Physics Jeopardy在物理习题教学中的应用

何佳娜 祖米热姆 陈丽晓 童瑜意 方伟

(上海师范大学数理学院 上海 200234)(上海师范大学数理学院 上海 200234；上海市星系和宇宙学半解析研究重点实验室 上海 200234)

1 介绍

1.1 Jeopardy 的起源

Jeopardy问世于1964年，本意是“冒险”的意思，是一款益智问答游戏节目，该节目的比赛以一种独特的问答形式进行问题设置，其涵盖面非常广泛，涉及到历史、文学、艺术、流行文化、科技、体育、地理、文字游戏等等各个领域．根据以答案形式提供各种线索，参赛者必须以问题的形式做出简短正确回答．与一般问答节目相反，参赛者需具备历史、文学、政治、科学和通俗文化等知识，还得会解析隐晦含义、反讽与谜语等，而电脑并不擅长进行这类复杂思考(Jeopardy本身有冒险之意，国内有将该节目翻译成《危险边缘》的)．

1.2 国外对课堂中使用Jeopardy的研究

国外对于“Jeopardy ”应用于课堂的例子比较多，比如Joan和Vinitia在2004年分析了在课堂中引用Jeopardy的四大作用[1]，具体为

(1)可以激励学生更为积极地参与到课堂中，使他们承担学习的责任；

(2)在课堂上可以发挥学生之间的团队合作能力；

(3)可以加强学生对先前所学概念的理解；

(4)给教师和学生提供了一个大家都喜欢的不一样的学习氛围.

Eric Loop 在“How to play Jeopardy in the Classroom”中具体谈到了怎样将Jeopardy 的游戏形式应用于课堂[2]．

而将Jeopardy 与物理学科相结合的工作则是Alan Van Heuvelen和David P.Maloney在1997年发表的“Playing Physics Jeopardy”一文中完成的．该文中并没有采用Jeopardy的比赛形式，而是采用了Jeopardy游戏中的“从答案到问题”的独特思维模式，并将其命名为“Physics Jeopardy．在该文中一共介绍了“从等式答案到创设问题”及“从图画、图表的答案到创设问题”两种类型的具体实例[3]．

而在Lili Cui，Sanjay Rebello 和Andraw G.Bennett的文章中强调了“Physics Jeopardy”具有评估学生知识迁移能力的作用[4]．

国外对该游戏的研究表明它能够提高教学的趣味性、刺激性、时效性，寓教于乐，是富有成效的课堂教学方法．

1.3 国内对Jeopardy的研究

国内对该游戏的研究并不多见．2009年王彦琳简单介绍了在对外汉语教学中Jeopardy的应用[5]，但并没有在物理教学中运用Jeopardy 的文章．

2 如何把Jeopardy 应用于物理习题教学中

鉴于国内外对“Jeopardy”的研究，笔者尝试将“Jeopardy”中的游戏形式与《Playing Physics Jeopardy》中所提到的“从答案到问题”的思维模式同时引入物理课堂教学中，并对此做出相应的修改和补充，力争无论是从形式还是内容都能将 Jeopardy的精华运用于物理教学中．根据Jeopardy的特点，我们将其应用到习题教学中，改变传统习题教学中直接采用公式，进行数学计算，而不考虑物理量、公式的真正含义，以及一些单位的使用不规范等弊端，以便更好地让学生在物理游戏中，培养逆向思维能力、建模能力、团队合作能力，更能积极地参与到课堂中去，形成良好的师生互动氛围．我们结合前人工作，将“物理游戏”应用于习题教学的策略总结为3类形式.

2.1 3种教学策略

2.1.1 从文字到创设物理情境的教学策略

此策略采用的是教师提供描述性的文字提示，学生根据文字提示，逆向构建物理模型，创设包含文字所描述的问题情境．

2.1.2 从等式到创设物理情境的教学策略

此策略采用的是教师提供习题的答案等式，学生根据提供的等式中的物理量和单位，构建物理模型，创设包含等式的物理情境，并用文字表述．

2.1.3 从分析图表到创设物理情境的教学策略

此策略采用的是教师提供分析图，学生根据分析图中力的方向、符号、构建相应的物理模型，创设包含分析图的物理情境，并用文字表述．

2.2 设计规则

为了使物理游戏达到预期的效果，学生应了解游戏的规则和游戏的流程．游戏规则不仅要激发学生的参与热情，还要有利于驾驭游戏和控制课堂，笔者根据国内外对“Jeopardy”的研究，设计了如下游戏规则.

(1)关于分组.对于35人左右的班级，笔者建议分成7组左右，每组5人，可以按照学号顺序为单位进行随机分组，也可以按照学习成绩的高低进行搭配，但分组时要注意避免让学生意识到成绩优劣的搭配；

(2)关于答题流程.为了公平起见，游戏过程采用分组轮流回答；第一轮由抽签决定答题顺序，比如：第一轮是从第一组轮到第四组，那么第二轮就从第四组轮到第一组，第三轮的话可以从比分相对落后的那一组开始；

(3)关于分数统计.答对加相应的分数，答错扣相应的分数，若一组回答错误，允许下一组进行回答，得相应分数；若一组回答不完整，允许下一组进行补充回答，各得一半分数；三轮累加分数多的一组获得最终胜利并获得相应的奖励；

(4)关于回答方式.所有回答均以问题形式呈现．

2.3 设计题目

笔者认为一次比赛设计10～15个题目为宜，题目应当有一定的层次性、趣味性、挑战性．所选的题目应该来源于学生的易错点、知识的重难点，有利于学生能够运用逆向思维建模的典型题目．基于3种从答案到问题的教学策略，可以把游戏类别分为“文字类”、“等式类”、“图表类”3个类别，如图1所示.当然游戏类别可以根据实际情况更改，比如期末复习时，可以按章为类别；章节复习时，可以以每小节为类别设置，每个类别下都设置了4～5个题目，如果是第一次使用物理游戏的话，也应该设置相应的范例，并且每个题目的分值不同．

图1 “物理竞答游戏”分值版

2.4 物理竞答游戏应用于习题教学的课程设计

2.4.1从文字答案到创设问题情境

师：现在轮到第三组选题，同学们想不想挑战下自己？

于是第三组的同学选了20分的题，题目呈现如图2所示.

第三组的同学开始讨论．

三组同学甲：“本来这题很容易啊，就是谁提供向心力的问题，可是要创设具体情境，这得好好想想，什么情况下摩擦力提供向心力呢？”

这时老师也要鼓励其他组要抓住机会，因为这题可能会有多种情况．

三组同学乙：汽车拐弯的时候就是摩擦力提供向心力的．”于是，乙同学站起来回答：“汽车拐弯的时候，谁来提供向心力？”

老师对乙同学的回答很满意，她讲到：“乙同学已经能把简单的文字转换成生活中物理的模型了，那请其他同学想想还有没有其他可能了呢？”

四组丙同学：“物块在转盘上无滑动旋转时，也是静摩擦力提供向心力，转换成问题模式，就是，物块在转盘上旋转时，谁来提供向心力？”老师对丙同学自告奋勇的回答点赞，说道这又是一种由静摩擦力提供向心力的模型．那还有没有其他模型了呢?

第一组同学丁：“老师，火车转弯算不算 ”

老师一听到这个答案，就想到同学们可能对汽车与火车的拐弯的，谁来提供向心力这一点还不是很熟悉．于是在黑板上画了火车转弯的示意图．

师：“同学们分析一下火车受到哪些力？”

同学们：“重力、支持力”

师：“所以火车转弯是火车自身的重力和铁轨给火车的支持力的合力来提供向心力，所以火车转弯不是静摩擦力提供向心力．”

老师给第三组加了20分，给第四组加了10分，并写下板书．

2.4.2 从等式答案到创设问题情境

师：“刚才我们已经尝试了从文字答案逆向推测文字问题，那么接下来，让我们迎接下一个挑战，从等式答案逆向推测出问题，请第四组选题．”

第四组的同学选的是10分的题，老师打开10分的题，如图3所示.

图3 等式类10分题

四组同学丙：“首先根据等式所给的单位和符号去推断等式的含义．N1代表的是弹力，1.2×103kg根据单位判断是质量，9.8 m/s2表示的是重力加速度，20 m/s代表的是速度．”

他们讨论得到：等式左边分别代表的是物体所受的向心力由物体受到的弹力与重力的合力提供，等式的右边是物体受到的向心力的表达式，弹力的方向与重力方向相反，竖直向上．

四组同学戊在纸上画了受力分析图，构建了小车在通过凹面桥时的模型．

图4 戊同学受力分析图

四组同学己：“质量为1.2×103kg的车，以20 m/s的速度驶过半径为90 m的一段圆弧形凹桥面的最低点时，此时对桥面的压力是多大？重力加速度取9.8 m/s2．”

师总结：“第四组的答题思路值得大家学习，他们很巧妙地分析了等式的左右两边的含义，也重视了单位的意义，在这基础上构建出了物理模型，然后再根据生活经验创设出了问题情境，这次他们组出的题很棒．”老师给第四组加了相应的分数．并写下板书.

2.4.3 从分析图表到创设问题情境

师：我们的比赛还剩下最后一轮，请同学们要抓住最后的机会．我们进入下一轮挑战．”

第一组选的题是25分的题，老师打开25分的题，PPT如图5所示.

图5 图表类25分题

这个类型与前面两题的类型有些不一样，老师可以提醒学生注意所给图表上的符号．

经过一系列讨论，同学甲回答：“如图甲所示，一轻杆一端固定在O点，另一端固定一小球，在竖直平面内做半径为R的圆周运动．小球运动到最高点时，杆与小球间弹力大小为N，小球到最高点的速度大小为v，N-v2图像如图乙所示,当地的加速度是多少？”

师：“第一组的回答得很棒，你们愿意跟大家分享一下你们的思考过程么？”同学甲：因为图甲并没有说明是绳拉着球，还是球固定在杆上，只能从图乙中寻找线索，根据我们组的同学乙分析，图乙中，横坐标和纵坐标分别是v2和N,根据圆周运动应该分别代表的是向心速度的平方和弹力，而当v2=0的时候，有N=a，根据绳球模型和球杆模型的临界条件，说明是球杆模型，这样图甲基本已经确定 ，接下来我们组开始分析图乙的图像代表什么，根据前面分析确定了a点球为在最高点时所受的弹力 ，根据b点，当N=0的时候，v2=b，也就是这时候只有重力提供向心力，这种情况也只能出现在最高点，根据以上分析，也就能求出当地的重力加速度了，所以我们创设了上述问题．

师：“第一组的同学分析地很到位．提出的问题也很棒．但是这样的提问是唯一的么？”

第二组的同学丁：“根据第一组的分析，其实还可以这样提问，该小球的质量是多少？”

师：“丁同学的提问很有水平，不过好像大部分同学有些疑惑，小球的质量真的能求么？”

二组丁同学：“大家把刚才两个条件分析的式子在纸上写出来就知道了．”

师：“第一组的同学分析给其他同学提供了提问的灵感，也还可以这样提问v2=c时，杆对球的弹力的方向等等，小小的图像可以提出很多问题，重点是要分析对图像的含义，建立正确的模型，很多困难就迎刃而解了．”

老师给第一组和第二组的同学分别加上了25分和12.5分．

3 总结

在物理专题复习、习题教学中采用“物理竞答游戏”的形式，巧妙地将习题中学生的易错点、知识的重难点、典型题目与游戏结合．恰当地采用3种教学策略，寓教于乐，在学生做题的过程中，教师引导学生从逆向思维解答习题，开阔了解题思路，加深了对物理概念的理解，培养了学生分析问题和解决问题时逆向思维能力，使学生在后续的做题中更加注重公式的意义，单位的书写，题目中条件的使用等，在这个过程中也有利于培养学生的建模思想，而建模思想对促进学生理解科学知识、科学方法以及科学本质具有深刻意义，也是新课标下核心素养所呼吁的．此外在课堂中引入Jeopardy教学还有利于进行互动式教学，提高学生的团队合作能力，增加习题课的趣味性，提高教学效果．

同时我们在采用这种形式进行习题教学时，教师首先要对所选的题目进行筛选，并不是所有题目简单地把答案和问题互换以后就能成为“物理游戏”的题目，教师在编辑题目的时候，也要考虑到一题多解的情况，教师一开始采用“物理游戏”时，题目不能过于复杂，要让学生真正参与到游戏中去．其次，“物理游戏”不能太形式化，过于形式化会导致学生忽视知识本身．再次，“物理游戏”过程中，不管学生回答地对错与否，教师都一定要给与及时的反馈．