基于学生网课自学的物理问题解决教学策略探讨
——以“功”的教学为例

2021-01-20 11:28葛腾霄马宇澄
物理之友 2020年11期
关键词:网课内化小车

葛腾霄 马宇澄

(1. 江苏省无锡市青山高级中学,江苏 无锡 214036;2. 江苏省无锡市教育科学研究院,江苏 无锡 214000)

1 引言

当学生回到线下课堂时,我们该如何评价学生网课学习的成效?认为学生已经完全领会显然不妥,因为学生的学习情况差异很大,并且线上教学的强度、深度、互动性等方面与线下教学不可比;直接从头开始讲也不可取,这样不仅会否定他们已有的努力、挫伤他们的积极性,还会造成教学进度迟缓。另一种可能的情形是满堂灌,密集重复知识点,但学生对这样的课堂既没有兴趣,也感到负担较重,教学效果不佳。针对学生自学过的内容,重新梳理是必要的,该选择怎样的课堂教学策略?我们不妨先来看看与网络教学密切相关的翻转课堂。

2 翻转课堂模式简介

翻转课堂模式一般是:让学生先自学(通常是使用网络)相关内容,完成第一次知识内化;教师将学生难以理解之处进行汇总(也可由学生当堂提出),在课堂上以“小组协作、问题解决”为主要方式帮助学生进行二次内化,以达到优于传统模式的教学效果。就技术而言,网络是关键,预录视频和网络直播能够提供比传统纸媒丰富得多的信息,使得学生网上“先学”时不仅能学到知识,还可以进行知识内化,从而达到“学会”状态,以此为契机教师在课堂上才可能真正实现教学的深化。

网上“先学”是翻转课堂模式实现的基础,却同时会成为某些方面教学发展的障碍,设备不足、学生学习自觉性难以保证、录课教师负担过重等问题会让教学实践困难重重。如小学生大多缺乏自主学习能力,许多学者认为翻转课堂不宜在小学进行。但已经习惯了传统课堂的学生,到了中学还能“翻转”得起来吗?在中学课程渐趋紧张的今天,学生时间的分配、科目的统筹等都会成为实施翻转课堂的障碍。北京师大何克抗教授认为:翻转课堂的未来需要政府支持的学校教育系统结构性变革。这本是一条漫漫长路,疫情却给了我们一次实践的机会。

3 针对学生的网课自学,线下课堂要解决的主要问题

新冠肺炎疫情下的网络教学打破了翻转课堂“线上难保证,长久难统筹”的实践门槛,使得学生拥有了充足的时间,相对公平地体验了一轮网课自学。但这些网课毕竟不是为翻转课堂专门设计的,线下课堂教学当然也不能照搬翻转课堂的模式,我们首先要明确线下课堂要解决什么问题。

疫情期间的网课与翻转课堂的网课的特点对比如表1所示,从中我们可以看到疫情期间的“网络教学”与翻转课堂相比有其优势:如家长对学生出勤的监督比较到位。同时也存在劣势:知识点过于密集,实时反馈不足,且学生在长时间内都得不到线下课堂的二次内化。

基于上述情况,开学以后的线下课堂应主要解决以下4个问题:(1) 知识的遗忘;(2) 因网课缺少反馈机制,知识点又密集,学生对联系紧密的概念较容易混淆;(3) 疫情期间的网课没有线下二次深化的过程,因此帮助学生进一步内化和深化认知是重点;(4) 知识体系的完善。

表1

4 问题解决教学策略在线下教学中的运用

针对上述问题,笔者在线下教学中采用了问题解决教学。下面以“功”的教学为例,根据学生网课自学的情况,设计问题链,探讨问题解决教学策略的具体应用。

4.1 利用问题进行诊断性评价

为帮助学生巩固基本概念,在本节课的开头以问答的形式进行诊断性评价,将其作为后续教学的基础。

例1:关于功,下列正确的说法是( )。

A. 物体受到力的作用,且有位移,该力一定做了功

B. 在功的计算式中,F、s和cosθ均可取正值、负值或零

C. 合力的总功等于每个分力所做功的绝对值之和

D. 功不是描述物体状态的物理量

问题1:请用事实来判断A选项的对与错。

生:人提水桶在水平地面上匀速前进,拉力不做功;球沿水平地面滚动,重力不做功。由这两个事例可说明选项A是错误的。

问题2:你所说的两个事例有什么共同点?

生:物体的所受力与运动方向垂直。

问题3:如果一个物体受力做圆周运动,是否可能出现某个力不做功的情况?

生:(思考)用细线拴一小球,使它沿圆弧运动,拉力不做功。

师:请在黑板上画出示意图。

学生画示意图,细线对小球的拉力与小球运动方向垂直。

问题4:对于B选项,在功的计算式中引入cosθ有什么意义?

生:如果力与位移不在同一直线上,也可以计算功了。

问题5:余弦在这里出现的根本原因是什么?

生:把力分解成两部分,与位移共线的力做功,与位移垂直的力不做功。

师:余弦的使用是从力与位移这两个矢量中提出了方向问题,那力与位移在这个公式中只需要考虑大小,还可能是负的吗?

生:不可能。

问题6:功作为能量转化的量度,是标量还是矢量?

生:标量。

问题7:那么C选项的问题在哪里?

生:标量相加应该是代数和,不应取绝对值。

问题8:功不是状态量是什么量?

生:过程量。

问题解决思路分析:由于网课重点在“功”概念的建立与完善上,因此这部分可主要着眼于初高中“功”的概念的衔接。问题1-3从学生在初中就已非常熟悉的做功条件入手,引导学生回忆不做功的情景,使其对做功条件的理解拓展、延伸至功的一般概念。问题4-5从公式角度帮助学生回顾功定义式的推导思路,为后续物理课程中的类似处理(如安培力公式的推导)做铺垫,打牢科学方法基础。问题6-8是关于“功”本质的理解,理解功和能的关系是进一步学习“功”的要求,初中生只了解功与能有关,并且是基于具体事例。因此,从功能的普遍关系入手,能帮助学生发展能量观。

4.2 以问题促进学生对知识的内化、深化

例2:如图1所示,某兴趣小组设计了一个玩具轨道模型,将一质量为m的玩具汽车放在O点,用弹簧装置将其弹出,每次弹簧的压缩量均相同,使其沿着光滑的半圆形轨道OMA和ANB运动,BC段是一长为L1=10m的粗糙水平面,CD是倾角θ=37°的粗糙斜面,长度L2=6m,DE段是一长为L3=1m的粗糙水平面。圆弧OMA和ANB的半径分别为r=1m、R=4m。滑块与BC、CD、DE间的动摩擦因数均为μ=0.5,不考虑在C点的能量损失,g取10m/s2。

图1

(1) 若玩具汽车的质量为1 kg,要使玩具汽车恰好不脱离轨道,压缩弹簧应做多少功?

(2) 在满足第(1)问条件的情况下,玩具汽车最后停在什么位置?

问题1:题中“恰好不脱离”的物理含义是什么?

生:小车在最高点时能完成圆周运动,且轨道对小车无作用力。

问题2:这意味着小车经过A点时具有动能,如何获得动能?

生:利用弹簧。

问题3:弹性势能是如何转化为小车动能的?

生:通过弹簧弹力对小车做功。

问题4:弹簧弹力是恒力还是变力?

生:变力。

问题5:怎么求弹力的功?

生:用动能定理。

问题6:小车到达B处时是否具有动能?

生:有。

问题7:为什么小车最终会停下来?

生:摩擦力阻碍了物体运动。

问题8:小车是否一定停在BC上?

生:不一定,也可能冲上CD,甚至在DE上运动。

问题9:一旦小车冲上CD,除了摩擦力做功,还有别的力做功吗?

生:还有重力做负功。

问题解决思路分析:有力做功必然涉及能量转化,因此这一部分问题链应着眼于:在具体情景中帮助学生将做功与能量转化联系起来,形成能量观念。在网课上已经把本章脉络进行了介绍,学生欠缺的是对变力做功问题的解决能力和熟练程度,因此变力做功问题可以作为知识深化的突破口。弹簧兼具变力与变力做功的特点,是解决这一问题比较合适的模型。问题1-5从圆周运动的基本结论出发,逐步向能量转化、弹簧变力做功靠拢,最终将前后的知识总结为能量观的一部分。除了本例之外,在教学实践中我们还可以设置多个情景,帮助学生学会变力做功计算的多种方法(如图像法等)。问题6-9突出了“功”在具体情境中对物体运动、能量变化的影响,提高了学生对动态过程的分析能力。

4.3 以问题促理解,完善知识体系

在具体情境中,每一种力都有与之对应的功和能,学生不断学习新的力就会不断遇见新的功和能,因此“功”是贯穿“能”与“能”变化的概念,如“势能”均与保守力做功有关。学生能够快速识别具有共性的功,并能够将相应认知迁移到新的对象上,标志着能量观体系化的形成。因此,对“功”概念的体系化应不局限于本节课,可在后续的教学中不断推进。如“静电场”中电场力做功就与保守力做的功及势能相联系。因变力做功不易理解,我们在电场力做功的新课教学中多用匀强电场进行说明。一旦离开匀强电场的条件,有的学生在心理上开始不踏实,遇到问题也不能灵活运用已知条件,这本质上还是对保守力做功“共性”的理解不够到位。因此在具体教学中,我们不妨每次在讨论完“新力”做功后,都从能量观入手,以提问的形式帮助学生将其与已经熟悉的功进行类比,完善知识体系。

5 结语

新冠肺炎疫情后的课堂教学需要帮助学生巩固知识、理清脉络、深化认知并完善知识体系。在教学策略上要以问题解决为主,注重问题链的连续性,运用问题进行有效评价,这是教学的基础;以问题促进学生对知识的内化、深化,这是教学的重点;以问题促进学生对学科体系的建构,这涉及物理课程的整体性目标。

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