基于“问题生成与解决”的习题课探究——一道能量相关试题的解答

陈英

（常州市北郊高级中学）

基于“问题生成与解决”的习题课探究
——一道能量相关试题的解答

陈英

（常州市北郊高级中学）

问题意识是创新精神、创新能力培养的基石。善于发现或提出问题是创新人才的主要标志。科学始于观察，思维源于问题，物理学习应是在教师引导下自主学习的过程，应注意物理问题的生成与解决，让学生积极参与、勤于思考，做到真正意义上的发现问题和解决问题。

笔者有幸参加常州市教育科学“十二五”规划课题“基于问题生成与解决的物理课堂教学研究”的相关工作。2008江苏高考模式走到今天，物理学科在高三的复习时间大为减少，但要求不低，复习内容不减，试卷题量不变，难度没有明显下降，这就需要提高复习备考的效率，而基于“问题生成与解决”的物理课堂教学研究，有助于高三复习课效率的提高。本文结合高三一轮复习中一道能量相关试题的解决，略谈一些对“问题生产与解决”的课堂认识和感受。

［2015东台］如图所示，装置的左边AB部分是长为L1=1m的水平面。一水平放置的轻质弹簧左端固定并处于原长状态；装置的中间BC部分是长为L2=2m的水平传送带，它与左右两边的台面等高，并能平滑对接，传送带始终以v=2m/s的速度顺时针转动；装置的右边是一个光滑的曲面，质量m=1kg的小滑块从其上距水平台面h=1m的D处由静止释放，滑块向左最远到达O点，OA间距x=0.1m，并且弹簧始终处在弹性限度内。已知物块与传送带及左边水平面之间的摩擦因数μ=0.25，取g=10m/s2。

（1）求弹簧获得的最大弹性势能？

（2）求滑块再次回到右边曲面部分所能到达的最大高度；

（3）若滑块质量m＇=2kg，求滑块到达O点的速度。

对此题第一问的解答过程具体如下：

教师：对滑块从D到O应用动能定理mgh-μmg（L1+L2-x）+w弹=0，解得w弹=-2.75J，故EP=2.75J。

教师：能否利用能量守恒的观点来解决此问？

学生1：可以，对滑块从D到O由能量守恒定律得EP=mgh-μmg（L1+L2-x），解得EP=2.75J。

教师：μmg（L1-x）是滑块从B到O过程中产生的热量，那么μmgL2是否为滑块在通过传送带时产生的热量？

学生2：是的。

教师：我们之前学习过Q=f·x相，很明显此过程相对位移不是L2，那是否应该重新计算此阶段产生的内能？是不是这个计算热量的公式错了呢？

学生3：集体疑惑，愁眉苦脸状！

教师：大家先把这个问题放一放，现在请大家求一下滑块通过传送带过程中驱动传送带的电动机额外消耗的电能。

（3分钟之后）

教师：我们请一位同学起来讲一下他的解决思路。

学生4：老师，我还没有思路，但我想问为什么电动机会额外消耗电能呢？

教师：因为电动机驱动传送带本身就要消耗电能，现在滑块冲上传送带，增加了阻力，所以需要额外消耗电能。

教师：在滑块通过传送带的过程中，除了额外消耗了电能，还有什么能量减少了？

学生4：滑块的动能。

教师：什么能量增加了？

学生4：摩擦生热，使得内能增加了。

教师：那是否可以应用能量守恒求解了呢，有思路了吗？

学生4：可以了。ΔE内=ΔE内+E电额。其中ΔE内=f·x相。

教师：完全正确，具体的计算就留到课后进行。

教师：由此我们可以看出，第一，Q=f·x相没有错；第二，学生1提出的对滑块从D到O由能量守恒定律得EP=mgh-μmg（L1+L2-x），结果是正确的，但表述不恰当，EP确实是增加的弹性势能，mgh为滑块减少的重力势能，μmg（L1-x）是B到O过程中产生的内能，但μmgL2不是滑块通过传送带过程中产生的总内能，只是物块减少的机械能，这样整个表达式就通顺了。而滑块通过传送带过程中产生的总内能确实应该是用Q=f·x相来进行求解，这个内能来自于物块减少的机械能和电动机额外消耗的电能，也同样符合能量守恒定律。

全体学生：点头，表情轻松。

基于以上课堂实录，笔者认为问题的生成与解决并不是简单的线性过程，两者往往是在学习过程中相互交织的，在解决问题的过程中生成问题，而问题生成又能促进原有问题的解决。而且课堂问题的生成不仅仅来源于学生，更可以在学生出现不完整、不成熟的疑问时，由教师主导进行问题的明确和提出。

其实问题的解决主要依靠学生的已有知识，如果学生能够把他们正在学习的内容和碰到的问题与已有的准确且相关的知识联系起来，他们将学得更多，记得更牢，能够解决更多的新问题。但是如何将原有知识联系起来，迁移过来加以应用，这并不是学生天生就会的。需要靠教师来激活，有研究者发现提问学生一些能够引发其回忆的细小问题，可以帮助他们利用已有知识去促进新信息的整合和保持。这些精细化提问可以显著提高学生的学习效果。正如在以上课堂实录中，学生4发问之后，教师的一连串精细化提问，激活了学生正确但不充分的已有知识，很好地帮助学生解决了问题。

在“问题生成与解决”的课堂教学中，教师针对产生的问题进行精细化的提问就显得尤为重要，这需要教师有充分的课前准备和扎实的教学功底。当然，如果在课堂上还差一步，没有能够及时精准地解决生成的问题，教师在课后进行研究，再加以解决也可以，但不能因为怕不能解决和时间紧张而不去生成和解决问题。

●编辑 李建军

常州市教育科学“十二五”规划课题“基于问题生成与解决的物理课堂教学研究”相关成果。