3种“问题导向”的物理复习课

张俊辉 唐建华

(苏州高新区第一初级中学校，江苏 苏州 215009)

我们传统的物理复习课,教师讲题、学生做题、然后教师再讲题．而题目大多是远离生活情境经过抽象概括的已建模的习题,学生经过题海训练后,借助于题中数据、单位等关键字就能迅速解题．但学生在面对复杂的不确定的现实问题时,其发现问题、解决实际问题的能力并没有提高．[1]而我们物理课标要求从生活走向物理,从物理走向社会．而核心素养又要求学生应该要有发现问题、解决实际问题的能力．

那么我们在复习课中该怎么做呢?怎样才能既达到复习知识的作用,又能够提高学生的解决实际问题的能力?做到从生活走向物理,还要从物理最终走向社会呢?怎样做才能提升学生的核心素养呢?笔者经过几年的实践,发现在课堂复习中,解决富有挑战性的现实问题,能改变传统复习中的乏味、单调的现状,使学生全程积极地参与到课堂学习中．具体的过程就是将复习课中的核心知识情境化,寻找生活中该知识的出处或用处,然后将其设计成具体问题，可以是应用复习的知识解决一个实际问题,可以是研究一个商品中包含的与复习知识有关的问题,甚至是根据复习的知识制作一个产品．

1 复习课中解决实际问题

在复习初中物理“测小灯泡的电功率”这一电学难点问题时,通常的复习课是这样上的:先复习电功率的概念、公式、单位,然后转入复习测小灯泡的电功率的原理,器材,实验步骤等,最后再复习缺少电流表或者缺少电压表同时增加一个定值电阻时,如何测量小灯泡的电功率,课堂主要就是题海战术．

这种做题讲题的方式,原来掌握好的学生很轻松就能解题,因为本来就会,做题只是简单的知识回忆过程,无须深度思考．基础差的学生在遇到特殊方法测小灯泡电功率时,还是很吃力,因为他们学习是被动的,他们遇到该题目时,以前的经验就告诉自己“这种题我不会”．所以这样的复习过程不能调动学生的学习积极性．

笔者在教学该内容时,选择了一个“SFM-27的电子蜂鸣器”,其工作电压是3-24 V,笔者让学生测量其3 V电压下的功率．学生面对这个生活中的蜂鸣器很感兴趣,虽然通电发出的声音是单调的连续声,且声音有些刺耳,但学生们很兴奋．就连班级通常不发话的A学生也举手发言了,“可以用电压乘以电流得到功率,用两节电池供电,分别用电压表和电流表测量”．虽然表达得不是十分清楚,但大家都赞同的点点头．具体电路如图1所示.

图1 测量蜂鸣器功率实物图

连好电路后出现了意外,电压表是3 V,而电流表无示数,但蜂鸣器在发出声音．学生们很惊讶,学生B说,“电压表是等于电源电压,而电流表无示数,应该是蜂鸣器断路”．该答案明显是受到测小灯泡功率故障问题的影响,但很快被同伴否定,因为蜂鸣器在发声,说明蜂鸣器没有故障．学生C说,“电流表损害,内部短路,相当于导线”．然后又将蜂鸣器换成灯泡,结果灯泡是亮的,两个电表都有示数,以此说明电流表是好的．渐渐学生们找到了原因:蜂鸣器的电阻应该很大,导致电路中的电流太小,所以电流表几乎无示数,所以这种方法不能测出蜂鸣器3 V的功率．此时同学D高兴地举手了,“我们在测量灯泡功率时,若缺少电流表,可以用电压表和阻值已知的定值电阻组合起来充当电流表”．于是笔者提供一个10 Ω的定值电阻,学生D将10 Ω电阻、蜂鸣器、30 Ω的滑动变阻器、开关串联接入原来电路,最后将电压表分别并联接到蜂鸣器和10 Ω的电阻两端,闭合开关,发现无论怎样调节滑动变阻器,蜂鸣器两端的总是3 V,10 Ω电阻两端的电压总是0 V,且蜂鸣器在发声．实验结束后学生D显得尴尬无奈,学生C补充道,“定值电阻和滑动变阻器的阻值太小,蜂鸣器电阻太大,导致电源电压几乎都被蜂鸣器分过去了,我们要选择一个大的定值电阻和滑动变阻器,而且要有3节电池供电”．说完笔者将该问题先给学生们讨论,然后交流．最终学生想到了以下方式,用一个最大阻值9999 Ω电阻箱代替定值电阻和滑动变阻器,既能调节电阻使蜂鸣器的电压为3 V还能读出电阻．图2是具体电路.

图2 测量蜂鸣器功率改进图

但实验过程中又有意外了,先将电压表并联在蜂鸣器的两端,调节电阻箱,使蜂鸣器的电压为3 V,此时电阻箱的阻值是900 Ω,然后将电压表并联到电阻箱上时,蜂鸣器的声音变大了,对于该现象只有很少的学生注意到了.笔者课堂上也没有提出来,但课后有学生来问了,笔者没有直接回答,而是问该学生,“电压表和900 Ω电阻箱并联后,总电阻会怎样?”该学生听完后露出笑容,笔者又继续鼓励道,“这是高中涉及的混联电路,你可以继续去研究一下”．

图3是测量蜂鸣器功率的3个不断修正、逐步完善的电路图.

(a) (b)

(c)

2 复习课中研究商品

自行车是人们生活中常见的熟悉的商品,其包含着许多初中物理知识．在初三有些枯燥的物理复习课上把自行车搬到教室的中央,既活跃了课堂气氛又可以在研究自行车过程中发现许多与初中物理相关的知识,达到深度复习的作用．

所以笔者上课前先让学生回家观察自行车,由于自行车上包含许多初、高中物理知识,所以笔者针对初中力学,让学生回家研究自行车刹车,观察刹车系统中包含已学的力学知识．虽然自行车上动力系统、转向系统等也包含许多初中物理知识,但是考虑到,一节复习课中,若将自行车上所有含有初中力学知识的部件都在课堂中进行探究,那势必是浮于表面,并没有达到深度学习、深度复习的作用．同时要求学生观察时注意安全．笔者也提前准备了各种自行车的照片和视频,[3]然后精心制作了上课课件,方便上课时能提供给大家一个共同关注点,让全班思考同样一个问题．

教师上课时,教室里先放了一辆最常见的自行车,再课件投影图4中的自行车刹车,学生们都说是见过的,然后让一个学生来介绍其工作过程．

图4 自行车

生A:我的自行车的前刹车就是这种,当我用力在车把手上捏刹车把时,我发现就会拉动刹车线,然后刹车线就会拉刹车,使刹车的橡胶皮紧紧压在车轮上,不让车轮转动．这其中包括杠杆知识,车把手上的刹车是省力杠杆,因为动力臂大于阻力臂,同时我发现手移动的距离是大于刹车线移动的距离的,所以一定是省力杠杆;还包括摩擦力知识,刹车橡胶皮压在车轮上,压力越大,对车轮的摩擦阻力就越大．

(a)

(b)

让学生在学案上先根据经验画出车把手上的杠杆动力和阻力,然后画出其力臂,同时思考杠杆的类型,小组交流纠正(图5)．

学生练完之后,笔者课件投影第2种刹车图片图6与图7,提问:“这种刹车叫抱刹也称鼓刹,就是今天教室中央的自行车的后刹车,它为什么叫做抱刹?它是如何阻碍车轮转动的呢?”

图6 鼓刹实物图

图7 鼓刹结构图

教师先让学生用手转动自行车后轮,模仿车向前运动,然后开始刹车,很快后轮停止转动．然后再课件播放教师预先录制的抱刹制动视频．看完后,生B高兴地举手:“刹车时,与车轮同时转的小轮会被外面的刹车皮抱住,阻碍车轮运动．”大家很赞同,教师没回答,而是让刚才的学生再次用手转动后轮,使之和刚才的转动方向相反,但控制转速一样,再次用同样的力去刹车,发现车轮很难停下来,学生们既高兴又惊讶,笔者让大家先小组讨论然后集体交流．

教师提问:“若自行车在向前运动,后刹车制动,制动时,刹车皮与里面的轮之间的力是怎样的?”

图8 鼓刹受力图

笔者再次让生B到前面投影屏幕上用电子白板笔,边讲边画(图8):“刹车线有一个力F1拉动L型杠杆,导致L型杠杆对刹车皮产生拉力F2,这样刹车皮A点就对轮子B点产生压力F3,而小轮子随车轮前进,也就是逆时针转动,所以刹车皮A点就会对小轮子B点产生摩擦力F4,阻碍车轮转动．”

教师追问:“自行车向后运动时,刹车皮也能阻碍小轮子运动,怎么产生的摩擦阻力就小呢?”

大家争论后,生C:“刹车皮是逆时针安装在小轮周围的,刹车皮一段固定,另一端受拉力F2作用时,刹车皮就会抱住小轮子,车前进时小轮子逆时针转动,小轮子就会对刹车皮A点产生摩擦力F5,而这个摩擦力会使后面的刹车皮对小轮子产生更大的压力,进而使后面的刹车皮对小轮子的摩擦阻力力更大;若车后退,小轮子顺时针转动,刹车时A点对B点也能产生阻力,但顺时针转动的小轮对逆时针固定的刹车皮产生与刚才相反的摩擦力作用,使后面的刹车皮对小轮的压力变小,所以刹车皮对小轮的摩擦力变小了．”

教师总结:“抱刹设计非常巧妙,但缺点是车前进时刹车有用,后退时刹车效果就很差,当然生活中自行车还有其他刹车方式,也期待你们将来能设计出更好的刹车装置．”

3 复习课中制作产品

在复习课中根据学习的知识进行发明制作,这不仅能深度复习知识,应用知识,同时能在制作过程中提高学生的动手能力,在发明过程中培养学生的创造性思维，让学生初步体验产品设计的过程,感受到自制产品应用时的无穷乐趣,最终深层次培养学生学习的兴趣,培养学生适应终身发展的创造能力．

在复习“杠杆”这部分内容时,教师提前给学生布置了回家作业,制作一个杆秤,要求其能测量物体的质量．设计这个任务的目的是让学生通过制作杆秤的过程,首先温习探究杠杆平衡条件的实验过程:实验前如何消除杠杆重力对实验的影响,实验时如何方便测量力臂等一系列问题．然后复习杠杆的核心知识点杠杆平衡的条件,并且运用杠杆平衡条件测量出物体的质量．

上课时,不少学生都展示自己的作品,并且和同学们分享了制作时的心得,同学们在欣赏别人作品时,都积极地相互间提出了宝贵的意见．笔者将学生作品进行了分类,有两类杆秤,一类是如图9、图10所示.

图9 自制杆秤1

图10 杆秤1的使用

该杆秤是选一根直杆,然后找到其重心,在重心处系绳子作为提纽,然后将两边均匀画上刻度,然后再用50 g的钩码作为秤砣,使用时将物体和秤砣分别挂在秤杆的两端,然后调节两边的力臂,直到水平位置平衡,最后测出两边的力臂,根据杠杆平衡条件得出物体的质量．该杆秤的优点是量程大,要测量大质量的物体时可以减小物体的力臂,增加秤砣的力臂,只要杆秤等足够结实,理论上质量很大的物体也能测量．该杆秤的另一优点是分度值可以很小,要测量小质量的物体时可以增大物体的力臂,减小秤砣的力臂．但该杆秤缺点是物体一定要用绳子提前系起来,同时需要计算才能得到物体的质量,使用时不太方便．

另一类杆秤如图11、图12所示.

该杆秤也是选择了一个直杆,然后自制一个托盘,将托盘用绳子挂在杆秤的左端,然后寻找重心位置,在重心位置处系上绳子作为提纽,然后把提纽位置与系托盘位置间的距离作为单位长度,在另一侧标上刻度,由于配了一个50 g的秤砣,所以就可以在杆秤上对应处标上质量数值．该作品得到很多学生的肯定,首先外形非常像中国传统的杆秤,同时测量物体时非常方便,使用时物体可以直接放在托盘中,调节秤砣位置直到杆秤水平位置平衡就能直接在杆秤上读出对应的质量．也有学生提出该杆秤只要配上不同质量的秤砣也能做到多量程．

图11 自制杆秤2

图12 杆秤2的使用

最后笔者让学生思考“杠杆”这一节内容还有哪些知识点我们刚才没有涉及到的,因为刚才通过项目学习制作杆秤,其运用的知识是碎片化的,所以最后有必要让学生回顾知识,以便学生能建构完整的知识体系．最后笔者指出实际生活中杆秤比第2种更复杂,鼓励大家课后查阅资料继续研究．