运用“问题解决”教学模式创设“自由落体运动”实验情境

居殿兵

1 “问题解决”教学模式的理论依据

苏联教育家列尔耐尔认为：“问题教学的本质在于学生由教师经常引入寻求有根据地解决对他们来说是新问题的办法的过程，由此他们就学会独立地获取知识、运用原先学过的东西和掌握从事创造性活动的经验.”苏联教学论专家马赫穆托认为：“问题教学是一种发展性教学，在这种教学中学生经常独立探索活动同他们学习现成的科学结论结合在一起，而教学方法体系的建立要考虑问题目的和问题原则.问题教学是现代发展性教学体系的主导因素.”

在他们看来，问题教学本质特点是：（1）问题教学是教师引导学生发现问题和解决问题的过程；（2）强调学生的独立性；（3）强调学生的创造性.

根据现代认知理论，物理课堂的教学过程应该是通过不断地提出问题并解决问题的方式来获取新知识的过程，课堂教学中的问题应是师生课堂交流的产物.只有这样的问题，学生对之才更具好奇心、求知欲，才能反映教学的实际.学生的学习方式要从被动型转变为主动型，课堂内的活动层出不穷、问题千奇百怪，从而使课堂教学具有不可预料性.教师在课堂上不仅是问题的提出者，更是各种教学情境的创设者，将学生置于研究者、探索者的位置，让学生通过思考，提出新问题、通过互相交流、合作探究等活动来获取知识.

2 “自由落体运动”运用“问题解决”教学模式可行性分析

“自由落体运动”是在学生学习了运动学知识后编排的，是匀变速直线运动的特例.通过对自由落体这种常见的、特殊的运动的研究，一方面是对前面知识的复习和巩固，同时也加强了课本与实际生活的联系；另一方面通过本节课学习，让学生体验研究物理问题的基本思路和科学方法，为以后研究更复杂的运动规律打下良好的基础.本节课是本章知识的复习课，培养学生思维的研究课，联系生活的应用课，也是后续课程的铺垫课，故本节课在本章中具有重要的地位和作用.通过前面知识的学习，特别是学习了用打点计器来测量匀变速运动的加速度后，学生具备了探究自由落体运动规律的能力，可在对其运动规律的教学环节中采取师生合作的探究式教学.

师生合作探究式教学的主要方法是有意识地创设情境，预[HJ1.45mm]设实验，通过提出富有启发性的问题，将学生引入情境之中，激发起学习的动机，在实际教学过程中生成问题，调动学生学习兴趣，真正解决问题.

本节课的关键是合理创设情境，不仅起到组织教学的作用，而且能使学生增强动手能力，还物理学的本来面目，产生浓厚的学习兴趣.因此，通过实验来创设情境，提出问题，引起观点冲突，进而提出新问题，最终解决所有问题，得出物理规律是本课的流程.按照“培养有创新能力、实践能力的人才”要求，本课如何进行实验设计呢？可创设哪些问题情境？要达到什么样的效果？又如何提出有价值的问题呢？

3 “问题解决”教学模式实际设计方案

3.1 创设情境，引入课题

情境1 救灾时，飞机上同时投下救灾物品和宣传传单，哪一个先落地呢？

有的学生看过电视画面，也有生活常识，学生回答都很踊跃，课堂气氛活跃.

再让学生进行课堂问题生成：学生会提出若干种两个物体的落地实验.比如，若是一个同样大小的硬纸片和硬币同时从同一高度落下，谁先落地呢？

最后让学生分组合作，做一个硬纸片，让硬纸片和硬币从同一高度同时落下，实际观察.结果是硬币先落地，硬纸片后落地.

得出明确结论：重的物体先落地，轻的物体后落地.

向同学们说明：两千多年前，古希腊最伟大的哲学家、科学家和教育家亚里士多德也持有这一观点.但这个结论是否正确呢？

3.2 创设情境，制造悬念

学生对刚才的实验事实确信无疑，进一步创设如下情境.

情境2 两个半径相同的铁球和橡胶球同时下落，哪一个先落地？

有的学生认为与刚才一样，有的学生看过这方面书的，说是同时落地.

实验是检验真理的唯一标准，让我们再来做一个演示实验.让半径相同的铁球和橡胶球同时从较高的高度同时落下，结果是两球同时落地，与日常观察到的现象和刚才的实验现象相反.

课堂问题生成：学生根本就不能准确判断是哪个球先落地，如何来进行观察呢？

可以让学生讨论，最后的结果是用眼睛看两球是否同时落地比较困难，可转化为听声音的方法，要在地上垫一块钢板.

通过创设前面两个情境，得出完全相反结论，在内容和学生心理之间制造一种“不协调”，将学生引入与物理问题有关的情境中，造成悬念，使学生产生探索的欲望，处于欲罢不能的状态.

3.3 创设情境，探究原因

情境3 取两张相同规格的白纸，一张揉成较紧的团，一张稍微揉一下，让他们同时从同一高度同时下落，结果如何？

让学生亲自探索，结果是前者先落地，后者后落地，现象十分明显.

引导学生思考、讨论：能不能用不同规格的纸张呢？

学生讨论后教师总结到物理实验常用的方法——控制变量法上来.

再提问：两个物体是否同时落地，是看它们的重力吗？

引导学生分析，研究对象的质量一样，重力也一样，显然不是.

最后提问：哪是什么原因使两个纸团不同时落地呢？

学生实际操作、讨论后得出：两纸团重力一样，环境一样，只是两者的表面积不一样，从而得出两物体在空中不同时落地的原因是两者阻力不一样的结论.

3.4 创设情境，验证推断

提问：如何来验证重物下落不同时是因为阻力的原因呢？

引导学生分析得出：要做同样物体的有空气和无空气情况下落的对比实验.

情境4 用钱羽管做演示实验.先让管内充满空气，当管子迅速倒转时，小铁块迅速落地，而羽毛飘飘悠悠，经过好长时间才落地；再抽去管内空气重做一次实验，结果是轻重物体同时快速落地.

当学生看到羽毛和小螺丝同时落地时，很是惊讶，实在不敢相信这个事实，从学生的脸上明显看出有进一步探索的欲望.

还可以再打开阀门，放进空气再做一遍，增加对比性.

通过对比观察，可明显看出阻力对实验的结果影响很大.

进一步提问：能不能选择一个更好的地方，在大范围内做这个科学实验，让人更信服呢？

学生充分讨论：最终得出在月球上做这个实验，没有阻力，可以在更高的高度做这个实验，在较长的时间两球落地时间都是相同的.可以播放阿波罗15号宇航员在月球上做落体实验的视频，并鼓励学生有朝一日也能上登上月球亲自做一下这个实验.

3.5 创设情境，得出规律

得出自由落体运动规律，是本节课的核心实验.

让学生发挥想像，回忆刚学过的知识，师生共同设问：如何设计实验探究自由落体运动的规律呢？

学生可能会提出运用频闪照相，运用DIS数字化实验系统，运用数码摄像机等等方法.

情境5 选择一种简洁的做法，让重物拖一条纸带作自由落体运动，使用电磁（或电火花）打点计时器打出一条纸带，通过处理纸带来研究自由落体运动的规律.这也是学生刚刚学会的方法.

提问：如何确定重物的运动性质呢？

学生回答：比较Δs（相同时间内相邻间隔位移差）是否为一定值.

提问：如何更直观看出呢？

引导学生将纸带取相同时间（如取5个计时间隔，即 0.1 s）剪断，竖贴在坐标纸（事先制作，尺度要大）上，应用实物投影，结果明显看出：开头几个相同时间间隔内的位移之比是为1∶3∶5∶7，进一步证明了：自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动.

提问：如何求出自由落体运动的加速度呢？

仍应用实物投影，用刻度尺量出Δs的长度，根据公式Δs=aT2，算出重力加速度的值.

本节课采用设计实验，创设情境，提出问题，问题小而具体、新颖且有趣，体现了物理学科的特点，将问题寓于学生实际掌握的知识之中，造成悬念，激发学习兴趣，学生注意力集中，启发性强，内容充实，所有结论都是通过现场实验得出，没有强加给学生，而且所有的实验取材都很简单（若无实物投影仪，把自制尺画在黑板上，可以收到同样的效果），可见度大，收到了良好的教学效果.