基于学生网课自学的物理问题解决教学策略探讨——以“功”的教学为例

葛腾霄 马宇澄

(1. 江苏省无锡市青山高级中学，江苏 无锡 214036；2. 江苏省无锡市教育科学研究院，江苏 无锡 214000)

1 引言

当学生回到线下课堂时，我们该如何评价学生网课学习的成效？认为学生已经完全领会显然不妥，因为学生的学习情况差异很大，并且线上教学的强度、深度、互动性等方面与线下教学不可比；直接从头开始讲也不可取，这样不仅会否定他们已有的努力、挫伤他们的积极性，还会造成教学进度迟缓。另一种可能的情形是满堂灌，密集重复知识点，但学生对这样的课堂既没有兴趣，也感到负担较重，教学效果不佳。针对学生自学过的内容，重新梳理是必要的，该选择怎样的课堂教学策略？我们不妨先来看看与网络教学密切相关的翻转课堂。

2 翻转课堂模式简介

翻转课堂模式一般是：让学生先自学(通常是使用网络)相关内容，完成第一次知识内化；教师将学生难以理解之处进行汇总(也可由学生当堂提出)，在课堂上以“小组协作、问题解决”为主要方式帮助学生进行二次内化，以达到优于传统模式的教学效果。就技术而言，网络是关键，预录视频和网络直播能够提供比传统纸媒丰富得多的信息，使得学生网上“先学”时不仅能学到知识，还可以进行知识内化，从而达到“学会”状态，以此为契机教师在课堂上才可能真正实现教学的深化。

网上“先学”是翻转课堂模式实现的基础，却同时会成为某些方面教学发展的障碍，设备不足、学生学习自觉性难以保证、录课教师负担过重等问题会让教学实践困难重重。如小学生大多缺乏自主学习能力，许多学者认为翻转课堂不宜在小学进行。但已经习惯了传统课堂的学生，到了中学还能“翻转”得起来吗？在中学课程渐趋紧张的今天，学生时间的分配、科目的统筹等都会成为实施翻转课堂的障碍。北京师大何克抗教授认为：翻转课堂的未来需要政府支持的学校教育系统结构性变革。这本是一条漫漫长路，疫情却给了我们一次实践的机会。

3 针对学生的网课自学，线下课堂要解决的主要问题

新冠肺炎疫情下的网络教学打破了翻转课堂“线上难保证，长久难统筹”的实践门槛，使得学生拥有了充足的时间，相对公平地体验了一轮网课自学。但这些网课毕竟不是为翻转课堂专门设计的，线下课堂教学当然也不能照搬翻转课堂的模式，我们首先要明确线下课堂要解决什么问题。

疫情期间的网课与翻转课堂的网课的特点对比如表1所示，从中我们可以看到疫情期间的“网络教学”与翻转课堂相比有其优势：如家长对学生出勤的监督比较到位。同时也存在劣势：知识点过于密集，实时反馈不足，且学生在长时间内都得不到线下课堂的二次内化。

基于上述情况，开学以后的线下课堂应主要解决以下4个问题：(1) 知识的遗忘；(2) 因网课缺少反馈机制，知识点又密集，学生对联系紧密的概念较容易混淆；(3) 疫情期间的网课没有线下二次深化的过程，因此帮助学生进一步内化和深化认知是重点；(4) 知识体系的完善。

表1

4 问题解决教学策略在线下教学中的运用

针对上述问题，笔者在线下教学中采用了问题解决教学。下面以“功”的教学为例，根据学生网课自学的情况，设计问题链，探讨问题解决教学策略的具体应用。

4.1 利用问题进行诊断性评价

为帮助学生巩固基本概念，在本节课的开头以问答的形式进行诊断性评价，将其作为后续教学的基础。

例1：关于功，下列正确的说法是( )。

A. 物体受到力的作用，且有位移，该力一定做了功

B. 在功的计算式中，F、s和cosθ均可取正值、负值或零

C. 合力的总功等于每个分力所做功的绝对值之和

D. 功不是描述物体状态的物理量

问题1：请用事实来判断A选项的对与错。

生：人提水桶在水平地面上匀速前进，拉力不做功；球沿水平地面滚动，重力不做功。由这两个事例可说明选项A是错误的。

问题2：你所说的两个事例有什么共同点？

生：物体的所受力与运动方向垂直。

问题3：如果一个物体受力做圆周运动，是否可能出现某个力不做功的情况？

生：(思考)用细线拴一小球，使它沿圆弧运动，拉力不做功。

师：请在黑板上画出示意图。

学生画示意图，细线对小球的拉力与小球运动方向垂直。

问题4：对于B选项，在功的计算式中引入cosθ有什么意义？

生：如果力与位移不在同一直线上，也可以计算功了。

问题5：余弦在这里出现的根本原因是什么？

生：把力分解成两部分，与位移共线的力做功，与位移垂直的力不做功。

师：余弦的使用是从力与位移这两个矢量中提出了方向问题，那力与位移在这个公式中只需要考虑大小，还可能是负的吗？

生：不可能。

问题6：功作为能量转化的量度，是标量还是矢量？

生：标量。

问题7：那么C选项的问题在哪里？

生：标量相加应该是代数和，不应取绝对值。

问题8：功不是状态量是什么量？

生：过程量。

问题解决思路分析：由于网课重点在“功”概念的建立与完善上，因此这部分可主要着眼于初高中“功”的概念的衔接。问题1-3从学生在初中就已非常熟悉的做功条件入手，引导学生回忆不做功的情景，使其对做功条件的理解拓展、延伸至功的一般概念。问题4-5从公式角度帮助学生回顾功定义式的推导思路，为后续物理课程中的类似处理(如安培力公式的推导)做铺垫，打牢科学方法基础。问题6-8是关于“功”本质的理解，理解功和能的关系是进一步学习“功”的要求，初中生只了解功与能有关，并且是基于具体事例。因此，从功能的普遍关系入手，能帮助学生发展能量观。

4.2 以问题促进学生对知识的内化、深化

例2：如图1所示，某兴趣小组设计了一个玩具轨道模型，将一质量为m的玩具汽车放在O点，用弹簧装置将其弹出，每次弹簧的压缩量均相同，使其沿着光滑的半圆形轨道OMA和ANB运动，BC段是一长为L1=10m的粗糙水平面，CD是倾角θ=37°的粗糙斜面,长度L2=6m,DE段是一长为L3=1m的粗糙水平面。圆弧OMA和ANB的半径分别为r=1m、R=4m。滑块与BC、CD、DE间的动摩擦因数均为μ=0.5，不考虑在C点的能量损失，g取10m/s2。

图1

(1) 若玩具汽车的质量为1 kg,要使玩具汽车恰好不脱离轨道，压缩弹簧应做多少功？

(2) 在满足第(1)问条件的情况下，玩具汽车最后停在什么位置？

问题1：题中“恰好不脱离”的物理含义是什么？

生：小车在最高点时能完成圆周运动，且轨道对小车无作用力。

问题2：这意味着小车经过A点时具有动能，如何获得动能？

生：利用弹簧。

问题3：弹性势能是如何转化为小车动能的？

生：通过弹簧弹力对小车做功。

问题4：弹簧弹力是恒力还是变力？

生：变力。

问题5：怎么求弹力的功？

生：用动能定理。

问题6：小车到达B处时是否具有动能？

生：有。

问题7：为什么小车最终会停下来？

生：摩擦力阻碍了物体运动。

问题8：小车是否一定停在BC上？

生：不一定，也可能冲上CD，甚至在DE上运动。

问题9：一旦小车冲上CD，除了摩擦力做功，还有别的力做功吗？

生：还有重力做负功。

问题解决思路分析：有力做功必然涉及能量转化，因此这一部分问题链应着眼于：在具体情景中帮助学生将做功与能量转化联系起来，形成能量观念。在网课上已经把本章脉络进行了介绍，学生欠缺的是对变力做功问题的解决能力和熟练程度，因此变力做功问题可以作为知识深化的突破口。弹簧兼具变力与变力做功的特点，是解决这一问题比较合适的模型。问题1-5从圆周运动的基本结论出发，逐步向能量转化、弹簧变力做功靠拢，最终将前后的知识总结为能量观的一部分。除了本例之外，在教学实践中我们还可以设置多个情景，帮助学生学会变力做功计算的多种方法(如图像法等)。问题6-9突出了“功”在具体情境中对物体运动、能量变化的影响，提高了学生对动态过程的分析能力。

4.3 以问题促理解，完善知识体系

在具体情境中，每一种力都有与之对应的功和能，学生不断学习新的力就会不断遇见新的功和能，因此“功”是贯穿“能”与“能”变化的概念，如“势能”均与保守力做功有关。学生能够快速识别具有共性的功，并能够将相应认知迁移到新的对象上，标志着能量观体系化的形成。因此，对“功”概念的体系化应不局限于本节课，可在后续的教学中不断推进。如“静电场”中电场力做功就与保守力做的功及势能相联系。因变力做功不易理解，我们在电场力做功的新课教学中多用匀强电场进行说明。一旦离开匀强电场的条件，有的学生在心理上开始不踏实，遇到问题也不能灵活运用已知条件，这本质上还是对保守力做功“共性”的理解不够到位。因此在具体教学中，我们不妨每次在讨论完“新力”做功后，都从能量观入手，以提问的形式帮助学生将其与已经熟悉的功进行类比，完善知识体系。

5 结语

新冠肺炎疫情后的课堂教学需要帮助学生巩固知识、理清脉络、深化认知并完善知识体系。在教学策略上要以问题解决为主，注重问题链的连续性，运用问题进行有效评价，这是教学的基础；以问题促进学生对知识的内化、深化，这是教学的重点；以问题促进学生对学科体系的建构，这涉及物理课程的整体性目标。