3種“問題導向”的物理復習課

張俊輝 唐建華

(蘇州高新區第一初級中學校，江蘇 蘇州 215009)

我們傳統的物理復習課,教師講題、學生做題、然后教師再講題．而題目大多是遠離生活情境經過抽象概括的已建模的習題,學生經過題海訓練后,借助于題中數據、單位等關鍵字就能迅速解題．但學生在面對復雜的不確定的現實問題時,其發現問題、解決實際問題的能力并沒有提高．[1]而我們物理課標要求從生活走向物理,從物理走向社會．而核心素養又要求學生應該要有發現問題、解決實際問題的能力．

那么我們在復習課中該怎么做呢?怎樣才能既達到復習知識的作用,又能夠提高學生的解決實際問題的能力?做到從生活走向物理,還要從物理最終走向社會呢?怎樣做才能提升學生的核心素養呢?筆者經過幾年的實踐,發現在課堂復習中,解決富有挑戰性的現實問題,能改變傳統復習中的乏味、單調的現狀,使學生全程積極地參與到課堂學習中．具體的過程就是將復習課中的核心知識情境化,尋找生活中該知識的出處或用處,然后將其設計成具體問題，可以是應用復習的知識解決一個實際問題,可以是研究一個商品中包含的與復習知識有關的問題,甚至是根據復習的知識制作一個產品．

1 復習課中解決實際問題

在復習初中物理“測小燈泡的電功率”這一電學難點問題時,通常的復習課是這樣上的:先復習電功率的概念、公式、單位,然后轉入復習測小燈泡的電功率的原理,器材,實驗步驟等,最后再復習缺少電流表或者缺少電壓表同時增加一個定值電阻時,如何測量小燈泡的電功率,課堂主要就是題海戰術．

這種做題講題的方式,原來掌握好的學生很輕松就能解題,因為本來就會,做題只是簡單的知識回憶過程,無須深度思考．基礎差的學生在遇到特殊方法測小燈泡電功率時,還是很吃力,因為他們學習是被動的,他們遇到該題目時,以前的經驗就告訴自己“這種題我不會”．所以這樣的復習過程不能調動學生的學習積極性．

筆者在教學該內容時,選擇了一個“SFM-27的電子蜂鳴器”,其工作電壓是3-24 V,筆者讓學生測量其3 V電壓下的功率．學生面對這個生活中的蜂鳴器很感興趣,雖然通電發出的聲音是單調的連續聲,且聲音有些刺耳,但學生們很興奮．就連班級通常不發話的A學生也舉手發言了,“可以用電壓乘以電流得到功率,用兩節電池供電,分別用電壓表和電流表測量”．雖然表達得不是十分清楚,但大家都贊同的點點頭．具體電路如圖1所示.

圖1 測量蜂鳴器功率實物圖

連好電路后出現了意外,電壓表是3 V,而電流表無示數,但蜂鳴器在發出聲音．學生們很驚訝,學生B說,“電壓表是等于電源電壓,而電流表無示數,應該是蜂鳴器斷路”．該答案明顯是受到測小燈泡功率故障問題的影響,但很快被同伴否定,因為蜂鳴器在發聲,說明蜂鳴器沒有故障．學生C說,“電流表損害,內部短路,相當于導線”．然后又將蜂鳴器換成燈泡,結果燈泡是亮的,兩個電表都有示數,以此說明電流表是好的．漸漸學生們找到了原因:蜂鳴器的電阻應該很大,導致電路中的電流太小,所以電流表幾乎無示數,所以這種方法不能測出蜂鳴器3 V的功率．此時同學D高興地舉手了,“我們在測量燈泡功率時,若缺少電流表,可以用電壓表和阻值已知的定值電阻組合起來充當電流表”．于是筆者提供一個10 Ω的定值電阻,學生D將10 Ω電阻、蜂鳴器、30 Ω的滑動變阻器、開關串聯接入原來電路,最后將電壓表分別并聯接到蜂鳴器和10 Ω的電阻兩端,閉合開關,發現無論怎樣調節滑動變阻器,蜂鳴器兩端的總是3 V,10 Ω電阻兩端的電壓總是0 V,且蜂鳴器在發聲．實驗結束后學生D顯得尷尬無奈,學生C補充道,“定值電阻和滑動變阻器的阻值太小,蜂鳴器電阻太大,導致電源電壓幾乎都被蜂鳴器分過去了,我們要選擇一個大的定值電阻和滑動變阻器,而且要有3節電池供電”．說完筆者將該問題先給學生們討論,然后交流．最終學生想到了以下方式,用一個最大阻值9999 Ω電阻箱代替定值電阻和滑動變阻器,既能調節電阻使蜂鳴器的電壓為3 V還能讀出電阻．圖2是具體電路.

圖2 測量蜂鳴器功率改進圖

但實驗過程中又有意外了,先將電壓表并聯在蜂鳴器的兩端,調節電阻箱,使蜂鳴器的電壓為3 V,此時電阻箱的阻值是900 Ω,然后將電壓表并聯到電阻箱上時,蜂鳴器的聲音變大了,對于該現象只有很少的學生注意到了.筆者課堂上也沒有提出來,但課后有學生來問了,筆者沒有直接回答,而是問該學生,“電壓表和900 Ω電阻箱并聯后,總電阻會怎樣?”該學生聽完后露出笑容,筆者又繼續鼓勵道,“這是高中涉及的混聯電路,你可以繼續去研究一下”．

圖3是測量蜂鳴器功率的3個不斷修正、逐步完善的電路圖.

(a) (b)

(c)

2 復習課中研究商品

自行車是人們生活中常見的熟悉的商品,其包含著許多初中物理知識．在初三有些枯燥的物理復習課上把自行車搬到教室的中央,既活躍了課堂氣氛又可以在研究自行車過程中發現許多與初中物理相關的知識,達到深度復習的作用．

所以筆者上課前先讓學生回家觀察自行車,由于自行車上包含許多初、高中物理知識,所以筆者針對初中力學,讓學生回家研究自行車剎車,觀察剎車系統中包含已學的力學知識．雖然自行車上動力系統、轉向系統等也包含許多初中物理知識,但是考慮到,一節復習課中,若將自行車上所有含有初中力學知識的部件都在課堂中進行探究,那勢必是浮于表面,并沒有達到深度學習、深度復習的作用．同時要求學生觀察時注意安全．筆者也提前準備了各種自行車的照片和視頻,[3]然后精心制作了上課課件,方便上課時能提供給大家一個共同關注點,讓全班思考同樣一個問題．

教師上課時,教室里先放了一輛最常見的自行車,再課件投影圖4中的自行車剎車,學生們都說是見過的,然后讓一個學生來介紹其工作過程．

圖4 自行車

生A:我的自行車的前剎車就是這種,當我用力在車把手上捏剎車把時,我發現就會拉動剎車線,然后剎車線就會拉剎車,使剎車的橡膠皮緊緊壓在車輪上,不讓車輪轉動．這其中包括杠桿知識,車把手上的剎車是省力杠桿,因為動力臂大于阻力臂,同時我發現手移動的距離是大于剎車線移動的距離的,所以一定是省力杠桿;還包括摩擦力知識,剎車橡膠皮壓在車輪上,壓力越大,對車輪的摩擦阻力就越大．

(a)

(b)

讓學生在學案上先根據經驗畫出車把手上的杠桿動力和阻力,然后畫出其力臂,同時思考杠桿的類型,小組交流糾正(圖5)．

學生練完之后,筆者課件投影第2種剎車圖片圖6與圖7,提問:“這種剎車叫抱剎也稱鼓剎,就是今天教室中央的自行車的后剎車,它為什么叫做抱剎?它是如何阻礙車輪轉動的呢?”

圖6 鼓剎實物圖

圖7 鼓剎結構圖

教師先讓學生用手轉動自行車后輪,模仿車向前運動,然后開始剎車,很快后輪停止轉動．然后再課件播放教師預先錄制的抱剎制動視頻．看完后,生B高興地舉手:“剎車時,與車輪同時轉的小輪會被外面的剎車皮抱住,阻礙車輪運動．”大家很贊同,教師沒回答,而是讓剛才的學生再次用手轉動后輪,使之和剛才的轉動方向相反,但控制轉速一樣,再次用同樣的力去剎車,發現車輪很難停下來,學生們既高興又驚訝,筆者讓大家先小組討論然后集體交流．

教師提問:“若自行車在向前運動,后剎車制動,制動時,剎車皮與里面的輪之間的力是怎樣的?”

圖8 鼓剎受力圖

筆者再次讓生B到前面投影屏幕上用電子白板筆,邊講邊畫(圖8):“剎車線有一個力F1拉動L型杠桿,導致L型杠桿對剎車皮產生拉力F2,這樣剎車皮A點就對輪子B點產生壓力F3,而小輪子隨車輪前進,也就是逆時針轉動,所以剎車皮A點就會對小輪子B點產生摩擦力F4,阻礙車輪轉動．”

教師追問:“自行車向后運動時,剎車皮也能阻礙小輪子運動,怎么產生的摩擦阻力就小呢?”

大家爭論后,生C:“剎車皮是逆時針安裝在小輪周圍的,剎車皮一段固定,另一端受拉力F2作用時,剎車皮就會抱住小輪子,車前進時小輪子逆時針轉動,小輪子就會對剎車皮A點產生摩擦力F5,而這個摩擦力會使后面的剎車皮對小輪子產生更大的壓力,進而使后面的剎車皮對小輪子的摩擦阻力力更大;若車后退,小輪子順時針轉動,剎車時A點對B點也能產生阻力,但順時針轉動的小輪對逆時針固定的剎車皮產生與剛才相反的摩擦力作用,使后面的剎車皮對小輪的壓力變小,所以剎車皮對小輪的摩擦力變小了．”

教師總結:“抱剎設計非常巧妙,但缺點是車前進時剎車有用,后退時剎車效果就很差,當然生活中自行車還有其他剎車方式,也期待你們將來能設計出更好的剎車裝置．”

3 復習課中制作產品

在復習課中根據學習的知識進行發明制作,這不僅能深度復習知識,應用知識,同時能在制作過程中提高學生的動手能力,在發明過程中培養學生的創造性思維，讓學生初步體驗產品設計的過程,感受到自制產品應用時的無窮樂趣,最終深層次培養學生學習的興趣,培養學生適應終身發展的創造能力．

在復習“杠桿”這部分內容時,教師提前給學生布置了回家作業,制作一個桿秤,要求其能測量物體的質量．設計這個任務的目的是讓學生通過制作桿秤的過程,首先溫習探究杠桿平衡條件的實驗過程:實驗前如何消除杠桿重力對實驗的影響,實驗時如何方便測量力臂等一系列問題．然后復習杠桿的核心知識點杠桿平衡的條件,并且運用杠桿平衡條件測量出物體的質量．

上課時,不少學生都展示自己的作品,并且和同學們分享了制作時的心得,同學們在欣賞別人作品時,都積極地相互間提出了寶貴的意見．筆者將學生作品進行了分類,有兩類桿秤,一類是如圖9、圖10所示.

圖9 自制桿秤1

圖10 桿秤1的使用

該桿秤是選一根直桿,然后找到其重心,在重心處系繩子作為提紐,然后將兩邊均勻畫上刻度,然后再用50 g的鉤碼作為秤砣,使用時將物體和秤砣分別掛在秤桿的兩端,然后調節兩邊的力臂,直到水平位置平衡,最后測出兩邊的力臂,根據杠桿平衡條件得出物體的質量．該桿秤的優點是量程大,要測量大質量的物體時可以減小物體的力臂,增加秤砣的力臂,只要桿秤等足夠結實,理論上質量很大的物體也能測量．該桿秤的另一優點是分度值可以很小,要測量小質量的物體時可以增大物體的力臂,減小秤砣的力臂．但該桿秤缺點是物體一定要用繩子提前系起來,同時需要計算才能得到物體的質量,使用時不太方便．

另一類桿秤如圖11、圖12所示.

該桿秤也是選擇了一個直桿,然后自制一個托盤,將托盤用繩子掛在桿秤的左端,然后尋找重心位置,在重心位置處系上繩子作為提紐,然后把提紐位置與系托盤位置間的距離作為單位長度,在另一側標上刻度,由于配了一個50 g的秤砣,所以就可以在桿秤上對應處標上質量數值．該作品得到很多學生的肯定,首先外形非常像中國傳統的桿秤,同時測量物體時非常方便,使用時物體可以直接放在托盤中,調節秤砣位置直到桿秤水平位置平衡就能直接在桿秤上讀出對應的質量．也有學生提出該桿秤只要配上不同質量的秤砣也能做到多量程．

圖11 自制桿秤2

圖12 桿秤2的使用

最后筆者讓學生思考“杠桿”這一節內容還有哪些知識點我們剛才沒有涉及到的,因為剛才通過項目學習制作桿秤,其運用的知識是碎片化的,所以最后有必要讓學生回顧知識,以便學生能建構完整的知識體系．最后筆者指出實際生活中桿秤比第2種更復雜,鼓勵大家課后查閱資料繼續研究．