在物理习题教学中培养学生的质疑精神——由一道电磁感应计算题引起的疑问

(广东省中山市桂山中学,广东 中山 528463)

1 讲解简录

1.1 试题讲解

原题呈现：如图1所示，在垂直于匀强磁场B的平面内，半径为r的金属圆盘绕过圆心O的轴承转动，圆心O和边缘K通过电刷与一个电路连接。电路中的P是加上一定正向电压才能导通的电子元件。流过电流表的电流I与圆盘角速度ω的关系如图2所示，其中ab段和bc段均为直线，且ab段过坐标原点。ω>0代表圆盘逆时针转动。已知：R=3.0Ω，B=1.0T，r=0.2m。忽略圆盘、电流表和导线的电阻。

图1

图2

(1) 根据图2写出ab、bc段对应的I与ω的关系式；

(2) 求出图2中b、c两点对应的P两端的电压Ub、Uc；

(3) 分别求出ab、bc段流过P的电流IP与其两端电压UP的关系式。

本题是2013年广东高考理综卷的物理压轴题，相关的考点有：电磁感应、欧姆定律、并联电路规律、直线函数式，重点考查模型建构、科学推理、科学论证等，考查学生的理解能力、推理能力、分析综合能力和应用数学解决物理问题的能力。

忽略电源内阻，UP=E，可得：Ub=0.3V，Uc=0.9V。

1.2 学生对答案提出质疑

生1：按照分析，bc段元件是否已经导通？

师：是。

生1：那么导通后的P应该能当作是电阻处理吧？

师：对。

生1：那我的解法应该是对的。我也是用了串联电路的特点进行运算。

生1：您的解法我也十分认同，但是两个结果不一样，之前您说过电磁感应题目容易造成数据不自洽，我认为这个题目也是如此。

思考几分钟后，我明白了问题所在。正打算把结果讲解给生1时，转念一想：如把问题交给学生，他们是否能找出问题所在？

本着试试的想法，我叫她把解法写在黑板上，和笔者的讲解板书在黑板上形成对比。

师：请大家找一找，哪种解法存在问题？甚至是否两种解法都存在问题？如果两个解法都没有问题而得出不同的结果，那么大家就能证明此题是一个错题，下面进行讨论。

生2:老师，我昨晚搜索网络，发现此题解法混乱，有多种不一样的答案，我也很纠结，到底哪个正确？

学生利用了网络，真是善用信息！教室一下炸开了锅，学生们议论纷纷，挑战教师甚至高考题权威的时候到了！讨论的气氛渐趋浓厚，笔者决定静观其变，让学生继续讨论。

1.3 质疑——论证——再质疑——再论证

生3：我有个发现，把老师的结果和同学1的结果直接等同起来，发现电压只能是一个定值，和图2中电压随着角速度的变化而变化不符。所以必有一种解法错误，我这样想对吗？

师：直接把两结果等同起来解方程？合理吗？

生4：我认为不能，如果成立，假设取任意两个y关于x的一次函数方程，把y的函数式直接等起来，则解出来的x都将会是一个定值。

师：非常好，同学3大胆提出了自己的想法，虽然不对，但敢于猜想、敢于表达，这个行为本身就值得鼓励。同学4能快速论证，很精彩。

受到教师的鼓励，学生们讨论更加积极。

生5：导通后P元件的电阻是恒定的吗？

师：这个猜想很好，怎么证明电阻是变化的还是恒定的？

生6：我不赞成同学5的说法，I-ω图可以转化为I-U图，由于bc段直线斜率不变，电阻应该不变。

师：也有道理，还有什么发现吗？

生7：我利用同学1解法得出的结论，针对b点计算了一下，发现电阻不是9欧姆。可以确定电阻是变化的。

导通后P的电阻是变还是不变？同学们的观点针锋相对，课堂讨论气氛热烈。

1.4 激发认知冲突，引导学生自行解疑

笔者在黑板画出了某元件的伏安特性曲线图(如图3)。

图3

师：图3中B点对应的电阻为多少？

生：4欧姆。

师：大家都是用电压除以电流得出答案，如果用B点的斜率倒数去算电阻的结果呢？

生：12欧姆。

师：咦？怎么对应不上？是计算方法的问题吗？

生8：我知道刚才同学1解法的问题所在了。图3里的伏安特性曲线不是一条直线，如伏安特性曲线不是直线，则不能利用该点的切线斜率来计算电阻，而应利用该状态对应的点和原点之间直线斜率来计算电阻。同样，在本题中，I-ω图可以转化为I-U图，虽然bc段是直线，但是如果在直线上每一点和原点之间进行连线，会发现每一条画出的直线的斜率都不一样。所以导通后P的电阻是变的，同学1的解法有误!

教室顿时响起了热烈的掌声，是对该同学的肯定，也说明本节课讨论很有成效。

同学们会心地笑了起来，纷纷表示会回去后上网“找茬”。

2 教学启示

本来预期这节课是常规的习题课，出乎意料的是遇到质疑后课堂效果很好，学生讨论很热烈，纷纷提出自己的见解，基于推理相互质疑与论证，课堂参与度很高，同学也体验到了成功的喜悦，给了笔者很大的触动。回顾、反思课堂中的各个环节，贯穿始终的是课堂上学生的质疑与论证行为，《普通高中物理课程标准(2018年版)》提出：“要具有批判性思维的意识，能基于证据大胆质疑”“基于事实证据和科学推理对不同观点和结论提出质疑”，可见让学生具备质疑精神是物理教学的重要任务之一，也是物理教师的重要使命，结合本节课的教学反思，笔者在质疑精神的培养方面得到的启示如下。

教学片断1：生1基于事实和证据提出自己的质疑，生2通过网络信息的搜集也表达了自己的疑问。

教学启示1：要培养质疑精神，教师应做一名鼓励者。本节课正是及时把生1的质疑向全班同学提出，经过共同讨论后，才取得了不错的教学效果。所以当学生勇于提出疑惑或者质疑时，应当弄清他们的希望与困难，鼓励学生表达自己的想法，特别是对学生的回应中有价值的信息，要有珍惜的态度，及时发现，善于利用。

教学片断2：生3提出把两种解法的结果等同起来求出电压值，得出电压是定值。

教学启示2：要培养质疑精神，教师应对学生的看法持包容态度。笔者对来自生3的“另类”讨论持积极、理解的态度，促发了更多同学敢于提出自己的见解。在教学中，学生可能会提出各种疑问，甚至是不切实际、从教师角度看起来是“无厘头”的想法，此时应尊重学生的想法，为学生的质疑创造一个宽松的课堂气氛和充满理解的和谐环境，渗透民主意识，关爱珍惜每个学生的发言权，呵护学生的质疑精神。

教学片断3：生5猜想P元件导通后是一个变化的电阻，生6用斜率恒定的证据质疑生5的想法，生7则通过特殊点的计算得出P元件电阻是变化的，质疑生6的论断。

教学启示3：要培养质疑精神，教师应做一名引导者。本节课在几个学生提出猜想和相互论证时，作为教师从旁鼓励其推理论证，从而培养学生质疑的习惯和掌握解决质疑的有效武器——推理论证，引导学生通过科学推理来论证问题，学生会在“质疑——论证——再质疑——再论证”的不断循环中提升核心素养，提升批判性思维能力。

教学片断4：通过图3来启发学生，最终由学生自行解疑。

教学启示4：要培养质疑精神，教师应做一个有心人，精心创设教学环节和学生自主解疑的条件，让学生获得“提出质疑——推理分析——成功解疑”的积极体验，从而更加乐于质疑、解疑。在本节课中，学生争论不休时，教师并没有选择直接公布结论，而是采用问题驱动式教学，设置一系列问题，让学生对比分析，进行知识迁移，解决疑问。在物理教学中，针对学生易犯错误之处，教师也可以通过创设情景激发认知冲突，引导学生通过分析，解决问题，获得成功，享受先质疑后解疑的乐趣。

教学片断5：全班热烈参与讨论，众多同学发表自己的见解和疑问并推理论证。

教学启示5：要培养质疑精神，教师应相信学生，突显学生的主体性地位。在本节课面对质疑时，让学生成为课堂主人翁，积极参与课堂讨论，取得了良好的效果。因此应相信学生的能力，让学生觉得自己有能力也有责任参与课堂的讨论，课堂才能成为充分展示质疑精神的学习阵地。