对人教版高中物理新教材“问题”栏目的探讨——以“机械能守恒”为例

陈 昊 王长江

(安徽师范大学物理与电子信息学院,安徽 芜湖 241002)

1 引言

《普通高中物理课程标准(2017年版)》(以下简称课标)提出:课堂提问是一种融教师教学与学生学习为一体的过程性评价,可及时了解学生学习的情况,找出存在的问题,及时纠正。课堂提问的关键在于问题的设置。[1]根据该课标人民教育出版社2019年出版了高中物理教材(以下简称新教材),其中设置了“问题”栏目,为教师的课堂提问提供了便利，在教学中需要对该栏目进行优化设计。

2 新教材“问题”栏目简介

2.1 编写意图

新教材在每节内容的前面(学生必做实验除外)都设置了“问题”栏目,栏目的设计意图是:在每节开始创设一个情境问题,以引发学生对所要学习的内容主动思考,培养学生的问题意识及提出问题的能力。[2]从内容设置来看,一般是由情境引入学习主题,并且附有图片,体现了图文并茂的特点。

2.2 栏目功能

建构主义学习理论认为学习过程是在个体原来的认知基础上,根据已有的经验,在一定的情境中,借助外力(教师、教材)主动加工构建的过程。[3]问题的设置可起到以下作用:(1) 创设情境,促进学生学习，因为真实的物理情境可以“唤醒”学生的学习兴趣,引发学生的学习动机,潜移默化地培养学生学习的主动性;[4](2) 在新课内容前设置问题,能够帮助学生回忆之前学习的内容,整合碎片化的知识;(3) 以问题的形式展现重难点,能够让师生更好地把握本节课的核心内容,明确教学目标,从而提升教学质量。

3 新教材“问题”栏目的不足

3.1 内容选择问题

“问题”栏目的素材通常是生活实例、已经学习的知识、物理学史以及尖端科技等,从种类上来看非常丰富。但在实际内容选择上,大部分还是生活场景,其他种类的素材较少。而新课标中建议课程内容的选择要注重时代性，“及时反映物理学发展,反应物理学对社会进步及科技发展的重要性,反应物理技术应用对生产生活带来的影响”。从这个方面来看,栏目的内容选择与课标的要求还存在一定的差距。

3.2 内容表述问题

以图1所示的必修二的“问题”栏目为例，它位于第五章“运动的合成与分解”这节内容。虽然该情景是和运动的合成与分解相关,存在的问题为:它仅仅涉及运动的合成,没有涉及运动的分解。学生很少有生活体验，难以从物理学的视角去思考问题。

图1

4 对新教材“问题”栏目的优化改进

新教材的“问题”栏目在引发学习兴趣、明确学习目标、培养学生的问题意识等方面,确实能够起到促进作用,但它的作用不应该仅仅停留在引导方面。为了更好地促进学生的主动探究、深度理解知识,进而提升学生的核心素养,需要对其进行优化设计，思路如下。

4.1 改变问题结构

美国学者Jay McTighe和Grant Wiggins把课堂中常见的问题分为4种:启发型问题、导向型问题、引导型问题和基本问题,[5]前3种又称为非基本问题，其作用是帮助教师检查学生对知识的识记,或者激发学生的兴趣。而基本问题的作用是引导学生对问题进行深度思考,并且要求学生考虑其他不同观点,论证自己的想法。

通过对教材中“问题”栏目的分析可知：大部分的问题属于非基本问题。为了促进学生的探究,需要对问题进行优化改进,使其成为能够帮助学生发展的基本问题。而基本问题的来源之一就是课程标准,因为课标明确指定了本节课的核心内容以及学生要达到的目标。我们需要改进提问方式,把问题改为引导性问题加上基本问题。

4.2 调整问题表述

“问题”栏目中的部分问题存在着指向性不明、引导性不强等缺点，例如,新教材必修二第五章第一节的“问题”栏目中的问题为:观察右边两幅图片描述的现象,你能不能说清楚:砂轮打磨下来的炽热微粒和飞出去的链球,分别沿着什么方向运动?教材只涉及一个问题,即物体的运动方向。结合本节内容来看,本节内容包括曲线运动的速度方向和物体做曲线运动的条件。针对上述不足,可做出如下改进：观察右边图片描述的现象,你能不能说清楚：链球飞出去后,在不同时刻的速度方向有什么不一样?链球在没飞出去之前,运动有何特点?

4.3 拓展内容来源

从之前分析可以看出：“问题”栏目的内容大部分来源于生活情境。应根据学习内容设计问题,对于是初中知识进阶的,可以设计回顾性问题;对于探索规律的内容,可以介绍物理学史;对于实验课,也要补充“问题”栏目,通过提问让学生的探究有方向，思考、探讨更深入。

4.4 “问题”栏目的改进案例

“机械能守恒”一章共有5节、4个“问题”栏目。笔者对“问题”都进行了改进,另外为第5节实验课补充了“问题”栏目。

(1) 功与功率

课标要求:理解功和功率,了解生产生活中常见的机械的功率大小和意义。

新教材中“问题”栏目的问题如图2所示，如果要让学生学习不同情况下的做功,应该先让学生分析做功的方式，问题也应该包括与功率相关的内容。改进的表述如下:当物体运动的方向与力的方向一致时,力对物体做的功为力的大小与重物移动距离的乘积。起重机竖直提升重物和马拉雪橇运动的做功方式相同吗?拖拉机和牛耕地,它们做功快慢一样吗?如何计算力对物体所做的功？如何描述做功的快慢呢?

图2

(2) 重力势能

课标要求:知道重力势能的变化与重力做功的关系，定性了解弹性势能。

新教材中“问题”栏目的问题如图3所示，不足之处在于:通过回顾初中知识复习重力势能,直接让学生回答重力势能表达式比较困难。可从本章的大概念功与能量入手,从做功的方面切入,引导学生探索势能变化与力做功的关系。改进的表述如下:举高的重物能把沙堆砸一个坑,说明它具有一定的重力势能。从同一个高度,对于重物自由下落和沿光滑斜面由静止下滑的两种过程,重力做功大小是否相同?重力做功和重力势能的变化有什么关系?如何表述重物所具有的重力势能呢?

图3

(3) 动能和动能定理

课标要求:理解动能和动能定理,能用动能定理解释生产生活中的现象。

新教材中“问题”栏目中的问题如图4所示，不足之处在于:学生需要了解知识之间的联系,既然学生上节课学习了重力做功与重力势能变化的关系,可以让学生采用相同的思路来学习动能，同时基本问题应该围绕着动能、动能的变化。改进的表述如下:物体的动能跟物体的质量和速度都有关系,炮弹在推力的作用下速度越来越大,动能增加,在这种情况下推力对炮弹做了功。我们知道重力势能变化与重力做功相关,那么物体的动能变化和作用于物体的力所做功的存在怎样的关系呢?如何进行探究？

图4

(4) 机械能守恒定律

课标要求:通过实验,验证机械能守恒定律。理解机械能守恒定律,体会守恒观念对认识物理规律的重要性。能用机械能守恒分析生产生活中的有关问题。

新教材中“问题”栏目的问题如图5所示，只引导学生关注物理量(高度、速度、质量)的变化，并不足以让学生发现其中的规律,既然要探讨与机械能相关的规律,就需要让学生从能量的角度研究问题,并注意这个过程中物理量的变化。改进的表述如下:伽利略曾研究过小球在光滑斜面上的运动，发现:无论斜面B比斜面A陡些或缓些,小球的速度最后总会在斜面上的某点变为0,这点距斜面底端的竖直高度与它出发时的高度相同。在小球的运动过程中,有哪些物理量是变化的?哪些是不变的?从能量的角度来看,小球能量如何变化?有何规律?

图5

(5) 实验:验证机械能守恒定律

新教材在实验一节并没有设置“问题”栏目，在教学中需要让学生理解实验思路和方法,培养学生的观察和实验操作能力。笔者尝试提出问题：我们上节课学习了机械能守恒定律,机械能守恒定律的内容是什么?验证机械能守恒需要关注哪些物理量?怎么设计实验,又该如何操作呢?在验证机械能守恒定律的实验中运用了哪些科学方法呢?