周紅娜

【摘要】“活動(dòng)與體驗(yàn)”是深度學(xué)習(xí)的特征之一，通過三個(gè)案例的分析，探討體驗(yàn)式習(xí)題教學(xué)策略，讓學(xué)生在活動(dòng)與體驗(yàn)中嘗試解決問題，以培養(yǎng)學(xué)生的建模能力，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)能力的發(fā)展.

【關(guān)鍵詞】高中物理；深度學(xué)習(xí)；習(xí)題教學(xué)

1 引言

高中生學(xué)習(xí)物理的困難之一是不能很好地用所學(xué)物理知識(shí)去解決問題，這種困難在“真實(shí)問題情境”的問題解決中會(huì)被進(jìn)一步放大，其根本原因在于學(xué)生不能理解問題情境，進(jìn)而無(wú)法依據(jù)條件建立物理模型.在中學(xué)階段，習(xí)題教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生問題解決能力的主要途徑，然而傳統(tǒng)高中物理習(xí)題教學(xué)以教師的講授為主，學(xué)生在接受知識(shí)的過程中很少主動(dòng)參與，這種教學(xué)模式對(duì)學(xué)生建模能力的培養(yǎng)不夠充分.2014年9月，教育部基礎(chǔ)教育課程教材發(fā)展中心正式實(shí)施“深度學(xué)習(xí)”教學(xué)改進(jìn)項(xiàng)目研究工作，“深度學(xué)習(xí)”的特征之一是“活動(dòng)與體驗(yàn)”.本文將通過三個(gè)案例探討讓學(xué)生在活動(dòng)與體驗(yàn)中嘗試解決問題，以培養(yǎng)學(xué)生建模能力，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)能力的發(fā)展.

2 設(shè)計(jì)演示實(shí)驗(yàn)將問題情境真實(shí)再現(xiàn)

例1 如圖1所示，將一根不可伸長(zhǎng)、柔軟的輕繩兩端分別系于A，B兩點(diǎn)上，一物體用動(dòng)滑輪懸掛在繩子上，達(dá)到平衡時(shí)，兩段繩子間的夾角為θ1，繩子張力為F1；將繩子一端由B點(diǎn)移動(dòng)至C點(diǎn)，待整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí)，兩段繩子間的夾角為θ2，繩子張力為F2；再將繩子一端由C點(diǎn)移至D點(diǎn)，待整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí)，兩段繩子間的夾角為θ3，繩子的張力為F3，不計(jì)摩擦，則（ ?）

（A） θ1=θ2=θ3. ?（B）θ1＜θ2＜θ3.

（C）F1＞F2＞F3.（D）F1=F2＜F3.

分析 本題解題思路是先由繩子端點(diǎn)的移動(dòng)判斷兩段繩之間角度的變化，再進(jìn)一步由平衡條件分析力的變化.學(xué)生很容易理解當(dāng)繩子一端由C點(diǎn)移至D點(diǎn)時(shí)，兩段繩子間的夾角增大；但很難接受當(dāng)繩子一端由B點(diǎn)移至C點(diǎn)時(shí)，兩段繩子間的夾角不變可以從數(shù)學(xué)的角度證明這一結(jié)論，其根本原因在于學(xué)生對(duì)這一情境缺乏必要的感性認(rèn)識(shí).

解決方案 為了解決這一問題，筆者設(shè)計(jì)了下面實(shí)驗(yàn)對(duì)案例1中的情境進(jìn)行再現(xiàn).如圖2所示，將方木板用鐵架臺(tái)固定在豎直平面內(nèi)，細(xì)繩一端系在木板的右上角，掛有重錘的動(dòng)滑輪穿過細(xì)繩，用手拿住繩的另一端沿著木板的豎直邊上下移動(dòng)，讓學(xué)生觀察滑輪的移動(dòng)情況，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是滑輪會(huì)沿著右段繩所在的方向移動(dòng)，但兩段繩子間的夾角不變，為了易于觀察，可提前在木板上沿著右段繩子的方向畫一條直線.該裝置還可以演示下面變式中問題的情境.

變式 如圖3所示，若將繩子的P端沿著天花板往右緩慢移動(dòng)，則兩段繩子之間，盡管的夾角如何變化？（不考慮滑輪的摩擦力）

分析 緩慢移動(dòng)繩子的P端，可認(rèn)為整個(gè)過程系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，故繩中拉力始終不變，由平衡條件及力的矢量疊加原理可知兩段繩之間的夾角是不變的，學(xué)生對(duì)這一結(jié)論也很難理解.

解決方案 按圖3安裝好實(shí)驗(yàn)器材，如圖4所示，緩慢移動(dòng)繩子的P端，可以觀察到M2緩慢上升，但兩段繩子之間的夾角不變.

通過上面的演示實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生直觀地觀察到問題的真實(shí)情境，將抽象問題可視化，學(xué)生會(huì)更容易理解和接受其原理，學(xué)生只有接受事實(shí)，才能徹底理解和解決問題.

3 設(shè)計(jì)學(xué)生體驗(yàn)突破情境難點(diǎn)

例2 如圖5，某幼兒園要在空地上做一個(gè)滑梯，根據(jù)空地的大小，滑梯的水平跨度確定為6m.設(shè)計(jì)時(shí)，滑梯和兒童褲料之間的動(dòng)摩擦因數(shù)取0.4，為使兒童在滑梯游戲時(shí)能從滑梯上滑下，滑梯至少要多高？

分析 本題是人教版高中物理教材（2019版）中的一道例題，這是一道真實(shí)情境問題，學(xué)生的困難在于難以理解“為使兒童在滑梯游戲時(shí)能從滑梯上滑下”與“滑梯至少要多高”之間的內(nèi)在聯(lián)系，從而無(wú)法建立模型解決問題.

解決方案 筆者在引導(dǎo)學(xué)生解決這一問題時(shí)，設(shè)計(jì)了以下體驗(yàn)活動(dòng).

活動(dòng)一 如圖6所示，讓學(xué)生用手推水平桌面上的書本，不斷增大推力，直至?xí)颈煌苿?dòng)，讓學(xué)生總結(jié)書本被推動(dòng)需要滿足的條件.

活動(dòng)二 如圖7所示，將橡皮擦放在書本上，緩慢抬高書本一端，觀察橡皮擦何時(shí)滑動(dòng)，思考橡皮擦相對(duì)書本滑動(dòng)的條件.

通過活動(dòng)一讓學(xué)生總結(jié)出書本滑動(dòng)的條件是當(dāng)靜摩擦增大到最大靜摩擦力時(shí)，通過活動(dòng)二讓學(xué)生感受到當(dāng)書本一端不斷被抬高時(shí)，斜面傾角增大，重力沿斜面的分力增大（相當(dāng)于活動(dòng)一中增加手對(duì)書本的推力），靜摩擦力隨之增大，同樣當(dāng)靜摩擦增大到最大靜摩擦力時(shí)橡皮擦開始滑動(dòng).然后將學(xué)生的體驗(yàn)直接遷移到例2中的情境中去，學(xué)生很容易就能突破該問題的難點(diǎn).

4 仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)M問題情境

例3 臺(tái)球是大家比較喜愛的一項(xiàng)運(yùn)動(dòng).在光滑水平面上，小明利用一個(gè)白球A以初速度v0去撞擊2020個(gè)一字排開的花球來模擬，如圖8所示，已知球與球之間的碰撞為彈性正碰，白球質(zhì)量是花球質(zhì)量的2倍，則編號(hào)為1的花球的最終速度為多少。

（A）43v0. （B）23v0.

（C）13v0. （D）v0.

分析 本案例中的情境為多球碰撞問題，因花球緊挨在一起，當(dāng)白球撞過來時(shí)，花球間如何碰撞是本題難點(diǎn)，學(xué)生的看法主要有兩種：看法一認(rèn)為可以把所有的花球看成一個(gè)整體進(jìn)行分析，由碰撞規(guī)律可知，白球與花球碰撞后會(huì)反彈回去，花球作為一個(gè)整體運(yùn)動(dòng)起來；看法二認(rèn)為白球先與2020號(hào)球碰撞，2020號(hào)球再與2019號(hào)球碰撞，以此類推.持有看法一和看法二的同學(xué)都有各自的困惑，持有看法一的同學(xué)不能確定緊挨在一起的花球是否可以看成緊密結(jié)合的一個(gè)整體，持有看法二的同學(xué)進(jìn)一步分析可知，2020號(hào)球與2019號(hào)球碰撞后速度再次為零，而此前白球與2020號(hào)球碰撞后的速度為13v0，還會(huì)與2020號(hào)球發(fā)生第二次碰撞，緊接著2020號(hào)球與2019號(hào)球碰撞后速度又一次為零，此時(shí)還有剩余速度的白球會(huì)與2020號(hào)球發(fā)生第三次碰撞，如此循環(huán)下去，很顯然這與實(shí)際情況不符.

解決方案 由于該問題情境是理想化情境，無(wú)法用真實(shí)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究，所以筆者利用“物理仿真實(shí)驗(yàn)室”計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行三次不同的情境模擬.

模擬1 將花球緊密接觸在一起，讓白球去撞擊花球，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為花球作為一個(gè)整體運(yùn)動(dòng)起來，白球反彈回去，如圖9所示.

模擬2 使花球間有非常小的間隙，讓白球去撞擊花球，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為花球同時(shí)散開，最右邊的花球速度最大，最左邊的花球速度幾乎為零，白球速度為零，如圖10所示.

圖10

模擬3 將花球間有較明顯的間隙，讓白球去撞擊花球，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與持有看法二的同學(xué)分析的結(jié)果一樣，花球與白球多次碰撞，直至速度為零，而每當(dāng)花球與白球碰撞一次，白球就將速度依次傳遞給最右邊的小球（質(zhì)量相等小球彈性碰撞的結(jié)論）.

模擬3實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明模擬2中之所以沒有看到花球與白球多次碰撞是因?yàn)榘浊蜷g間隙太小，多次碰撞時(shí)間極短，因而表現(xiàn)出來的便是模擬2中一次碰撞全部散開的實(shí)驗(yàn)結(jié)果.

通過以上模擬實(shí)驗(yàn)可知，看法一和看法二均正確，問題的關(guān)鍵在于2020個(gè)一字排開的花球之間到底有無(wú)間隙.從題目的語(yǔ)言描述及實(shí)際情況，筆者支持看法二.

5 結(jié)語(yǔ)

以上三個(gè)案例分別通過演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生體驗(yàn)、仿真實(shí)驗(yàn)的手段讓學(xué)生身臨其境地理解問題情境，以幫助學(xué)生破除物理情境與物理模型之間的壁壘，為問題的解決搭好腳手架，同時(shí)讓學(xué)生感受到物理離生活很近.總而言之，無(wú)論是從學(xué)生問題解決能力的培養(yǎng)上，還是從學(xué)科育人的價(jià)值上來看，體驗(yàn)式習(xí)題教學(xué)都是有效的路徑之一.

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