以“问题解决”为导向的高端备课——以“ 整体法和隔离法的交叉应用” 为例

林曼虹

(汕头市金山中学，广东 汕头 515000)

1 “问题解决”概述

“问题解决”最先在20世纪80年代由美国教育界提出,是指一系列具有目标指向性的认知操作,其载体是“问题”,核心是解决问题的思想方法或思维模式．[1]

就课堂教学而言,“问题解决”是一种以问题为导向的课堂教学模式.这种教学模式要求教师在课堂教学中有目的地设计问题链或问题簇.这种问题链或问题簇通常应当符合教学逻辑与思维逻辑．在物理规律课教学中“问题—解决—新问题—再解决……”已经是现代课堂教学的一种基本特征,也符合学生认知的一般性规律,学生正是在这种螺旋式上升的过程中得以有效提升．

2 现行教材存在的问题

本文选取了物理人教版必修1第4章“牛顿运动定律”的拓展内容“整体法和隔离法的交叉应用”进行阐述,主要原因在于高中物理教材并没有对“整体法和隔离法”提出明确的定义,也并没有对该部分内容进行独立阐述．但纵观整个高一物理教学,整体法和隔离法的应用无疑是贯穿整个力学受力分析中的最典型、最普遍也是极其有效的一种科学方法．实际教学中,学生已经在静力学部分对整体和隔离法有了一定的认识,进入动力学阶段的学习,关键还是让学生掌握整体法和隔离法的交叉应用．

对该部分内容的处理,多数情况下教师会选取相关题型给学生进行训练,从中提取出对应的解决方法,但该类处理容易流于题目的堆积,而缺少对模型本身的解构和挖掘,学生也会因为题目的抽象表达而难以将其与已有知识进行关联,最终有可能变成死记硬背解题方法,而无法真正将其内化为自身的知识．

基于以上思考确定“整体法和隔离法的交叉应用”为本文的实际应用课例进行阐述,围绕“问题解决”的方法,在问题情境的选取和问题的设计上进行重点阐述．

3 牛顿运动定律应用专题——“整体法和隔离法的交叉应用”的高端备课

3.1 “生活情境”引入“问题情境”

建构主义认为学生并不能直接将知识贮存到自己的记忆中,而是通过经验与外界的作用来构建新知识,这种构建是需要介质的,即学习的情境．[2]教师需要设置教学情境还原知识背景,让学生置于还原后的真实情境中,从而激发学习兴趣,引发解决问题的动机,同时拉近知识与问题间的距离,进而促进问题的解决．

基于该理念,整节课的构课都围绕生活情境展开,例如在引入部分举了一个例子:“早年间,有个后生进京赶考,骑的是头年迈的驴子,行李放在自己身后的驴背上．这后生于心不忍,想帮老驴子分担掉行李的重量,便将行李背在自己肩膀上,再骑在驴背上”让学生体会生活中的整体隔离思想,同时结合叠罗汉这种民间技艺帮助学生进一步加深对整体思维的理解．

主课部分选取了生活中的两个经典场景“推桌子“和“公交车把手”分别提炼出两个问题情境对应两个经典物理模型,再通过“问题解决”的方式,由易到难搭建问题阶梯,多角度多层次帮助学生对两个模型逐步加深理解,并通过这两个典型模型提炼出整体法和隔离法综合应用的两类问题．

3.2 “递进式”问题簇设计

一个好的问题情境的展开应该依托合理有序的问题簇,从而促进学生认知结构的完善和发展.问题品质决定思维品质,而衡量问题品质优劣的主要标准是解决问题所需要的思维含量和思维层次,当然并不是说解决问题所需要的思维含量越多,思维层次越丰富就好,还得考虑学生的思维水平和能力水平,即要与学生的最近发展区[3]相适应,这就对问题提出的时机有一定要求,反映教师的教学经验和教育智慧．

问题的类型有很多,考虑到本节课例的特点,主要选取了隐性问题和变通性问题,以下是具体课例展示.

新课导入：引入生活中的推桌子(单个桌子)情境,创设物理情境．学生通过该部分回顾了受力分析基本方法,牛顿第二定律,起到复习的效果．

图1

新课教学片断1：引入学生在课室中推桌子(两个书桌并排放置)情境,提炼出本节课第一个问题情境,也是第一个经典的连接体模型,如图1所示.

例1.质量为2m的物块A和质量为m的物块B相互接触放在光滑水平面上,如图1所示,若对A施加水平向右推力F,则两物块沿水平方向做加速运动.

按照以下4个问题对模型进行解构,层层推进:

(1) 求物块A、B的加速度?

(2) 求物块B对A的作用力大小?

(3) 若A、B材料相同,与地面的动摩擦因数均为μ,求:物块B对A的作用力大小?

图2

(4) 若物块A、B放置在斜面上(如图2所示),物块和斜面的动摩擦因数均为μ,用沿斜面向上的恒力F推动物块向上一起做匀加速直线运动,求:物块A对B的作用力大小?

以上4个问题,虽然难度在增大,但都是从已知物体外力情况可求加速度推进到求物体内力,目的在于让学生体会整体法与隔离法的综合应用的两类问题中的第一类，如图3所示.

实际教学中有4个提高点:

(1) 模型中涉及两个研究对象,在选取研究对象上具有任意性,因此学生自我解题时会选择“A”或“B”,需要通过两种解法的对比使学生明白:相比A物块,B物块的受力更为简单,由于相互作用力“等大”的特点,实际操作选取“受力简单”的物体可达到简化解题,提高效率的目的.

(2) 通过第1点引导学生画出A、B两物块受力分析图,通过受力分析图的合并,得到了和整体分析一样的受力分析图,使学生明白之所以引入整体分析法,关键就在于内部相互作用力可互相抵消.

图4

(4) 水平推力大小一样的情况下,方向水平向左(如图4所示)或是水平向右,得到的A和B间的相互作用力的大小其实与物体的质量有关,从而引申出该类问题中“相互作用力大小按质量分配”的特点．

考虑到课堂时间有限,学生知识能力有限,建议第1、2点重点提出,第3点简单带过,第4点不提及,课下通过习题再进行第3、第4点的打磨加深．

新课教学片断2：由生活中学生熟悉的公交把手入手,公交启动或是匀加速行驶,可观察到把手偏离竖直方向一定角度,提取出以下问题情境.

图5

例2.如图5所示,光滑水平面上,给小车施加一个恒定水平推力,小车沿水平方向做匀变速直线运动,车厢中,悬挂小球的悬线偏离竖直方向37°角,球和车厢相对静止,球的质量为1 kg．(g=10 m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)

同样按照以下3个问题对模型进行解构,层层推进:

(1) 求车厢运动的加速度并

说明车厢运动情况?

(2) 求施加在小车上的水平推力?

图6

(3) 如图6所示,cb为固定在小车上的水平横杆,物块M穿在杆上,靠摩擦力保持相对杆静止,M又通过轻细线悬吊着一个小铁球m,此时小车正以大小为a的加速度向右做匀加速运动,而M、m均相对小车静止,细线与竖直方向的夹角为θ.求细绳中拉力和横杆对M的摩擦力?

以上3个问题,同样虽然难度在增大,但目的在于让学生体会整体法与隔离法的综合应用的两类问题中的第二类(如图7所示),并做总结归纳．

图7

实际教学中有一个提高点,通过第3小问的学习让学生明白多个连接体问题可采用部分整体法简化研究的问题．

教学片断3：作业部分,提出提高的模型,引入生活中的火车车厢问题,一辆加速直线行驶的火车,求车厢间拉力．创设物理情境,引入多物体连接问题．

图8

体质量相同．拉力

F

1

水平地加在

m

1

上,如图8所示,求物体系的加速度

a

和连接

m

2

、

m

3

轻绳的张力

T

．

3.3 启示

从实际的教学情况来看,本节课既是规律教学也是新课教学,学生能力有限也需要更多自主思考时间,而课堂教学时间是有限的,课堂容量不宜过大,这就制约了问题的数量以及问题展开的深度和广度．因此教师应该清楚且牢记教学核心为“整体隔离法的两类基本问题”,重在让学生初步体会使用该类方法解决问题,因此在问题簇的设计上应当由简到难递进,在问题的提出上时机也应当恰当,如文中强调的部分提高内容也许需要等到课下学生继续琢磨,有一定的思考量再深入提及效果会更好．总的来说,如能选取合适的问题情境,设计恰当的问题簇,学生普遍能够在这种螺旋式上升的学习过程中思维能力得到有效提升,也收获更多成就感和自信心．