关于高中物理问题情境教学创新研究的案例分析

卞望来

（江苏省南菁高级中学，江苏 江阴 214437）

1 问题的提出

问题情境教学是以获取知识方法为前提，以教育教学理论为指导，以解决问题为核心，以把握知识为基本原则，不断提高学生分析问题、解决问题和应用知识的能力.根据问题情境教学理论，课堂教学应该是以提出问题并解决问题的方法来获取新知识的问题性思维过程.这一过程一般包括以下3个环节：产生问题情境；分析问题情境；问题情境的反思.而目前不少教师在以问题教学方式上课时，存在较多问题：教师提出问题多而学生提出问题少，问题呈现方法单调，内容直白，不具有深度和广度，质疑性问题少，同时，解决问题的方法和途径较单一.学生上这样的物理课兴趣索然，更谈不上提高教学质量.马赫穆托夫认为，问题教学是一种发展性教学.我们提出高中物理问题情境教学的创新研究就是为了解决以上问题.让提出问题的背景更新颖，让问题更具有层次性和批判性，让解决问题的方法更丰富.通过以上的教学就是让学生更多地主动提出问题，思考问题，让学生对未知充满兴趣，让学生独立地获取知识，运用已学过的知识来从事创新性的学习活动，从而培养学生的创新思维和能力.

下面以“自由落体运动”一课为例，谈谈高中物理教学中如何运用问题情境教学的创新研究的一些观点和做法.

2 案例呈现及评估

2.1 教学任务分析

（1）课程分析.本节课使用的教材是《普通高中课程标准实验教科书物理（必修1）（人民教育出版社）》，教学的内容是第2章第5节关于自由落体运动的内容.具体来说：对自由落体运动进行实验探究，由此得到自由落体运动的规律，并能解决简单问题.

（2）学情分析.通过前面内容的学习，学生已经掌握了物体做直线运动的种类、相应的概念、规律，初步掌握了研究物理问题的基本思路和描述物体运动规律的基本方法.自由落体运动是匀变速直线的特例，学生在前面学习的基础上进一步学习本节知识是非常必要的.教材之所以作这样的安排，既注意了教学内容处理的科学性和系统性，又注意到了学生对客观事物的认识规律，体现了理论联系实际的教学思想和循序渐进的教学原则.

（3）学习目标.① 知识与技能：研究并认识自由落体运动的特点和规律；理解自由落体运动的特点和规律；并会运用自由落体运动的特点和规律解答相关问题.② 过程与方法：培养学生的观察能力和逻辑推理能力；进行科学态度和科学方法教育，了解研究自然规律的科学方法，培养探求知识的能力；通过对落体运动的实验探究，初步学习控制变量法.③ 情感态度价值观：调动学生积极参与问题讨论的兴趣，培养逻辑思维能力及表达能力；通过实验，培养学生的合作精神；通过史实，培养学生学会质疑的科学素养.

（4）教学的重点与难点.① 重点：理解自由落体运动的概念的得出过程及自由落体的运动性质和运动规律；② 难点：利用打点计时器研究自由落体运动的性质；理解并运用自由落体运动的条件及规律解决实际问题.

2.2 教学过程设计与实施

师：同学们，秋天是个美丽的季节，落叶飘零，熟透的苹果也会从树上掉落下来，这些有什么共同的特点？

生：从高的地方落到低的地方，从静止开始.

师：没错，像落叶那样由静止开始从高处落到低处的运动就叫做落体运动.你们还见过有哪些落体运动呀？

生：雪花飘落，雨滴下落，跳伞……

师：同学们说得很好.今天我们就一起来研究一种最简单的落体运动——自由落体运动.

［板书：第5节自由落体运动］

［板书：一、物体的下落运动］

师：为了更深入地研究物体的下落运动的规律，我们需要从生活实践出发，来讨论几个问题.

提出问题：在日常生活中，重的物体和轻的物体谁下落的更快一些呢？

生：重的物体下落的快一些.

师：我们通过几个小实验一起验证一下同学们的结论是否正确.

设计学生实验1：纸片和铁片从相同的高度同时下落，看谁下落的快？

学生做实验，并观察实验现象，得到结论：重的铁片要比轻的纸片下落得快.

师：2000多年前，古希腊哲学家亚里士多德也持有这一观点.但这个观点是否正确呢？我们还是通过实验来验证.

设计学生实验2：将一张与原来相同的纸片团成纸团，再和铁片从相同的高度同时下落，看谁下落的快？

学生做实验，并观察实验现象，并得到结论：重的铁片和轻的纸团下落的几乎一样快.

提出问题：为什么会得到相互矛盾的结论？（学生思考）

师：对表面现象的观察有时会得出错误的结论，我们要用透过现象看本质的研究方法去研究问题.300多年前，伽利略曾运用逻辑推理否定了亚里士多德的观点.设重的物体下落速度为8m／s，轻的物体下落速度为6m／s，再把两个物体结在一起，一方面重的物体被轻的物体拖累速度要介于6m／s与8m／s之间，另一方面两个物体结在一起更重了，速度应大，两者自相矛盾，所以亚里士多德的观点是错误的.

设计学生实验3：将铁片放在纸片（水平放置）上面组合成一体，和另一相同的纸片团成一团从相同的高度同时下落，看谁下落得快？

学生做实验，并观察实验现象，得到结论：重的铁片和纸片的结合体要比轻的纸团下落慢.

提出问题：同学们，现在我想让两者下落的几乎一样快，应该怎样做？

学生小组讨论并提出实验方案.

生：让纸片包住硬币也团成纸团.

师：同学们实际做一下看看.

学生做实验，并观察实验现象，并得到结论：两者下落的又几乎一样快.

教师提出问题：我们做的上述几个实验，为什么会得出不同的结论？

生：有空气阻力的影响.

师：如果我们忽略空气阻力的影响，同学们猜一下，会出现什么情况？

教师演示牛顿管实验，管内抽成真空时，羽毛与铁片同时下落；打开阀门，让空气进入管内，羽毛与铁片同时下落，这时再让学生验证自己的猜想.

此刻同时利用视频播放美国宇航员在月球上进行的铁锤与羽毛下落实验.

生：在忽略空气阻力的影响，轻重不同的物体下落快慢相同；平时，我们看到的轻重不同的物体下落快慢不同，是由于空气阻力的作用.

师：同学们讲得很好.通过刚才的学习，你觉得亚里士多德和伽利略对落体运动都有贡献吗？你如何评价？

生：亚里士多德虽然对物体的下落运动认识是错误的，但提出了对运动的认识，为后人正确认识运动打下基础，是人类认识自然的必然过程.伽利略采用逻辑推理和实验相结合的方法，为我们认识大自然指明了途径.

环节评估：美国著名心理学家布鲁纳曾说，掌握一般概念和原理是通向普遍迁移的大道.教学中应注意新旧知识异同的比较，通过对比，能透过表面现象，看清不同的物理本质.在对比过程中，学生始终处于主动积极、探索进取状态，这样对完善旧知识，自觉完成从旧知识到达新知识的迁移，并巩固新知识.同时，通过如何评价亚里士多德对物体的下落运动贡献，让学生树立正确的科学态度.

［板书：二、自由落体运动］

［板书：1.定义：物体只在重力作用下从静止开始下落的运动.］

师：同学们，想一想，哪些物体的下落运动可称为自由落体运动？

在真空中静止释放的羽毛和铁片，在空气中静止释放的纸片和铁片.

生：在真空中静止释放的羽毛和铁片和在空气中静止释放铁片的运动是自由落体运动，而在空气中静止释放的纸片由于空气阻力较大不是自由落体运动.

师：这位同学讲得很好.在真实环境中物体静止释放的下落运动，当物体的重力远大于空气阻力时，我们也称之为自由落体运动.

［板书：条件：只受重力或mg≫f，初速为0.］

师：同学们，我们来做个小游戏，测一测人的反应时间.（准备一把60cm的直尺，根据直尺作自由落体运动的距离换算成时间，贴在直尺上）

学生反应活跃，上来测反应时间.

师：同学们，我这把直尺为什么能测出你的反应时间呢？

生：直尺自由落体运动的时间就是人的反应时间.

师：大家说的很好.物体作自由落体运动是什么性质的运动，我们用什么方法来测出来？

生：我认为自由落体运动是匀加速直线运动，因为它运动越来越快.（师：很好）

生：我认为可以利用闪光灯拍摄小球作自由落体运动的闪光照片，由于闪光时间间隔相等，分析这些照片上的小球间距，就可以知道小球运动规律.

生：我认为还可以利用打点计时器，让物体与纸带相连，分析纸带上的点之间距离的变化，就可以知道纸带的运动情况，这样也知道了物体的运动规律.

师：同学们讲得都很好.现在我们就采用最后一位同学提出的方法来探究自由落体运动的规律.

教师介绍实验器材，提醒学生安装打点计时器时，上端要水平，纸带如何与重物相连，实验时要拿住纸带的上端，并尽可能地往上提，让纸带无阻碍通过打点计时器，先通电后放纸带，引导学生进行分组实验.

当得到打点的纸带（如图1所示）后，指导学生如何测量，并进行估读，测6组数据.

图1

每取两点作为一个计数点（T＝0.04s），将读数依次填入表1中（单位：cm，数据均保留到小数点后两位）

表1

求出Δx的平均值，利用公式Δx＝aT2求出物体的加速度，其值应接近9.8m／s2.

我们也可利用表1中的数据求出1、2、3、4、5这几个点的对应的速度值，利用教学软件作出v-t图像，并拟合图线是一条直线，求出图像的斜率就是物体运动的加速度，这个值也接近9.8m／s2.

［板书：2.运动的性质

（1）初速为0的匀加速直线运动.

（2）在同一点，自由落体运动的加速度都相等.

大小：一般取g＝9.8m／s2；方向：竖直向下.

精确实验发现，在不同位置的重力加速度不同.］

利用PPT打出各地的重力加速度.（略）

师：同学们，我们前面已学过了运动学中的速度公式、位移公式及推论，大家回想一下.那么，自由落体运动的规律是怎样的呢？

［板书：3.运动的规律

速度与时间关系：v＝gt；高度与时间关系：h＝gt2／2；速度与高度关系：v2＝2gh.］

环节评估：物理课堂教学过程中，很多的教学内容都能引起学生学习物理的兴趣.教师要以良好的契机为抓手，激发学生的学习兴趣；要引导学生忽略次要因素，抓住问题的本质，培养学生分析问题的能力科学素养；要指导学生如何做实验，并从实验数据中得到规律，培养学生的科学素养.通过这类教学活动，有利于学生积极地把新概念或规律与自己认知结构中原有的适当概念相联系，把新概念、规律纳入原有概念、规律中，同时使新概念、规律与原有的有关概念、规律进一步分化和融汇贯通.

师：同学们，我们一起研究了自由落体运动的规律，接下来就用它来解决一些实际问题.还记得老师刚才用一把直尺测了一些同学的反应时间吗？大家桌上也有一把直尺，2个同学相互合作，根据直尺下落的距离来计算自己的反应时间.

指导学生测量反应时间.

［板书：三、自由落体运动规律应用］

师：同学们再想一想，如果一个人喝了酒，那么他的反应时间要怎样？

生：这个人的反应时间肯定变长.

师：这位同学回答的很好.如果这个人喝了酒后开车呢？

生：容易出车祸.

师：所以，我国交通法规定酒后严禁开车.

师：同学们，通过本节课的学习，谈谈你的感受.

生：掌握了自由落体运动的条件、性质、规律.

生：经验有时不可靠，要通过实验来证实.

生：在科学的道路上要敢于挑战权威，正确评价一个人.

师：同学们都说得很好.

今天作业：制作测定反映时间的尺，阅读课本第46页第6节内容.

环节评估：物理教学中，教师应运用物理本身的魅力激发学生求知的欲望和情感.教师要从教学效果出发，将最新的教学理念融入到每节课的教学过程中，并注意物理知识与日常生活的联系，激发学生的求知欲和兴趣，让学生充分体会物理规律在日常生活中的妙用.本节通过学生自己测量的反应时间从而揭晓前面疑问，同时，小结也是为了学生进一步掌握本课的主要内容，并培养学生良好的学习习惯.

3 教学反思

爱因斯坦说过：“兴趣是最好的老师.”“发现问题比解决问题更重要.”本节课成功之处在于：以问题为核心，以学生发展为本，在实验与概念学习过程中注意科学素养的培养，注重实验探究与过程的评价.整个过程既动手又动脑，师生互动好.实验设计新颖且贴近生活，能运用视频、教学软件等多种教学手段，充分展示了物理实验现象，分析了物理实验结果，这样激发学生的求知欲，抓住了学生的兴奋点.通过合作探究排除生活中的假象，通过亲身体验增强了对概念的感性认识.同时，本课也对教师提出了较高的要求，要求教师思维严谨，逻辑性强，步步有伏笔.实验操作与多媒体的运用娴熟，课堂组织能力强，能及时处理学生在实验过程中的问题.要求教师给以必要的指导，如果疏于引导，将会拖延时间，导致教学被动.不足之处在于：这么多的教学内容要在40min内完成稍显仓促，如果学生的学习能力不强则显得较为困难.同时，由于教学时间的限制还有一个实验无法完成，即用一把直尺，在上面间隔相同的距离贴上相同宽度的遮光条，当直尺作自由落体运动时，利用时间传感器测出遮光条经过传感器时的时间，利用教学软件计算速度，作出v2与h关系图像，并求出斜率，其值应接近2g.

总之，在中学物理教学中，教师创设问题情境就是在讲授内容和学生求知心理之间制造一种“不协调”.将学生引入一种与物理问题有关的情境中，造成一种悬念，使学生产生向往、探索的欲望.创设问题情境时应注意：问题要小而具体、新颖有趣、有适当的难度；要有启发性和一定的深刻性，要善于将所要解决的问题寓于学生实际掌握的知识之中，造成心理上的悬念.同时，要充分运用多种教学手段来解决问题.高中物理问题情境教学的创新研究对教学具有十分积极的指导意义.