“無(wú)問(wèn)式”教學(xué)法初探

2022-05-10 07:21:20山西景小娟

教學(xué)考試(高考物理) 2022年2期

山西景小娟

發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維是新課程改革的核心素養(yǎng)目標(biāo)達(dá)成的重要途徑，而物理模型的建構(gòu)是發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維的有效方法，“無(wú)問(wèn)式”教學(xué)法對(duì)于建構(gòu)物理模型有著常規(guī)教學(xué)法無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。本文對(duì)“無(wú)問(wèn)式”教學(xué)法的引入意義、概念界定、教學(xué)模式及注意事項(xiàng)做了初步探討。

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》(以下簡(jiǎn)稱新課標(biāo))，根據(jù)物理學(xué)科本質(zhì)，凝練了物理學(xué)科核心素養(yǎng)。物理學(xué)科核心素養(yǎng)包括物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四個(gè)方面?？茖W(xué)思維主要包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素。

培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維是新課標(biāo)中明確提出的教學(xué)目標(biāo)之一，而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維最重要的方法就是建構(gòu)物理模型，通過(guò)建構(gòu)物理模型來(lái)解決生活、生產(chǎn)中的實(shí)際問(wèn)題。可見(jiàn)，模型建構(gòu)能力的提升對(duì)培養(yǎng)科學(xué)思維具有重要作用。

1.解答習(xí)題不是建構(gòu)物理模型

在高中物理教學(xué)中，物理習(xí)題課是學(xué)生體會(huì)和建構(gòu)物理模型的主戰(zhàn)場(chǎng)。很多教師認(rèn)為教會(huì)學(xué)生解答習(xí)題就是在建構(gòu)物理模型，只要把物理情境相同或相似的題目放在一起就是抽煉出了物理模型，這個(gè)是由于對(duì)物理模型的本質(zhì)缺乏深刻的理解而導(dǎo)致的錯(cuò)誤認(rèn)知。

物理學(xué)家錢(qián)學(xué)森說(shuō)過(guò)，模型就是通過(guò)我們對(duì)問(wèn)題的分解，利用我們考查來(lái)的機(jī)理，吸收一切主要因素，略去一切不主要因素所創(chuàng)造出來(lái)的一幅圖畫(huà)。因此，所謂建構(gòu)模型就是把研究對(duì)象的一些次要的、非本質(zhì)的因素全部舍去，從而能夠以簡(jiǎn)化和理想化的形式去再現(xiàn)原型的各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的功能和聯(lián)系。但關(guān)鍵是由誰(shuí)來(lái)完成這個(gè)去偽存真、去掉次要細(xì)節(jié)、保留主要因素的工作？這個(gè)工作應(yīng)該由學(xué)生來(lái)完成。而事實(shí)上，這部分工作往往由老師、專業(yè)教研人員、習(xí)題編寫(xiě)人員完成，學(xué)生的工作就只剩下解答習(xí)題了。

換句話說(shuō)，如果一個(gè)問(wèn)題的已知量、未知量、待求量均已給出，那么這個(gè)問(wèn)題就是習(xí)題；如果一個(gè)問(wèn)題由學(xué)生自己去設(shè)置問(wèn)題，設(shè)置已知量、未知量、待求量，并解出未知量，這個(gè)過(guò)程就是建構(gòu)模型。所以，學(xué)生做了大量的習(xí)題，教師講析了大量的習(xí)題，學(xué)生卻沒(méi)能有效地提升建模能力，遇到了新的物理情境時(shí)，仍不知從何入手。

2.高考物理題型的改革要求學(xué)生具有較高的建模能力

高考物理命題遵循“一核四層四翼”的命題理念，突出試題的基礎(chǔ)性、綜合性、應(yīng)用性和創(chuàng)新性，優(yōu)化了情境設(shè)計(jì)，重點(diǎn)考查歸納總結(jié)、科學(xué)推理等關(guān)鍵能力，尤其是把對(duì)物理建模能力的考查置于重要地位?？v觀這幾年的高考題，具有創(chuàng)新性的題目有很多，其不是單純追求物理過(guò)程新穎、設(shè)置刁鉆，而是在注重能力考查的基礎(chǔ)上創(chuàng)新物理情境、改變?cè)形锢砟Ｐ偷膯?wèn)題設(shè)置方式。對(duì)于這種情況學(xué)生感覺(jué)無(wú)從入手，從根本原因上看，學(xué)生的物理模型建構(gòu)能力存在很大不足。

圖1

(1)金屬棒下滑距離s1；

(2)磁場(chǎng)寬度x。

圖2

(1)金屬棒在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)所受安培力的大小；

(2)金屬棒的質(zhì)量以及金屬棒與導(dǎo)體框之間的動(dòng)摩擦因數(shù)；

(3)導(dǎo)體框勻速運(yùn)動(dòng)的距離。

從例1和例2可以看出，這兩道題屬于同一模型題。例1則是學(xué)生平時(shí)做練習(xí)遇到的最常見(jiàn)的基礎(chǔ)題型，大部分學(xué)生是能夠順利解出答案的，但該題型以例2的方式出現(xiàn)在高考題中，很多學(xué)生在高考考場(chǎng)上不但不能順利解出答案，甚至一看到題就不知所措了。其實(shí)這道高考?jí)狠S題只是置換了常見(jiàn)的已知量和未知量，加大了解方程式的數(shù)學(xué)運(yùn)算難度，整個(gè)物理模型的思維順序都沒(méi)有變，但學(xué)生就覺(jué)得不會(huì)了。這個(gè)現(xiàn)象反映出學(xué)生平時(shí)進(jìn)行的大量的習(xí)題訓(xùn)練效率較低，僅會(huì)解答了做過(guò)的習(xí)題，而并沒(méi)有建構(gòu)起物理模型。這種現(xiàn)象確實(shí)值得物理教師深思，我們的教學(xué)方法是否需要改進(jìn)？

【例3】(2019年全國(guó)卷Ⅰ第25題)豎直面內(nèi)一傾斜軌道與一足夠長(zhǎng)的水平軌道通過(guò)一小段光滑圓弧平滑連接，小物塊B靜止于水平軌道的最左端，如圖3(a)所示。t=0時(shí)刻，小物塊A在傾斜軌道上從靜止開(kāi)始下滑，一段時(shí)間后與B發(fā)生彈性碰撞(碰撞時(shí)間極短)；當(dāng)A返回到傾斜軌道上的P點(diǎn)(圖中未標(biāo)出)時(shí)，速度減為0，此時(shí)對(duì)其施加一外力，使其在傾斜軌道上保持靜止。物塊A運(yùn)動(dòng)的v-t圖像如圖3(b)所示，圖中的v1和t1均為未知量。已知A的質(zhì)量為m，初始時(shí)A與B的高度差為H，重力加速度大小為g，不計(jì)空氣阻力。

(a)

(1)求物塊B的質(zhì)量；

(2)在圖3(b)所描述的整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，求物塊A克服摩擦力所做的功；

(3)已知兩物塊與軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)均相等，在物塊B停止運(yùn)動(dòng)后，改變物塊與軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)，然后將A從P點(diǎn)釋放，一段時(shí)間后A剛好能與B再次碰上。求改變前后動(dòng)摩擦因數(shù)的比值。

【例4】(2017年全國(guó)卷Ⅱ第25題)如圖4所示，兩水平面(虛線)之間的距離為H，其間的區(qū)域存在方向水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)。自該區(qū)域上方的A點(diǎn)將質(zhì)量為m、電荷量分別為q和-q(q>0)的帶電小球M、N先后以相同的初速度沿平行于電場(chǎng)的方向射出。小球在重力作用下進(jìn)入電場(chǎng)區(qū)域，并從該區(qū)域的下邊界離開(kāi)。已知N離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)的速度方向豎直向下；M在電場(chǎng)中做直線運(yùn)動(dòng)，剛離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)的動(dòng)能為N剛離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)的動(dòng)能的1.5倍。不計(jì)空氣阻力，重力加速度大小為g。求：

圖4

(1)M與N在電場(chǎng)中沿水平方向的位移之比；

(2)A點(diǎn)距電場(chǎng)上邊界的高度；

(3)該電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小。

例3和例4也是近年來(lái)高考題中得分率較低的“難題”。而這兩道題共同的難點(diǎn)就是它們提出問(wèn)題的方式，即求兩個(gè)相同物理量之間的比值，也就是說(shuō)，最后答案是一個(gè)數(shù)字，而不是物理量。很多物理量在解題過(guò)程中一定會(huì)用到，但計(jì)算到最后都用比值約掉了，這就需要學(xué)生去設(shè)出解題過(guò)程中所需要的過(guò)程物理量，而由于學(xué)生缺乏物理模型，更欠缺這種自己設(shè)物理量的能力，從而導(dǎo)致求解困難。

綜上所述，如果我們的物理習(xí)題課只是就題論題，不建構(gòu)物理模型，則換個(gè)未知量、增加一個(gè)條件、減掉一個(gè)條件或換一個(gè)出題方式，學(xué)生就又不會(huì)做了，那么這樣的習(xí)題課就是低效率的。教師是不是可以嘗試去掉具體的問(wèn)題，只給出物理情境，由學(xué)生自己抽煉模型，自己設(shè)置已知量和未知量，自己設(shè)置問(wèn)題，這樣是否有利于學(xué)生加深思考、構(gòu)建模型呢？

3.“無(wú)問(wèn)式”教學(xué)法的概念及理論依據(jù)

所謂“無(wú)問(wèn)式”教學(xué)，并不是真的沒(méi)有問(wèn)題，而是給學(xué)生提供物理情境，給予學(xué)生充分的思考時(shí)間，讓學(xué)生自己去提出問(wèn)題?？珊?jiǎn)單地理解為把以前習(xí)題中的問(wèn)題全部去除，或剔除一些針對(duì)特定答案給出的條件，保留物理情境，讓學(xué)生自己設(shè)置問(wèn)題，建構(gòu)物理模型。在教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生在充分了解物理情境的基礎(chǔ)上，通過(guò)自主研究或小組討論，或是借助于教材、練習(xí)冊(cè)、參考資料，自己提出問(wèn)題，討論問(wèn)題，進(jìn)而合理設(shè)置已知量、未知量、過(guò)程量，并試圖解決問(wèn)題，在研究和解決問(wèn)題過(guò)程中，完成了物理模型的建構(gòu)。

認(rèn)知心理學(xué)理論認(rèn)為，學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過(guò)程中是主動(dòng)接受外界信息，通過(guò)“同化”或“順應(yīng)”的方式，用自己原有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)對(duì)這些信息進(jìn)行選擇、組織、加工、處理，歸納總結(jié)出有用的知識(shí)加入自己的信息庫(kù)，這才能真正學(xué)到知識(shí)。教學(xué)的內(nèi)在動(dòng)力源泉是學(xué)生。正是在這種科學(xué)理論指導(dǎo)下，教師采用“無(wú)問(wèn)式”教學(xué)法，把學(xué)生看成能動(dòng)的、獨(dú)立的主體，要承認(rèn)學(xué)生的主體地位，喚醒其主體意識(shí)，創(chuàng)設(shè)環(huán)境促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，為學(xué)生提供充分自由表達(dá)、質(zhì)疑、探究、討論問(wèn)題的機(jī)會(huì)，讓學(xué)生通過(guò)個(gè)人的釋疑嘗試活動(dòng)，建構(gòu)自己的物理模型體系。

通過(guò)“無(wú)問(wèn)式”教學(xué)建構(gòu)物理模型，其精髓體現(xiàn)在研究和發(fā)現(xiàn)的過(guò)程中，如不親身經(jīng)歷這種探索過(guò)程，學(xué)生很難發(fā)現(xiàn)其中的關(guān)鍵思維。所以有的教師試圖通過(guò)自己歸納總結(jié)，把模型的各級(jí)各類問(wèn)題羅列出來(lái)，講授給學(xué)生，這就背離了“無(wú)問(wèn)式”教學(xué)法的目的，使學(xué)生脫離了研究過(guò)程，把物理模型的建構(gòu)過(guò)程變成了知識(shí)的記憶過(guò)程，這是得不償失的做法。

4.“無(wú)問(wèn)式”教學(xué)法模式

為了提高習(xí)題課的效率和教學(xué)效果，物理問(wèn)題和物理情境的選擇就非常重要了。要精心設(shè)計(jì)好的物理情境，需要能夠讓學(xué)生有豐富的想象空間，又能夠聯(lián)系較多的實(shí)際現(xiàn)象，還能夠設(shè)計(jì)多層次的物理問(wèn)題。

物理情境的來(lái)源可以是具有代表性的習(xí)題，去掉習(xí)題中的問(wèn)題，然后編制情境；也可以從現(xiàn)實(shí)生活中尋找、創(chuàng)設(shè)物理情境；或者從網(wǎng)上尋找典型的物理現(xiàn)象視頻，提供物理情境；由新聞獲知重大科技事件，創(chuàng)設(shè)為物理情境等。

【例5】2020年11月24日4時(shí)30分，我國(guó)“長(zhǎng)征五號(hào)遙五”運(yùn)載火箭在海南文昌航天發(fā)射場(chǎng)點(diǎn)火升空，成功將“嫦娥五號(hào)”月球探測(cè)器送入地月轉(zhuǎn)移軌道，12月17日凌晨，嫦娥五號(hào)返回器攜帶月球樣品，在內(nèi)蒙古四子王旗預(yù)定區(qū)域安全著陸。本次航天任務(wù)共有11個(gè)重大飛行階段，23次重大軌道控制，6次重大分離控制等復(fù)雜環(huán)節(jié)。在月球表面上升和對(duì)接階段，“嫦娥五號(hào)”從月球表面獲得了足夠的樣品，上升器就以著陸器為發(fā)射架，攜帶樣品從月球表面點(diǎn)火升空，然后加速到月球的第一宇宙速度進(jìn)入繞月軌道，與等待在月軌上的軌道返回組合體對(duì)接，之后將月球樣品轉(zhuǎn)移到返回器。返回器組合體經(jīng)歷了約6天的環(huán)月等待，實(shí)施了第一次月地轉(zhuǎn)移入射，從近圓形軌道變?yōu)榻曼c(diǎn)高度約200公里的橢圓軌道。

當(dāng)教師初次拋出這個(gè)情境時(shí)，學(xué)生會(huì)非常困惑，其思維的障礙在于其不知所求。學(xué)生由于受傳統(tǒng)習(xí)題的影響，已經(jīng)習(xí)慣了已知量、待求量都是明確給出的模式。而在這個(gè)原始的物理情境中，學(xué)生找不到明顯的物理量和數(shù)據(jù)，需要學(xué)生通過(guò)多方面的分析推理，選擇有用信息，挖掘相關(guān)物理量，自己設(shè)置問(wèn)題，建構(gòu)模型，選公式、列方程，最后通過(guò)數(shù)學(xué)運(yùn)算，才能得到答案。

問(wèn)題1：上升器點(diǎn)火升空過(guò)程中，上升器中的樣品處于超重狀態(tài)還是失重狀態(tài)？在繞月圓軌道上飛行過(guò)程中，樣品又處于超重狀態(tài)還是失重狀態(tài)？

問(wèn)題2：上升器加速到月球第一宇宙速度進(jìn)入繞月圓軌道，求月球的第一宇宙速度？

問(wèn)題3：上升器與等待在月軌上的軌道返回組合體對(duì)接時(shí)，需要滿足什么條件？必須首先處于同一軌道，然后加速追趕，對(duì)嗎？

問(wèn)題4：……

【例6】如圖5所示，物塊A、木板B的質(zhì)量均為m，不計(jì)A的大小。開(kāi)始時(shí)A、B均靜止?，F(xiàn)使A以某一水平初速度v0從B的最左端開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，已知A與B之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ1=0.3，B與地面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ2=0.1，g取10 m/s2。物塊A沒(méi)有從B上滑下來(lái)。

圖5

問(wèn)題1：若μ2=0，A、B做什么運(yùn)動(dòng)？A相對(duì)B做什么運(yùn)動(dòng)？

問(wèn)題2：若μ2=0，A剛好沒(méi)有從B上滑下來(lái)，則板長(zhǎng)L至少多長(zhǎng)？若L為已知量，初速度v0至少多大？

問(wèn)題3：A滑上B后，A、B做什么運(yùn)動(dòng)？A、B的加速度各是多少？

問(wèn)題4：……

5.“無(wú)問(wèn)式”教學(xué)法反思

(1)“無(wú)問(wèn)式”教學(xué)法要求學(xué)生必須提前做好預(yù)習(xí)。這種教學(xué)模式能夠充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，保證學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體地位，但是如果教師當(dāng)堂給出物理情境，要求學(xué)生即時(shí)討論、提出問(wèn)題、解決問(wèn)題，對(duì)學(xué)生的思維品質(zhì)、物理素養(yǎng)的要求較高，往往課堂效果不盡人意；也有可能是提出問(wèn)題的質(zhì)量不高，數(shù)量很少，或者是問(wèn)題的覆蓋面太窄，擴(kuò)展范圍太小，又或者是無(wú)效問(wèn)題，學(xué)生無(wú)法有效習(xí)得知識(shí)，打擊了學(xué)生的積極性。所以，教師可以提前一到兩天給出物理情境，給予學(xué)生充分的預(yù)習(xí)時(shí)間，使學(xué)生可以借助于教材、資料、網(wǎng)絡(luò)信息充分挖掘該情境下的可能情況，預(yù)先進(jìn)行思考，以減輕課堂的思維量，提高課堂的效率。

(2)教師課前要進(jìn)行充分的備課。除了提前給出物理情境，教師也要預(yù)設(shè)學(xué)生可能提出的問(wèn)題。在課堂上，對(duì)于學(xué)生不容易想到的問(wèn)題，教師要給出適當(dāng)?shù)奶崾?；?duì)學(xué)生考慮不完善的問(wèn)題，教師要做適當(dāng)?shù)难a(bǔ)充；對(duì)學(xué)生提出的超范圍問(wèn)題，教師要及時(shí)“剎車(chē)”。“無(wú)問(wèn)式”教學(xué)雖以學(xué)生為課堂的主體，但并不是教師完全放棄了課堂，反而是對(duì)教師的應(yīng)變能力要求更高。因?yàn)椴辉偈墙處煹囊谎蕴?，教師不可能提前把課堂所有的內(nèi)容都準(zhǔn)備好，課堂上更依賴于教師本身的知識(shí)底蘊(yùn)和專業(yè)素養(yǎng)，進(jìn)一步促進(jìn)了教師的專業(yè)發(fā)展。

(3)教師要?jiǎng)?chuàng)造輕松和諧的課堂氛圍，多鼓勵(lì)學(xué)生參加提問(wèn)和討論，增加參與討論的人數(shù)，也可以分小組集中研究，并對(duì)積極參與的學(xué)生給予肯定，對(duì)保守的學(xué)生要給予耐心。同時(shí)教師要堅(jiān)信隨著這種課堂模式的推廣和熟知，慢慢地所有的學(xué)生都會(huì)參與進(jìn)來(lái)。