物理规律课中导学问题设计策略的探讨①——以“研究匀速圆周运动的规律”为例

(陕西省安康市旬阳中学,陕西 安康 725700)

1 引言

物理规律教学对学生了解自然本质、理解规律内涵、领会思想方法具有极其重要的促进作用,在教学过程中既要遵从学生的认知发展规律,又要渗透物理学科核心素养的培养。现代教学论指出：从本质上讲,感知不是学习产生的根本原因,产生学习的根本原因是问题,没有问题就难以诱发和激起求知欲,没有问题,感觉不到问题的存在,学生就不会去深入思考,那么学习也就只能停留在表层和形式上,为此,要求教师善于巧妙地把学科教学内容(思想、方法、知识)转换成一连串具有潜在意义的问题[1]。

“问题导学法”是将目标和内容设定为问题,通过创设问题情境,引导学生主动获取和运用各种信息创造性地解决问题,并从中构建出有利于学生学习的一种教学方法[2]。其实质是以问题串为抓手,引导学生理解知识、发现规律,从而达成教学目标，培养学生科学态度的课堂教学方法,也是中学物理“思维型”课堂教学中采用较多的方法之一。“思维型”课堂教学要求将认知冲突、自主建构、思维监控以及应用迁移等基本原理融入物理规律教学中,在规律教学中引导学生积极思考、主动探究,促进学生对物理规律的深度理解,提升学生的创新素质[3]。

2 导学问题的设计策略

问题导学法能够培养学生的科学思维与科学态度,是以学生为主体、教师为主导的直接体现,为学生真正参与课堂、促进有效学习提供了重要的途径。在运用问题导学法进行教学时,导学问题的设计是关键,问题设计中存在的问题主要有:教师在教学中对问题的系统性、层次性的关注不够等[4],那么究竟在导学问题的设计过程中,应当采用什么策略?下面以“研究匀速圆周运动的规律”为例,展示我们的思考。

2.1 确定重、难点,力求问题准确有效

在设计导学问题时,首先要研究课程标准与教材,高中物理课程标准关于圆周运动规律的要求是:知道向心加速度,能用牛顿第二定律分析匀速圆周运动的向心力[5]。分析人教版、沪科版两个版本教材,发现本节内容是匀速圆周运动的核心知识点,其中包括匀速圆周运动的向心加速度、向心力两个重要物理量,是后续章节学习的重要基础。

根据学生认知发展规律,结合教学实践经验,确定本节知识学习的重点、难点。学习重点为:通过实验探究及理论推导,建立并理解向心力、向心加速度的概念,自主总结出相应计算公式。学习难点为:在具体问题中寻找并分析向心力来源。

确定了重、难点之后,设计导学问题时便有了明确的方向,为有效导学提供了基础。问题设计的有效性主要要求问题具有思维价值,并且难易适中,问题情境应是学生所熟知的。

2.2 了解学生认知现状,促进完善必要基础

提高课堂教学效果的关键在于教师要了解学情,提高教学的针对性,主要了解不同层次学生掌握了什么?还未掌握什么?力求使得教学实现无错位对接。在调研学生的学习起点时,我们设计的课前预习问题串一如下:

(1) 几何中圆的弧长、半径、圆心角有什么关系?圆心角、圆周角、弦切角有什么关系?

(2) 受力分析的步骤、方法、注意事项有哪些?

(3) 牛顿第二定律的内容、含义是什么?加速度的物理意义是什么?

(4) 生活中的圆周运动实例有哪些?

笔者对所在学校高一年级中等层次两个班级进行了抽样调查,关于学生学习起点方面有以下结论:学生普遍对初中几何圆的知识掌握比较扎实,关于受力分析有一部分学生基础不牢、分析不够准确,至于对生活中圆周运动实例的了解,学生普遍停留在知道或见过这一层面,缺乏对现象本质的思考。

为了体现分层教学,在问题串一中并没有涉及性质力与效果力的区分、加速度的深层次内涵等问题,而是在学生课前预习过程中,通过口头询问、交流的方式，了解学生可能存在的思维障碍,并与预设难点进行比对，询问的题目为:

(1) 知道力可以分为性质力、效果力吗?

(2) 加速度是用来描述物体速度变化快慢的物理量,其中的“变化”有什么含义?

同样在以上两个班级中展开调查,所得结论为:大部分学生能够区分清楚性质力、效果力,但主要思维障碍在于具体到实际问题时分析受力往往不能准确、全面把握；理解加速度的物理意义时,学生对于速度的矢量性理解普遍存在偏差,学生能够关注到速度大小的变化，而忽视了速度方向的变化,不理解速度方向变化时为什么也需要讨论其变化快慢问题。

在对学生的学习起点、思维障碍做了充分调研后,结合学生的认知水平和认识规律,就可以设置问题串二,由易到难,层层递进,引导学生发现规律。

2.3 激发学生学习兴趣,问题连贯、环环相扣

“兴趣是最好的老师”,通过创设情境、演示实验、设置悬念等方式激发学生的学习兴趣,能够激活学生思维,破解教学低效的难题。本节课因圆周运动与生活联系密切,可选做导课情境的素材较多,如:水流星杂技表演、飞车走壁、过山车等。

导入新课之后,可通过大屏幕展示问题串二:

(1) 为什么物体会做圆周运动?

引起学生探究兴趣后，让学生拿出预先准备的系有小球的细绳,在水平面内匀速旋转,以感受向心力的存在。之后,针对向心力的字面意思,与学生共同完善向心力的概念。说明向心力会产生“向心”效果,是一种效果力,方向指向圆心。

(2) 影响向心力的因素是什么?

引导学生分析所有可能的影响因素包括:速度、绳长、小球质量等。渗透控制变量思想,让学生先后改变旋转速度、绳长、小球质量,分别感受向心力的大小,鼓励学生大胆猜想向心力与各影响因素之间的关系。学生可分组讨论,体现合作探究的优势。

2.4 体现物理学科特点,实验巧妙，推理严密

物理教学是以实验为基础的,在选编题目时,应注意与自然科学、生产、生活实际相结合,在题目设置过程中，需设计必要的、具可操作性的题目,如:对自然现象的思索、与现代高科技紧密联系、可用高中物理知识来解释的现象等，这样的问题更有利于培养学生的物理思维能力。

在学生猜想出影响向心力因素之后,可设置系列问题诱导学生分析推理、合作讨论、设计实验、操作探究，以达成教学目标。设计的问题串三如下:

(1) 如何验证猜想?

提示学生结合牛顿第二定律的实验探究设计思想进行思考,得出:F∝mrω2,鼓励学生用DIS系统、传感器等验证猜想。

(2) 在竖直面、水平面内圆周运动物体的向心力来源于哪里?

该问题是为解决在圆周最高点、最低点向心力来源这一类典型问题奠定基础，可以先让学生感受在水平平面内旋转与竖直平面内旋转时,向心力的大小差异,然后引导学生结合重力的影响进行理论推导,分析差别。

(3) 既然有向心力,那么是否存在向心加速度?向心加速度又该如何表达?

此问题主要让学生把握知识之间的联系，引导学生结合牛顿第二定律,自行推导出向心加速度的公式。

3 结语

在物理规律新授课教学中,通过问题导学，展开课堂教学,我们总结了导学问题设计的策略,概括起来就是:根据重、难点定目标,以学生基础为起点,激发兴趣的问题要有层次,引导学生自主探究，提升其思维能力。我们在实验班级采用问题导学教学法,学生对物理的学习兴趣明显增强,分析、解答物理问题的思维更显缜密,不仅促进了教学效果的提升,更重要的是我们还感受到了这种方法带来的教学理念、教学模式、师生关系等方面的诸多变化,这是我们进行课题研究的最大收获,为我们后续研究注入了源源不断的活力。

[1] 余文森.有效教学的实践与反思[M].西安:陕西师范大学出版社,2011.

[2] 卞志荣.用“问题导学法”进行实验教学[J].物理教学,2012,(2).

[3] 王长江,胡卫平.中学物理思维型课堂中规律教学探讨[J].中学物理教学参考,2015,(5).

[4] 张子书.高中数学课堂中“问题导学”的实施现状及改善对策[D].武汉：华中师范大学,2015.

[5] 中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准(实验稿)[M].北京:人民教育出版社,2003.