以问题驱动物理课堂教学

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　　 摘 要：基于问题驱动的教学思想，设计好基于目标的系列问题有助于学生在深度参与、体验中掌握知识，提高能力。这一系列问题可以分成三个层次：情景问题、体验问题、反刍问题。这三层次的问题必须是层层递进的，而且都始终围绕教学目标而设计。
　　 关键词：物理教学;问题驱动;高中
　　 《普通高中物理课程标准》指出：“在高中阶段，教师有必要对一些探究的物理问题创设一些情境，让学生在观察和体验后有所发现，有所联想，萌发出科学问题;或创设一些问题，让学生在完成任务中运用科学思维，自己提炼出应探究的科学问题。”宋代著名学者陆九渊说：“为学患无疑，疑则有进，小疑小进，大疑大进。”所以学生在学习中必须以问题作为引领，在解决问题中不断加深对知识的体会，最终揭开科学问题的神秘面纱，并在体会与体验中提高学生的逻辑素养。本文将以高中物理必修一第四章第一节《功》的教学设计为例论述“问题驱动”在物理课堂教学中的一般步骤和注意事项。
　　 一、以问题驱动《功》的教学
　　 1.做功与能量的变化
　　 情景设置：运动员滑草
　　 问题一：在运动员下滑过程中受到哪些力的作用，有哪些力做功，涉及哪些能量间的转化？
　　 问题二：哪个力做功导致了机械能转化成热能？
　　 问题三：你还能举出其他情景下外力做功导致能量转化的情况吗？并指明哪个力做的功导致什么能转化成了什么能。
　　 设计说明：这一模块的主要任务是让学生认识到做功与能量转化的关系。为达到这一目的，设置的三个问题的目的分别是：第一个问题，主要是让学生找到运动员滑草过程这一大情景中我们要分析的问题，做功和能量转化的问题。并且将所有做功和能量转化列举出来是为下一步找到它们的关系奠定基础。第二个问题的目的是让学生找到该情景中做功和能量转化的关系，但单独的一个情景还不够，所以就有了第三个问题，让学生充分体验做功的过程和能量转化的过程。在体验中得出“做功导致能量转化”这一结论。
　　 2.功的计算公式
　　 情景设置：已知m=60kg，f=200N，θ=30°，x=5m。
　　 问题一：运动员受哪些力的作用，物体运动的位移怎么表示？
　　 问题二：运动员受到的各个力对人所做的功分别为多少？
　　 答：支持力做功为零;重力做功不好求解。
　　 问题三：重力对物体做功为什么不容易求解呢？
　　 重力方向与位移方向既不垂直，也不平行。
　　 我们只学过
　　 而：
　　 问题四：由此要求力F对物体所做的功，该怎么处理呢？
　　 将力F朝上位移和垂直于位移方向分解。
　　 问题五：两个分力F1、F2和F之间的关系是什么？
　　 答：等效替代。
　　 问题六：那分力做功的效果能否等效替代合力F的做功？
　　 答：能，W=Fxcosθ
　　 设计说明：这一模块的主要任务是让学生得出求功公式。在此过程中设置的几个问题，其目的分别是：问题一，是为了创造出力和位移的不同位置关系的情景，让学生能在已有的模型中找到我们要研究的问题。问题二到问题六是本环节的核心问题串，其目的都是为解决力和位移成一定夹角时如何求功的问题。单靠问题二学生只能得出支持力做功这一老问题，对重力做功没有明确的办法。从而提出新问题：力和位移不在同一直线上时如何求力所做的功？并在更为简单的水平面上解决问题。问题五和问题六是求合力做功的理论基础，使得出的结论更为自然合理。
　　 3.理解功是标量
　　 情境设置：例1.已知m=60kg，f=200N，θ=30°，x=5m。
　　 问题一：各个力对人所做的功分别为多少？
　　 答：W=mgxcosθ=600×5cos60°=1500J
　　 W=fxcosθ=200×5cos180°=-1000J
　　 问题二：功是否有正负？
　　 答：有。
　　 问题三：哪个物理量决定功的正负？什么时候为正？什么时候为负？功为正或者负时，力对物体的运动充当动力还是阻力？
　　 答：
　　 结论：功是标量，其正表示动力对物体做正功;其负表示阻力对物体做负功或物体克服阻力做功。
　　 问题四：两个力做功分别为200J，-300J，它们分别表示什么物理意义？哪个力做功多？
　　 答：200J动力对物体做功为200J。
　　 -300J阻力对物体做功为-300J或物体克服阻力做功为300J。
　　 阻力做功多
　　 结论：功的正负不表示做功的多少。
　　 设计说明：本环节的主要目的是让学生认识到功是标量这一结论。其中，问题一主要有两个目的：第一，让学生学会对求功公式的应用，第二，创设情景，是学生在应用中感受到功有正负和功的正负的意义。问题二到问题四就是核心问题串，其中问题二是让学生初步感受到功有正负，提示学生我们研究的对象是功的正负，并通过问题三了解功的正负表示的物理意义，从而得出功是标量这一结论。问题四既是对功的意义的巩固，又是进一步理解功这一特殊标量的特性。
　　 4.得出合力求功的方法
　　 情境设置：运动员下滑过程
　　 问题一：在下滑过程中，运动员所受的合力为多少？
　　 答：F合=100N
　　 问题二：在下滑过程中，运动员所受的合力做功为多少？
　　 （2）W合=F合xcosθ=500J
　　 問题三：比较重力、支持力、阻力和合力做功，你发现了什么？ 　　 答：合力做功等于重力、支持力、阻力做功之和。
　　 问题四：由此，你能得出什么结论？
　　 结论：合力做功等于各分力做功之和。
　　 设计说明：这一模块的核心目的是得出求合力做功的方法：合力做功等于各分力做功之和。为达到这一目的，仍然是利用问题一和问题二创设出情景：得出了合力做功和各分力做功的数值，为下面比较它们之间的关系奠定基础。问题三是本环节的核心问题，但在前面问题铺垫下学生回答起来十分简单。
　　 二、以问题驱动物理教学的三层次问题
　　 从《功》的教学过程中可见：以“问题驱动”来完成一节课的教学，其基础是要合理地将知识分成几个大的模块，其核心是搞清楚每一个模块要达到的目的;其手段主要是设置问题，通过学生解决问题，获取知识，提升能力。设置的三个层次的问题分别有着它的作用。
　　 第一层，情景问题：建构主义认为，学生的知识不是通过老师传授获得的，而是学生在一定情景下，借助老师和同学的帮助，利用必要的学习资源，通过意义建构的方式获得的。创设一个优化的教学情景，是教师激励学生主动学习的根本保证。所以必须创设合适的情景，但情景只是一种生活模型，在该模型中，学生能联想到的物理规律是很多的，这就需要教师加以问题引导，让学生能明确我们研究的问题。比如：在功的教学中，解决所有的核心问题所创设的情景都是滑草的过程，但该模型既可以研究动力学问题，亦可以研究做功和能量问题，这就需要设置 “运动员在下滑过程中，有哪些力做功，有哪些能量转化？”这一问题，学生立刻能意识到我们现在要研究的是这一模型中的做功问题，目标明确，事半功倍。
　　 第二层，体验问题亦可以是体验问题串，它是在学生充分认识情景后自然生成的疑问，明确接着要解决的问题，但是这种问题一般是复杂的，学生的思维能力没有达到那个层次，所以在此设置多个基于目标的递进式问题，使学生在解决复杂问题中有攀爬的台阶。比如：在研究功的计算公式时，学生对初中所学知识已经遗忘，更难在此灵活应用。所以：要通过“支持力做功等于多少？”来提示学生特殊情况下的力做功的情景;通过明确重力和位移方向既不垂直又不平行，让学生想到要处理一般情景下功的求法需要分解力。最终得出一般情况下求功公式。
　　 第三层，反刍问题，它是为得出结论而设置的，当结论呼之欲出时甚至可以不设置，比如：在学生列举了很多做功和能量转化关系的例子后，它们之间的关系就得出了，就不需要再画蛇添足专门设置问题了;但更多的时候显得十分重要，比如：在得出一种情景中合力做功和分力做功之间关系后，要学生思考结论如何总结是需要的，既是对学生总结能力的锻炼，又使学生进一步对这一奇妙结论更加认可。
　　 三、以问题驱动物理教学的感悟
　　 1.充分重视引入的作用
　　 好的引入学生不仅能耳目一新，激发学生学习的兴趣，而且能帮助推进课堂进程，甚至可以作为一节课的线索。比如本节课利用滑草引入，它就很好地推进了课程的发展。学生在不断深入研究该模型中做功与能量的过程中，自然掌握了知识，而且所有问题的解决只用一个情景，让学生减少了认识情景的困难，使学习的困难只是集中于核心知识：如何求做功。这一思想在另一节物理课《光的折射》中再次应用：利用硬币隐现实验提出光的折射现象，回顾初中关于光的折射的定性结论;通过“水深是多少时，才能看到硬币”提出入射角和折射角的定量规律是什么这一核心问题。
　　 2.重视通过体验问题给学生解决核心问题时搭建台阶
　　 在研究小船渡河问题时，求小船渡河的时间。需要学生明白渡河时间由垂直于河岸的速度决定，并进一步知道这种问题可以对速度进行分解。但学生的能力能一步跨越，需要提示，所以設置了这一系列的问题。
　　 （1）如果船头是平行于河岸的，船能否渡过河岸？
　　 （2）当船头与河岸成α角时，如何求船渡河的时间？
　　 （3）渡河时间最短时的条件，渡河位移最小时的条件。
　　 通过解决问题一，学生能明白要过河，船必须有垂直与河岸的速度分量，通过问题二，让学生明确要对速度进行分解，而且知道分解的方式。剩下的无非是得结论。
　　 参考文献：
　　 [1]阎金铎，段金梅，续配君，等.物理教学论[M].南京：江苏教育出版社，2003.
　　 [2]顾建元.重视物理情境创设，促进物理意义建构[J].物理教师，2006，27（3）.
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