元件的電阻是恒定的嗎？

師：這個猜想很好，怎么證明電阻是變化的還是恒定的？

生6：我不贊成同學5的說法，I-ω圖可以轉化為I-U圖，由于bc段直線斜率不變，電阻應該不變。

師：也有道理，還有什么發現嗎？

生7：我利用同學1解法得出的結論，針對b點計算了一下，發現電阻不是9歐姆?？梢源_定電阻是變化的。

導通后P的電阻是變還是不變？同學們的觀點針鋒相對，課堂討論氣氛熱烈。

1.4 激發認知沖突，引導學生自行解疑

筆者在黑板畫出了某元件的伏安特性曲線圖(如圖3)。

圖3

師：圖3中B點對應的電阻為多少？

生：4歐姆。

師：大家都是用電壓除以電流得出答案，如果用B點的斜率倒數去算電阻的結果呢？

生：12歐姆。

師：咦？怎么對應不上？是計算方法的問題嗎？

生8：我知道剛才同學1解法的問題所在了。圖3里的伏安特性曲線不是一條直線，如伏安特性曲線不是直線，則不能利用該點的切線斜率來計算電阻，而應利用該狀態對應的點和原點之間直線斜率來計算電阻。同樣，在本題中，I-ω圖可以轉化為I-U圖，雖然bc段是直線，但是如果在直線上每一點和原點之間進行連線，會發現每一條畫出的直線的斜率都不一樣。所以導通后P的電阻是變的，同學1的解法有誤!

教室頓時響起了熱烈的掌聲，是對該同學的肯定，也說明本節課討論很有成效。

同學們會心地笑了起來，紛紛表示會回去后上網“找茬”。

2 教學啟示

本來預期這節課是常規的習題課，出乎意料的是遇到質疑后課堂效果很好，學生討論很熱烈，紛紛提出自己的見解，基于推理相互質疑與論證，課堂參與度很高，同學也體驗到了成功的喜悅，給了筆者很大的觸動?；仡?、反思課堂中的各個環節，貫穿始終的是課堂上學生的質疑與論證行為，《普通高中物理課程標準(2018年版)》提出：“要具有批判性思維的意識，能基于證據大膽質疑”“基于事實證據和科學推理對不同觀點和結論提出質疑”，可見讓學生具備質疑精神是物理教學的重要任務之一，也是物理教師的重要使命，結合本節課的教學反思，筆者在質疑精神的培養方面得到的啟示如下。

教學片斷1：生1基于事實和證據提出自己的質疑，生2通過網絡信息的搜集也表達了自己的疑問。

教學啟示1：要培養質疑精神，教師應做一名鼓勵者。本節課正是及時把生1的質疑向全班同學提出，經過共同討論后，才取得了不錯的教學效果。所以當學生勇于提出疑惑或者質疑時，應當弄清他們的希望與困難，鼓勵學生表達自己的想法，特別是對學生的回應中有價值的信息，要有珍惜的態度，及時發現，善于利用。

教學片斷2：生3提出把兩種解法的結果等同起來求出電壓值，得出電壓是定值。

教學啟示2：要培養質疑精神，教師應對學生的看法持包容態度。筆者對來自生3的“另類”討論持積極、理解的態度，促發了更多同學敢于提出自己的見解。在教學中，學生可能會提出各種疑問，甚至是不切實際、從教師角度看起來是“無厘頭”的想法，此時應尊重學生的想法，為學生的質疑創造一個寬松的課堂氣氛和充滿理解的和諧環境，滲透民主意識，關愛珍惜每個學生的發言權，呵護學生的質疑精神。

教學片斷3：生5猜想P元件導通后是一個變化的電阻，生6用斜率恒定的證據質疑生5的想法，生7則通過特殊點的計算得出P元件電阻是變化的，質疑生6的論斷。

教學啟示3：要培養質疑精神，教師應做一名引導者。本節課在幾個學生提出猜想和相互論證時，作為教師從旁鼓勵其推理論證，從而培養學生質疑的習慣和掌握解決質疑的有效武器——推理論證，引導學生通過科學推理來論證問題，學生會在“質疑——論證——再質疑——再論證”的不斷循環中提升核心素養，提升批判性思維能力。

教學片斷4：通過圖3來啟發學生，最終由學生自行解疑。

教學啟示4：要培養質疑精神，教師應做一個有心人，精心創設教學環節和學生自主解疑的條件，讓學生獲得“提出質疑——推理分析——成功解疑”的積極體驗，從而更加樂于質疑、解疑。在本節課中，學生爭論不休時，教師并沒有選擇直接公布結論，而是采用問題驅動式教學，設置一系列問題，讓學生對比分析，進行知識遷移，解決疑問。在物理教學中，針對學生易犯錯誤之處，教師也可以通過創設情景激發認知沖突，引導學生通過分析，解決問題，獲得成功，享受先質疑后解疑的樂趣。

教學片斷5：全班熱烈參與討論，眾多同學發表自己的見解和疑問并推理論證。

教學啟示5：要培養質疑精神，教師應相信學生，突顯學生的主體性地位。在本節課面對質疑時，讓學生成為課堂主人翁，積極參與課堂討論，取得了良好的效果。因此應相信學生的能力，讓學生覺得自己有能力也有責任參與課堂的討論，課堂才能成為充分展示質疑精神的學習陣地。