“问题串”在机械能守恒定律教学中的应用

吴珊珊

摘 要：问题教学法是一种发展性的教学法。教师在教学过程中创设问题情境，以问题的发现、探索、解决以及知识的应用为主线，形成学生认识的独立性及其稳定的学习动机。本文以研究机械能守恒为例，介绍问题教学法以及设计“问题串”时应注意的原则。

关键词：问题情境；教学法；问题串

一、问题的提出

机械能守恒定律是教科版高中《物理》必修二的重点内容。从知识点上看，本节包含机械能的概念、机械能守恒定律的含义和适用条件。其中对机械能守恒定律的理解是本节的教学重点。从教学内容上看，有定性分析动能和势能的相互转化，结合自由落体运动过程作理论推导、总结出定律，阐释机械能守恒的实质，最后是实际应用，符合由特殊到一般的认知规律。通过对教材的分析，笔者认为在讲授本节内容时使用问题教学模式比较合适。

二、“问题串”设计的原则

高中物理课堂教学中，怎样根据学生已有的知识水平，设置有效的问题串，这是教师在设计“问题串”时应该思考和注意的。因此我们在设计“问题串”时应遵循一定的原则。问题串设计的原则主要有：全体性原则、针对性原则、情境性原则、适度性原则、激发性原则、逻辑性原则。

三、教学设计

本节课主要通过学生观察视频或图片定性了解物体运动过程中动能与势能的相互转化。以问题“物体在运动过程中的机械能总量是否发生变化”来引入实验——机械能守恒定律的探究。本节课问题串的核心有两个，分别是：何为机械能、机械能守恒定律及其条件，所有子问题都围绕核心问题展开。

四、教学过程

1.何为机械能

问题I：人在秋千上从最高点到最低点的过程中能量如何转化？（播放荡秋千视频）抛出引领性问题，引导学生回忆所学知识，积极主动地投入到本节课的学习。

追问一：我们接触过哪些势能？让学生进一步明确势能的概念，为下面的机械能教学作铺垫。

追问二：秋千运动过程中动能与势能是可以转化的，我们可否给动能与势能一个总称呢？

2.机械能守恒定律怎样得出

问题II：动能和势能可以相互转化，那么在转化的过程中其机械能总量是否发生变化呢？（延用视频）学生不必从一个物理情境中直接跳到另一个物理情境中，有利于保持学生的注意力，更容易引起学生的深刻思考，引出本节课的核心问题。

“问题是教学的核心”，以一个总问题引领，利用学生的“储备知识”有效组织学生展开讨论，学生通过交流、讨论，重新组织旧知识，主动建构新问题，形成研究机械能守恒条件的基本策略，即从“做功、能量转化”这两个角度研究机械能守恒。

利用单摆演示模拟人荡秋千的过程，要求学生完成表格。

实验表明：人在摆动过程中重力势能和动能不断转化。在摆动过程中，只有重力做功，人总能回到原来高度。可见，重力势能和动能的总和，即机械能总量保持不变。

追问一：从上面实验的总结中，我们能总结一下机械能守恒定律的表述吗？经过学生讨论后，教师再进行总结，得出机械能守恒定律的文字描述。

追问二：我们怎样证明这一过程中机械能保持不变呢？此追问的目的是让学生对机械能守恒有定量理解。

追问三：在上面的过程中机械能是不变的，那如果有人用手推坐在秋千上的人，他的运动情况会怎样？

追问四：此过程中机械能守恒吗？（提问的同时播放人推坐在秋千上的人的视频。）此问题意在引起学生的思考，自然过渡到对机械能守恒定律理解的教学内容中。

3.对机械能守恒的理解

问题III：学生观看完视频后会得出：此过程中机械能不守恒，紧接着提出那么怎样理解机械能守恒呢？通过下面的例题来从三个方面对机械能守恒进行理解：如图2质量为m的物体自由下落过程中，经过高度h1处速度为v1，下落至高度h2处速度为v2，不计空气阻力，分析由h1下落到h2过程中机械能的变化。

追问一：整个过程中动能与势能的变化分别为多少？通过计算可以得出整个过程中，ΔEk=m（V22-V21），ΔEP=mg（h2-h1），整理得ΔEk=-ΔEp，因此可以从能量转化的角度理解机械能守恒定律：系统的机械能守恒时，系统的动能增加（或减少）跟系统的重力势能的减少（或增加）相等。

追问二：同学们有没有想过这个过程中动能与势能为什么会变化呢？引导学生从做功的角度理解机械能守恒。

追问三：怎样用数学表达式表示机械能守恒定律呢？学生讨论，教师再总结机械能守恒定律的三种表达式：

（1）守恒的观点：Ek1+Ep1=Ek2+Ep2，即初状态动能与势能和等于末状态动能与势能和。

（2）转化的观点：ΔEk=-ΔEp，即动能的增加量等于势能的减少量。

（3）转移的观点：ΔEA=-ΔEB，即物体A机械能的增加量等于物体机B械能的减少量。

五、“问题串”设计的总结

1.全体性和适度性原则

第一个问题串围绕机械能的概念提出，本问题串设置的目的是复习已知知识，三个子问题都属于“班级问题”，能全面调动学生积极的思维活动。“问题串”的每个小问题并不要求每个学生都能解决，但每个学生肯定能解决“问题串”中的部分问题，这样能让每个学生都体验成功解决问题的乐趣，从而激发他们继续学习的欲望。同时此问题串只设置三个子问题，符合问题串设计的适度性原则。

2.情境性和激发性原则

第二个问题串是教学的重点，通过播放视频创设问题情境，符合“问题串”设计。体现情境性需具备三个要素：涉及未知事物领域（动能与势能相互转化过程中机械能是否守恒），问题情境的真实性（采用实拍的荡秋千过程，还原物理问题情境的真实性），学生的认知水平（学生对机械能已有一定的了解，未知是在物体运动过程中机械能可以守恒）。问题串采用层层递进的方式呈现，通过对一连串问题的解答，学生学习的内在动机及好奇心得以激发，在解决问题中获得知识，增加了学生学习物理的兴趣。

3.针对性和逻辑性原则

第三个问题串是针对机械能守恒的理解设计的，根据学生已有的知识水平——机械能守恒定律的表述，以此为切入点，衍生出三个子问题，分别是从三个方面对守恒的理解，问题实现了从“已知区”到”未知区”的过渡，符合学生认识新事物的一般规律。子问题之间存在一定的逻辑关系，体现思维过程的逻辑规则，前后呼应，清晰透彻，有条不紊。

参考文献：

[1]陈峰.“问题串”在物理探究教学中的应用[J].课程·教材·教法，2006，26（11）：59-62.

[2]张小龙.在物理教学中如何设计问题串[J].中学课程辅导（江苏教师），2014（5）：70-70.

[3]殷德莲.“问题导学法”在机械能守恒定律教学中的应用实践[J].考试周刊，2011（61）：157-159.

[4]陈芋鑫.机械能守恒定律的应用和外延[J].群文天地，2012， （7）：294-294.