基于學生網課自學的物理問題解決教學策略探討
——以“功”的教學為例

葛騰霄 馬宇澄

(1. 江蘇省無錫市青山高級中學，江蘇 無錫 214036；2. 江蘇省無錫市教育科學研究院，江蘇 無錫 214000)

1 引言

當學生回到線下課堂時，我們該如何評價學生網課學習的成效？認為學生已經完全領會顯然不妥，因為學生的學習情況差異很大，并且線上教學的強度、深度、互動性等方面與線下教學不可比；直接從頭開始講也不可取，這樣不僅會否定他們已有的努力、挫傷他們的積極性，還會造成教學進度遲緩。另一種可能的情形是滿堂灌，密集重復知識點，但學生對這樣的課堂既沒有興趣，也感到負擔較重，教學效果不佳。針對學生自學過的內容，重新梳理是必要的，該選擇怎樣的課堂教學策略？我們不妨先來看看與網絡教學密切相關的翻轉課堂。

2 翻轉課堂模式簡介

翻轉課堂模式一般是：讓學生先自學(通常是使用網絡)相關內容，完成第一次知識內化；教師將學生難以理解之處進行匯總(也可由學生當堂提出)，在課堂上以“小組協作、問題解決”為主要方式幫助學生進行二次內化，以達到優于傳統模式的教學效果。就技術而言，網絡是關鍵，預錄視頻和網絡直播能夠提供比傳統紙媒豐富得多的信息，使得學生網上“先學”時不僅能學到知識，還可以進行知識內化，從而達到“學會”狀態，以此為契機教師在課堂上才可能真正實現教學的深化。

網上“先學”是翻轉課堂模式實現的基礎，卻同時會成為某些方面教學發展的障礙，設備不足、學生學習自覺性難以保證、錄課教師負擔過重等問題會讓教學實踐困難重重。如小學生大多缺乏自主學習能力，許多學者認為翻轉課堂不宜在小學進行。但已經習慣了傳統課堂的學生，到了中學還能“翻轉”得起來嗎？在中學課程漸趨緊張的今天，學生時間的分配、科目的統籌等都會成為實施翻轉課堂的障礙。北京師大何克抗教授認為：翻轉課堂的未來需要政府支持的學校教育系統結構性變革。這本是一條漫漫長路，疫情卻給了我們一次實踐的機會。

3 針對學生的網課自學，線下課堂要解決的主要問題

新冠肺炎疫情下的網絡教學打破了翻轉課堂“線上難保證，長久難統籌”的實踐門檻，使得學生擁有了充足的時間，相對公平地體驗了一輪網課自學。但這些網課畢竟不是為翻轉課堂專門設計的，線下課堂教學當然也不能照搬翻轉課堂的模式，我們首先要明確線下課堂要解決什么問題。

疫情期間的網課與翻轉課堂的網課的特點對比如表1所示，從中我們可以看到疫情期間的“網絡教學”與翻轉課堂相比有其優勢：如家長對學生出勤的監督比較到位。同時也存在劣勢：知識點過于密集，實時反饋不足，且學生在長時間內都得不到線下課堂的二次內化。

基于上述情況，開學以后的線下課堂應主要解決以下4個問題：(1) 知識的遺忘；(2) 因網課缺少反饋機制，知識點又密集，學生對聯系緊密的概念較容易混淆；(3) 疫情期間的網課沒有線下二次深化的過程，因此幫助學生進一步內化和深化認知是重點；(4) 知識體系的完善。

表1

4 問題解決教學策略在線下教學中的運用

針對上述問題，筆者在線下教學中采用了問題解決教學。下面以“功”的教學為例，根據學生網課自學的情況，設計問題鏈，探討問題解決教學策略的具體應用。

4.1 利用問題進行診斷性評價

為幫助學生鞏固基本概念，在本節課的開頭以問答的形式進行診斷性評價，將其作為后續教學的基礎。

例1：關于功，下列正確的說法是( )。

A. 物體受到力的作用，且有位移，該力一定做了功

B. 在功的計算式中，F、s和cosθ均可取正值、負值或零

C. 合力的總功等于每個分力所做功的絕對值之和

D. 功不是描述物體狀態的物理量

問題1：請用事實來判斷A選項的對與錯。

生：人提水桶在水平地面上勻速前進，拉力不做功；球沿水平地面滾動，重力不做功。由這兩個事例可說明選項A是錯誤的。

問題2：你所說的兩個事例有什么共同點？

生：物體的所受力與運動方向垂直。

問題3：如果一個物體受力做圓周運動，是否可能出現某個力不做功的情況？

生：(思考)用細線拴一小球，使它沿圓弧運動，拉力不做功。

師：請在黑板上畫出示意圖。

學生畫示意圖，細線對小球的拉力與小球運動方向垂直。

問題4：對于B選項，在功的計算式中引入cosθ有什么意義？

生：如果力與位移不在同一直線上，也可以計算功了。

問題5：余弦在這里出現的根本原因是什么？

生：把力分解成兩部分，與位移共線的力做功，與位移垂直的力不做功。

師：余弦的使用是從力與位移這兩個矢量中提出了方向問題，那力與位移在這個公式中只需要考慮大小，還可能是負的嗎？

生：不可能。

問題6：功作為能量轉化的量度，是標量還是矢量？

生：標量。

問題7：那么C選項的問題在哪里？

生：標量相加應該是代數和，不應取絕對值。

問題8：功不是狀態量是什么量？

生：過程量。

問題解決思路分析：由于網課重點在“功”概念的建立與完善上，因此這部分可主要著眼于初高中“功”的概念的銜接。問題1-3從學生在初中就已非常熟悉的做功條件入手，引導學生回憶不做功的情景，使其對做功條件的理解拓展、延伸至功的一般概念。問題4-5從公式角度幫助學生回顧功定義式的推導思路，為后續物理課程中的類似處理(如安培力公式的推導)做鋪墊，打牢科學方法基礎。問題6-8是關于“功”本質的理解，理解功和能的關系是進一步學習“功”的要求，初中生只了解功與能有關，并且是基于具體事例。因此，從功能的普遍關系入手，能幫助學生發展能量觀。

4.2 以問題促進學生對知識的內化、深化

例2：如圖1所示，某興趣小組設計了一個玩具軌道模型，將一質量為m的玩具汽車放在O點，用彈簧裝置將其彈出，每次彈簧的壓縮量均相同，使其沿著光滑的半圓形軌道OMA和ANB運動，BC段是一長為L1=10m的粗糙水平面，CD是傾角θ=37°的粗糙斜面,長度L2=6m,DE段是一長為L3=1m的粗糙水平面。圓弧OMA和ANB的半徑分別為r=1m、R=4m。滑塊與BC、CD、DE間的動摩擦因數均為μ=0.5，不考慮在C點的能量損失，g取10m/s2。

圖1

(1) 若玩具汽車的質量為1 kg,要使玩具汽車恰好不脫離軌道，壓縮彈簧應做多少功？

(2) 在滿足第(1)問條件的情況下，玩具汽車最后停在什么位置？

問題1：題中“恰好不脫離”的物理含義是什么？

生：小車在最高點時能完成圓周運動，且軌道對小車無作用力。

問題2：這意味著小車經過A點時具有動能，如何獲得動能？

生：利用彈簧。

問題3：彈性勢能是如何轉化為小車動能的？

生：通過彈簧彈力對小車做功。

問題4：彈簧彈力是恒力還是變力？

生：變力。

問題5：怎么求彈力的功？

生：用動能定理。

問題6：小車到達B處時是否具有動能？

生：有。

問題7：為什么小車最終會停下來？

生：摩擦力阻礙了物體運動。

問題8：小車是否一定停在BC上？

生：不一定，也可能沖上CD，甚至在DE上運動。

問題9：一旦小車沖上CD，除了摩擦力做功，還有別的力做功嗎？

生：還有重力做負功。

問題解決思路分析：有力做功必然涉及能量轉化，因此這一部分問題鏈應著眼于：在具體情景中幫助學生將做功與能量轉化聯系起來，形成能量觀念。在網課上已經把本章脈絡進行了介紹，學生欠缺的是對變力做功問題的解決能力和熟練程度，因此變力做功問題可以作為知識深化的突破口。彈簧兼具變力與變力做功的特點，是解決這一問題比較合適的模型。問題1-5從圓周運動的基本結論出發，逐步向能量轉化、彈簧變力做功靠攏，最終將前后的知識總結為能量觀的一部分。除了本例之外，在教學實踐中我們還可以設置多個情景，幫助學生學會變力做功計算的多種方法(如圖像法等)。問題6-9突出了“功”在具體情境中對物體運動、能量變化的影響，提高了學生對動態過程的分析能力。

4.3 以問題促理解，完善知識體系

在具體情境中，每一種力都有與之對應的功和能，學生不斷學習新的力就會不斷遇見新的功和能，因此“功”是貫穿“能”與“能”變化的概念，如“勢能”均與保守力做功有關。學生能夠快速識別具有共性的功，并能夠將相應認知遷移到新的對象上，標志著能量觀體系化的形成。因此，對“功”概念的體系化應不局限于本節課，可在后續的教學中不斷推進。如“靜電場”中電場力做功就與保守力做的功及勢能相聯系。因變力做功不易理解，我們在電場力做功的新課教學中多用勻強電場進行說明。一旦離開勻強電場的條件，有的學生在心理上開始不踏實，遇到問題也不能靈活運用已知條件，這本質上還是對保守力做功“共性”的理解不夠到位。因此在具體教學中，我們不妨每次在討論完“新力”做功后，都從能量觀入手，以提問的形式幫助學生將其與已經熟悉的功進行類比，完善知識體系。

5 結語

新冠肺炎疫情后的課堂教學需要幫助學生鞏固知識、理清脈絡、深化認知并完善知識體系。在教學策略上要以問題解決為主，注重問題鏈的連續性，運用問題進行有效評價，這是教學的基礎；以問題促進學生對知識的內化、深化，這是教學的重點；以問題促進學生對學科體系的建構，這涉及物理課程的整體性目標。