多种习题教学模式的构建与实施

2012-01-23笪猛鹏陶时青雷三林张志华谢仁华

物理通报 2012年7期

关键词：八号天宫流程图

许云笪猛鹏陶时青雷三林张志华谢仁华

(安吉县昌硕高级中学浙江湖州 313300)

1 问题的提出

习题教学是高中物理课堂教学的三种基本课型之一．长期以来，习题教学形成了传统的固定流程：“知识点回顾→典型例题分析讲解→课堂巩固变式→归纳总结” 四个环节．然而，这种教学模式存在的弊端在于：

(1)在单纯枯燥的习题课教学中，学生往往是处于被动接受者的位置，学生陷入了大量的题海之中，变成了简单的“复印机”，往往会出现物理课“一听就懂，一做就错”的尴尬情况；

(2)学生失去了探究、好奇、兴奋、成就等积极情感体验，失去对物理习题教学甚至对物理主动学习的兴趣，学生学得苦，教师教得累，制造出成批的未来新文盲——不是不识字的文盲而是不会学习的文盲，反映在学习中则是常常挂在学生嘴边的一句话“题目读不懂”．

如今在素质教育的新背景下，要求学生更多地参与到自主性学习中去，要突出学生的主体地位，进行探索式的学习，发挥其主体性，培养他们的独立自主意识．联合国教科文组织出版的《学会生存》一书中指出“教育不应该较高地致力于传递和储存知识，而应该更努力寻求获得知识的方法．”这也正是习题教学要达成的目标．

2 习题教学模式的构建与实施

2．1 “形象情境建构式”习题教学模式

物理概念的准确建立，是学生掌握物理规律、解决物理问题最基本的保障．高中物理一些抽象难懂的物理概念往往与学生实际生活相距甚远，物理概念的建立离不开抽象的思维过程，然而，高中生的思维正从形象思维向抽象思维过渡、从经验性思维向理论性思维过渡，所以，对学生来说有相当大的困难．通过形象的、与日常生活情景紧密联系的生活经验可以帮助学生跨越“台阶”，从而有效地降低理解梯度，跨越习题教学过程中的障碍．

(1)“形象情境建构式”习题教学模式流程图(图1)

图1 “形象情境建构式”习题教学模式流程图

(2)教学片段

例题展示：一水平放置的水管，距地面高h=1.8 m，管内横截面积S=2.0 cm2．有水从管口处以不变的速度v=2.0 m/s源源不断地沿水平方向射出，设出口处横截面上各处水的速度都相同，并假设水流在空中不散开．取重力加速度g=10 m/s2，不计空气阻力．求水流稳定后在空中有多少立方米的水．

认知缺陷凸现:以下是笔者在课堂上与学生的初次探讨.

师：水从管口射出后做的是什么运动？

生：平抛运动

师：水在空中是什么形状？

生：一条抛物线

师：如何求空中部分水的体积？(展示一段软管并弯成抛物线形状)

生：思考讨论.化曲为直，就变成了圆柱体．求出空中水柱的长度，利用底面积乘以水柱的长度就可以求出水的体积．

师：利用高中数学知识如何求抛物线的长度？

生：利用高中数学知识无法求解抛物线轨迹的长度.

学生解答本题的难点不在于平抛运动这个知识点，而在于如何求空中部分水的体积，学生往往首先考虑到的是要想办法求出平抛运动轨迹的长度，而仅仅利用高中数学的知识是无法求解抛物线的长度的，这要用到大学微积分的知识．因此，教师讲解本题的关键是如何突破求解空中部分水的体积这一难点，让学生建立流量的概念，并会利用流量来计算一段时间内流过液体的体积．

创设形象情境：上海世博会期间为了缓解公共交通压力和园内客流压力，需要实时统计参观者人数以便做出统筹安排，请问你是到世博园内一个个数参观者的人数呢？还是怎么办？

以下是笔者在课堂上与学生的再次探讨：

教师启发：显然，跑到世博园内一个个数参观者的人数是不现实的，因为参观者是不断流动的．那么，如何有好的办法知道参观者的具体人数呢？参观者进入世博园内肯定要经过检票口，那么，是否可以说场内的参观者人数等于进入检票口的人数呢？从这里你得到了什么启发？

学生讨论：空中的水也必经过管口，那么，空中水的体积也就是这段时间内水经过管口的体积．

进一步启发式提问：很好，那该如何求一段时间内水经过管口的体积呢？是否可以想办法先求出单位时间内通过管口水的体积？

教师实验演示：在一截面积处处相等的注射器(把医用一次性注射器前端剪去)内装上红色的墨水，匀速推动活塞．引导学生求出在单位时间内通过管口水的体积．

学生讨论：单位时间内喷出的水的体积为活塞的截面积乘以推动活塞的速度，即：Q=Sv

学生内化练习：以t表示水由喷口处到落地所用的时间，则单位时间内喷出的水量为

Q=Sv

空中水的总量应为V=Qt

代入数值得V=2.4×10-4m3

2．2 “找茬式”习题教学模式

2001年高考上海物理试题首次出现了“找茬式”试题，这种全新的题目样式对学生分析问题过程的评价是一次创新和探索，也是新课改的目标具体体现．随着现代教育评价目的的变化，教育评价从重结果到重过程，这是现代教育评价理念上的一次突破．教师教学中的问题只有在教学活动中才能发现，学生学习中的问题也只有在学习过程中才能找到．教师在习题教学中适当地编制这种类型的题目，不仅可以凸现学生分析问题过程中的误区，还可以激发学生的兴趣，提高学习的动力．

(1)“找茬式”习题教学模式流程图(图2)

图2 “找茬式”习题教学模式流程图

(2)教学片段

展现错误过程:如图3所示，D是一只二极管，它的作用是只允许电流从a流向b，不允许电流从b流向a，平行板电容器AB内部原有电荷Q处于静止状态，当两极板A和B的间距稍增大一些的瞬间(两极板仍平行)，Q的运动情况将是

A．仍静止不动 B．向下运动

C．向上运动 D．无法判断

图3

分析找茬:该同学被电路的表现所迷惑，误以为电容器始终与电源相连，U不变．没考虑到电路中二极管的特性——单向导电性，在此电路中二极管相当于起了一个开关的作用.电容器充电过程中，二极管导通，在此处可以认为开关闭合，电容器与电源相连，U不变；而电容器如果要放电的话，二极管不导通，相当于开关处于断开状态，电容器与电源断开，无法实现放电，只能是带电量Q不变．

反思变式：上题中改为“当两极板A和B的间距稍减小一些的瞬间(两极板仍平行)，Q的运动情况将是什么”.

2．3 “开放式”习题教学模式

开放性问题是指题设条件、解析策略或题目结论具有开放性、多元性和不确定性．开放性习题在问题的设计上，留给学生充分发挥个性的思维空间，有利于激发学生主动探究的积极性，启发学生从不同角度，多层面去发散思考，开阔了学生的思维，提高了学生分析问题、解决问题的能力，培养学生发散性思维能力．

高考复习中要摒弃传统的“题海战术”，充分发挥学生学习潜能，培养良好的发散思维能力，设置开放性习题是最有效的途径．

(1)“开放式”习题教学模式流程图(图4)

图4 “开放式”习题教学模式流程图

(2)教学片段

创设开放式问题情境：有一个带正电的小球，质量为m、电荷量为q，静止在固定的绝缘支架上．现设法给小球一个瞬时的初速度v0使小求水平飞出，飞出时小球的电荷量没有改变．同一竖直面内，有一个竖直固定放置的圆环(圆环平面保持水平)，环的直径略大于小球直径，如图5(a)所示．要使小球能准确进入圆环，可在空间分布匀强电场或匀强磁场(匀强电场和匀强磁场可单独存在，也可同时存在)，请设计两种分布方式，并求出：

(1)相应的电场强度E或磁感应强度B的大小和方向；

(2)相应的小球到圆环的时间t．

图5

小组合作讨论:每4位同学分为一个学习小组进行讨论，并确定一位主发言人．

交流评估:学生设计的方案多种多样，远远超出了预想，列举代表性的4种方案如下.

方案1：在竖直向下方向分布匀强电场E，小球做类平抛运动；

方案2：整个区域加竖直向上的匀强电场和垂直纸面向外的匀强磁场，小球重力与电场力平衡，洛伦兹力提供向心力做匀速圆周运动．

方案3：加水平向左分布匀强电场E，小球的运动分解为水平方向的匀减速直线运动和竖直方向的自由落体运动；

方案4：加竖直向上匀强电场，在与圆环中心相距s处加垂直纸面向外的匀强磁场[如图5(b)所示]；

2．4 “角色互换式”习题教学模式

习题教学中，教师出题学生做，似乎已经成为一成不变的“定式”，学生处于被动的学习状态．在习题教学中，不妨尝试“角色互换”，让学生充当一回教师自编题目．这一教学模式不仅可以调动学生的主观能动性,变被动接受为主动学习，更可以加深学生对所学知识的理解,提高分析问题和解决问题的能力．当然，学生自编题目不是盲目地放手不管，而是在掌握学生的知识储备和知识框架的基础上，教师进行适当地引导，要给学生出题的一个基本框架，即按什么方式出，出什么内容,对其语言表述的规范性和科学性加以指导，并且学生完成自编试题后，教师对其进行评价．在这种教学模式下，学生的自主、创新能力将会大大提高，教学成绩将会不断上升．

(1)“角色互换式”习题教学模式流程图(图6)

图6 “角色互换式”习题教学模式流程图

(2)教学片段

明确命题要求：举世瞩目的“天宫一号”的发射成功并与“神州八号”飞船实现完美对接，笔者通过网络收索了一些相关资料和数据，提供给学生，让学生自编一道与“天宫一号”有关的题目．

相关资料：“天宫一号”是中国第一个目标飞行器，于2011年9月29日21时16分3秒在酒泉卫星发射中心发射，飞行器全长10.4 m，最大直径3.35 m，重量约8.5 t，由实验舱和资源舱构成．它的发射标志着中国迈入中国航天“三步走”战略的第二步第二阶段．9月30日16时09分，在北京航天飞行控制中心精确控制下，“天宫一号”成功实施第2次轨道控制，近地点高度由200 km抬升至约362 km，顺利进入在轨测试轨道．这次轨道控制是在“天宫一号”飞行第13圈实施的．此前，在30日1时58分，“天宫一号”飞行至第4圈时，北京飞控中心对其成功实施了第一次轨道控制，使其远地点高度由346 km抬升至355 km．经过两次轨道控制，“天宫一号”已从入轨时的椭圆轨道进入近圆轨道，为后续进入交会对接轨道奠定了基础．据北京航天飞行控制中心主任陈宏敏介绍，近地航天器发射后，受高层大气阻力的影响，其轨道高度会逐渐缓慢降低．通过此次轨道抬升，预计可使“天宫一号”在“神舟八号”发射时，轨道高度自然降至约343 km的交会对接轨道，从而尽量减少发动机开机，节省燃料．2011年11月3日凌晨顺利实现与“神州八号”飞船的对接任务．按照计划，“神舟九号”、“神舟十号”飞船将在接下来的时间里内依次与“天宫一号”完成无人或有人交会对接任务，并建立中国首个空间实验室．“天宫一号”外部安置太阳翼，外部有大量隔热材料．我们能看到传回的视频．

习题展示

【例1】若把“天宫一号”看成在离地面343 km的轨道上做匀速圆周运动，则

A.“天宫一号”绕地球运行的周期比地球自转周期大

B.“天宫一号”绕地球运行的角速度比地球自转角速度大

C.“天宫一号”比地球同步卫星向心加速度小

D.“天宫一号”的发射速度大于7.9 km/s

【例2】2011年11月3日凌晨，中国自行研制的“神舟八号”飞船与“天宫一号”目标飞行器在距离地球343 km的轨道上实现自动对接，为未来空间站建设迈出了关键一步．假如“神舟八号”与“天宫一号”的质量相等，对接前它们环绕地球分别做匀速圆周运动的运行轨道如图7所示，则以下说法中正确的是

A．对接前的向心加速度，“天宫一号”比“神舟八号”小

B．对接前的运行周期，“天宫一号”比“神舟八号”小

C．对接前的机械能，“天宫一号”比“神舟八号”小

D．“神舟八号”需先点火加速才有可能与“天宫一号”实现对接