基于问题创设的物理概念高效课堂教学——以“位移”为例

四川 邓贤彬

课堂教学始于问题的提出，终于问题的解决。物理概念是整个物理课堂学习中最基础、最重要的学习内容之一。课堂教学中，教师如果能不断创设问题，坚持以问题为驱动、精心设计问题情境，就可以在帮助学生解决问题的过程中高效地达成物理概念的生成，极大地提升课堂教学的效益。

1.问题背景

1.1 提出问题是教与学的纽带

课堂教学是学生获取书本知识最主要的途径之一。同时，课堂提问也是教师与学生交流和互动的主要方式。教师在课堂教学时，总会从大量的物理现象中归纳、分析和提炼典型问题，然后通过对问题的深入分析与讲解，让学生在头脑中迅速形成和建立物理概念，再进一步掌握物理知识。与此同时，学生通过对问题的思考和解答，暴露出存在的问题和缺陷，师生合作，共同在解决问题的过程中形成物理概念，掌握物理量之间的规律，最后在应用所学知识解决实际问题的过程中培养学生学以致用、解决实际问题的能力。

1.2 解决问题是教学的最终目的

现今课堂教学的主要模式如图1所示。由图示可见，无论什么样的课堂教学，总是始于问题的提出，终于问题的解决。课堂中，教师总是不断地提出问题，再不断地帮助学生解决问题，学生在解决问题中学习并掌握物理知识，最后再应用知识解决实际问题，因此发现问题、解决问题是课堂教学的最终目的。但课堂问题的设置，不是简单地问个为什么，而应该是有目的、有计划、有层次地进行针对性创设。教师根据教学的目标和要求，科学、合理、系统且有针对性地设计课堂问题，让每节课的教学目标明确、逻辑清楚、条理清晰，学生始终处于对问题的持续思维活动中，在有效掌握知识的同时不断地提升理解能力和思维能力，这样的课堂才是高效课堂。由此可见，高效的问题在高效课堂中起着举足轻重的作用。

图1

1.3 高效问题是高效课堂的重要标志

既然问题的创设在教学活动过程中有着极其重要的地位和作用，那么高效问题则决定着课堂教学的高效性。高效的问题应该具有如下特点：一是问题要具有目的性。问题的创设一定是围绕教学内容和教学目的展开，具有代表性和典型性；二是具有明确的指向性。教师设计的问题一定要紧扣教学目标且有明确的指向性，不能漫无目的，内容空洞，让学生无所适从；三是所设计的问题一定是有效问题，具有有效性。问题要能有效地激发学生兴趣，引导学生思考，培养良好的思考习惯；四是问题应有逻辑性和层次性，教师在设置问题情境时要通盘考虑，注意前后关联、问题层层递进呈螺旋式上升，这样才有助于学生逻辑思维能力的培养；五是问题陈述一定要清楚，问题表达力求简洁、准确，具有规范性。

2.物理概念的重要地位和作用

2.1 物理概念是物理学最重要的组成部分之一

物理学是建立在严密的物理概念基础上，可以说没有物理概念也就没有具有逻辑性和体系性的物理学。笔者认为之所以现代物理学诞生于西方文化体系，最重要的原因就是古代西方思想家所主张的教育思想中对概念的重视。比如古希腊著名的哲学家、教育家苏格拉底创设的“苏格拉底法”，即对事物的认知需经历讥讽、助产、归纳和定义四个部分组成，其所谓的方法就是学生学习时概念形成必须经历的过程。

2.2 物理概念形成与建立的过程有助于开发学生理解能力，培养学生分析和解决问题的能力

形成、理解和掌握物理概念是一个十分复杂的认知过程，在这一过程中，既要在物理环境中通过观察、实验获取必要的感性知识，或者用实验对结论进行检验，同时又要运用一定的物理学方法，认识和理解新事物，最后还要借助数学知识和数学方法来表达概念。学生头脑里形成初步概念以后，还要从和其他概念的比较与分析中、从新旧概念之间的联系中、从有关的物理规律中、从反复应用概念去解释现象或解答问题中，不断加深对概念的认识和理解。

2.3 课堂教学中一定要重视物理概念的生成

现实的情况是很多教师在教学活动中往往轻视物理概念的教学，认为讲解概念费时费力且效果不佳，不如让学生死记硬背，用节省的时间来多记几个公式、多算几道题，因而在讲授概念时“一念而过”，这就造成学生对概念的意义、定义、内涵含糊不清，理解不透彻，来龙去脉搞不清楚，学生对知识的理解浮于表面，难于深入分析，最终也掌握不牢物理知识，学不好物理。

3.例谈位移概念的课堂生成

下面笔者以“位移”为例，尝试以问题驱动为手段、通过问题持续创设不断激发学生思考，帮助学生在解决问题中达成物理概念的形成、理解和掌握。

位移是学生进入高中物理学习时遇到的一个重要的物理量，它是物理从标量计算走向矢量运算的知识过渡，其概念的形成、定义、数学表达以及计算会直接影响学生对矢量的理解，甚至会影响学生对整个高中物理知识的学习。针对位移在高中物理中的重要性，笔者认为教学设计需要着重解决以下几个问题：

(1)为什么要引入位移这一概念(即引入位移的意义和概念的必要性问题)；

(2)如何严格定义位移(即位移概念的定义和可行性问题)；

(3)如何表示和计算位移(即位移的数学表达和计算可能性问题)；

(4)如何利用已形成的位移概念求解实际问题(即位移的实用性问题)。

3.1 对位移(位置改变)的感性认识

针对引入位移概念的必要性问题，笔者设计了两个小问题以期达到两个目的：一是定性认识描述位置变化的重要性；二是定性认识路程描述位置变化的不准确性，通过对比从而建立起对位移概念的感性认识。

问题一：小明从家到学校有①②③三条路径，根据图2回答以下问题。

图2

(1)小明从家到学校，有( )条路径可以选择；

(2)小明从家到学校，( )的改变相同，但( )不同。

教师引导学生思考并回答：(1)小明从“家”这个位置到“学校”这个位置，有(三条)路径可行；(2)小明从家到学校，(位置的改变相同)，但(路程)不同。

理解升华：用路程表示物体位置改变不准确，要准确描述位置改变需要引入别的物理量(此问题设计目的是让学生认识到不同的路径可以实现相同的位置变化以及路程表达位置改变的不准确性，通过制造认知矛盾，让学生焦虑并激发认真学习的紧迫感)。

3.2 对位移(位置改变)的定量理解

问题二：小明同学在学校操场中玩耍，他以操场中心为起始位置，运动的路程是10 m，请问小明现在什么位置上？

教师引导学生画出情境图(如图3)：

图3

(1)操场中心设为O点，以R=10 m作一个圆；

(2)帮助学生分析出小明的可能位置：小明可能在图中阴影部分的任意位置(包括圆周上)；

(3)结论：用路程表示物体位置变化不准确(定量的角度理解)，必须要用别的物理量来表示位置变化。这样解决了引入位移的必要性问题，同时也为定量描述位移作了数学铺垫。

针对位移是矢量的问题，即理解位移的方向性，笔者设计了问题三。

问题三：小明同学在学校操场中玩耍，他以操场中心点为起始位置，沿直线运动的路程是10 m，请问小明现在什么位置上？

教师引导学生画出情境图(如图4)：

图4

(1)操场中心设为O点，以R=10 m作一个圆；

(2)帮助学生分析出小明的可能位置：小明可能出现在圆周上的任意位置。

教师引导学生继续完成下面的小问题(要求形象、直观)：

如果小明沿直线运动到图中的A点，如何表述小明沿直线从O点运动到A点？

(3)结论：

①用线段表示物体的位置变化不准确；

②要准确表示物体位置改变不仅需要明确位置变化的大小，还必须引入方向的概念；

③图中三条有向线段即可准确的表达物体的位置变化(如图5中OA、OB、OC)。

图5

通过以上几个问题设计和问题解决，教师引导学生总结出以下位移的相关知识。

(1)物理意义：(准确)表示物体位置的变化。

(2)定义和方法：从初位置向末位置作有向线段，线段的长度表示位移的大小，箭头指向表示位移的方向。

(3)特点：位移是矢量(既有大小又有方向的量)。

通过这样的过程设计，学生对引入位移的必要性、位移的物理意义、如何定义位移和位移的方向等知识理解会非常深刻。

3.3 位移的表示和计算(同一直线上位移的表示和计算)

为解决位移的矢量表示和数学计算方法，设计了以下问题四。

问题四：小明沿直线从A位置运动到C位置，可以用什么数学方法表示小明的位移？

可以把这个问题再分解成三个小问题，以便降低学生理解的思维梯度。

(1)如何定量表示物体的位置A和位置C？

(2)如何表示物体从A运动到C的位移x？

(3)如何计算物体从A运动到C的位移x？

教师画出数轴，引导学生将数值与位置对应(如图6)：

图6

①物体在A位置：xA=+10 m=10 m

物体在C位置：xC=-10 m

②物体从A运动到C位置：

如图6加粗的黑色有向线段表示物体从A运动到C的位移x，直接读出其大小为20 m，方向A→C。

③x=xC-xA=(-10 m)-(+10 m)=-20 m，负号表示位移方向，即沿x轴负方向。

为拓展和巩固学生对位移的理解，特别设计了有关位移的课堂练习。

3.4 位移知识的应用

问题五：如图7所示，t=0时，某人从坐标原点O沿x轴正方向运动，第2 s末到达位置A，第8 s末到达位置B，然后他沿x轴负方向运动，第20 s末到达位置C。求：

图7

(1)此人在0～8 s内的位移x1和路程s1；

(2)此人在2～20 s内的位移x2和路程s2。

答案：(1)位移12 m，方向沿x轴正方向；路程12 m。

(2)位移24 m，方向沿x轴负方向；路程42 m。

4.结束语

教师在课堂教学中根据教学目的不断地创设高效问题，能让学生思维始终处于兴奋状态，在课堂上充分体验物理概念的生成过程，帮助学生在解决问题的过程中获取成就感，并最终培养学生应用知识解决实际问题的能力。这样的课堂一定受学生欢迎，这样的课堂才是高效课堂。