周 剛

(江陰市長涇中學(xué) 江蘇 無錫 214400)

王鶴新

(江陰市第一中學(xué) 江蘇 無錫 214400)

在當(dāng)前“生命課堂”理論與實踐的研究中，對探究性學(xué)習(xí)、自主性學(xué)習(xí)和合作性學(xué)習(xí)的關(guān)注，促使教師的角色從課堂教學(xué)的主導(dǎo)者變成引導(dǎo)者，同時在課堂教學(xué)這個有限的時空中要完成對一個物理知識的探究，教師的引導(dǎo)必不可少，教學(xué)問題依然是課堂教學(xué)的核心．因此，問題的設(shè)置成功與否是教學(xué)成敗的關(guān)鍵所在．那么如何有效地進(jìn)行問題設(shè)計呢？筆者結(jié)合“摩擦力”教學(xué)談一點個人想法．

1 問題設(shè)計應(yīng)體現(xiàn)針對性

針對性在這里有兩層含義：一是針對教材上每一章節(jié)的重、難點，在要害上落題，在疑難處發(fā)問；二是針對學(xué)生的實際進(jìn)行提問，特別是學(xué)生難以把握和理解的疑點來設(shè)計問題，做到有的放矢，以達(dá)到重點的突出和難點的突破．

圖1

解析：物塊A相對于圓柱體有兩個分運(yùn)動，一個是在水平方向上，其速度的大小v1=ωr=20×0.2=4 m/s，另一個是在豎直方向上，其速度大小v2=3 m/s．而物塊A所受圓柱體的滑動摩擦力Ff方向與它相對于圓柱體的運(yùn)動方向相反，物塊A相對于圓柱體的速度及物塊A在接觸處豎直切平面內(nèi)的受力情況如圖2所示，根據(jù)平衡條件

易得F=50 N

圖2

設(shè)計意圖：針對學(xué)生對于“與相對運(yùn)動方向相反”的理解停留在“與物體相對于地面的運(yùn)動方向相反”的層面，通過例1，才能從根本上糾正學(xué)生的前概念“認(rèn)為物塊A所受圓柱體的滑動摩擦力Ff方向與它相對于地面的運(yùn)動方向相反而豎直向上”，從而改善學(xué)生原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)．

【例2】如圖3所示，一圓盤可繞通過圓盤中心O且垂直于盤面的豎直軸轉(zhuǎn)動.在圓盤距離中心O為R處放置一質(zhì)量為m的小木塊A，它隨圓盤一起以角速度ω做勻速圓周運(yùn)動，試分析木塊A所受摩擦力情況．

圖3

解析：A所受靜摩擦力方向與“相對于圓盤的運(yùn)動趨勢方向沿半徑方向向外”相反，指向圓心，但學(xué)生對此作出正確的判斷需要一定的能力要求．換個思路：從牛頓第二定律入手，靜摩擦力完全提供A作勻速圓周運(yùn)動的向心力，大小f靜=mω2R，方向指向圓心，學(xué)生容易接受得多，當(dāng)然這也是一種處理靜摩擦力的重要思維方法．

設(shè)計意圖：針對學(xué)生對于“與相對運(yùn)動趨勢方向相反”停留在“與物體相對于地面的運(yùn)動趨勢方向相反”的層面，通過例2，才能從根本上糾正學(xué)生的前概念“認(rèn)為物塊A所受圓盤靜摩擦力Ff的方向與相對于地面的運(yùn)動趨勢相反的切線方向”，從而改善學(xué)生原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)．

2 問題設(shè)計應(yīng)體現(xiàn)層次性

新課程要求教學(xué)應(yīng)面向全體學(xué)生，關(guān)注每個學(xué)生的發(fā)展，因此，課堂例題的設(shè)計要滿足不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)需要，遇到重、難點問題時，應(yīng)從學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律以及實際出發(fā)，由淺入深地設(shè)計問題，層層遞進(jìn)，環(huán)環(huán)相扣，這樣可使學(xué)生獲得成功感，充分調(diào)動每位學(xué)生的積極性，增加自信心．

【例3】如圖4(a)所示，一質(zhì)量為m的物體恰能在傾角為θ的斜面體上沿斜面勻速下滑，斜面體M在水平面上始終處于靜止?fàn)顟B(tài)．

問題1：此時斜面M是否受到地面對它的摩擦力作用，并說明理由．

問題2：在此基礎(chǔ)上，若對m再施加一個如圖4(b)所示沿斜面向下的推力F,使物體加速下滑，此時斜面M是否受到地面對它的摩擦力作用，并說明理由．

問題3：若對m施加一個如圖4(c)所示的推力F,使物體加速下滑，此時斜面M是否受到地面對它的摩擦力作用，并說明理由．

問題4：對m施加任何一個方向的力F(哪怕是使m減速)，此時斜面M是否受到地面對它的摩擦力作用，并說明理由．

圖4

設(shè)計意圖：通過如圖4(a)所示的經(jīng)典模型設(shè)計一個母問題，由此加以變換形成很多子問題，以利于學(xué)生的理解、遷移和應(yīng)用．如果直接出現(xiàn)問題3或者問題4，不做前面幾個問題的鋪墊，學(xué)生會感到很難理解，而通過逐一解決前面幾個問題，再來解決問題4，則顯得水到渠成，同時也很好地關(guān)注了全體學(xué)生的發(fā)展．

3 問題設(shè)計應(yīng)體現(xiàn)開放性

以往的試題多為封閉型試題，答案往往是唯一的、固定的．這樣雖便于統(tǒng)一閱卷評分，有利于甄別與選拔，卻使得學(xué)生在學(xué)習(xí)時死板僵化地記憶知識，在問題的枝節(jié)上循規(guī)蹈矩，進(jìn)而導(dǎo)致其思維被束縛，創(chuàng)造性被壓抑．

靈活運(yùn)用已學(xué)過的物理理論、實驗方法和實驗儀器，設(shè)計簡單的“測定滑動摩擦因數(shù)μ”實驗方案．

設(shè)計意圖：通過設(shè)計開放性的問題來幫助學(xué)生克服思維定勢，促進(jìn)其思維的多向性、靈活性和獨特性；促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展；引導(dǎo)物理教學(xué)向注重探究式教學(xué)和探究能力的培養(yǎng)方面發(fā)展，對深入貫徹落實新課程目標(biāo)具有積極的推動作用．當(dāng)然在2011年全國高考中，山東卷與重慶卷均出現(xiàn)了探究性實驗“測定滑動摩擦因數(shù)”．

4 問題設(shè)計應(yīng)注重數(shù)理結(jié)合

在應(yīng)用物理知識解決實際問題時，一般或多或少運(yùn)用到數(shù)學(xué)運(yùn)算進(jìn)行推理，而且處理的問題愈高深，應(yīng)用的數(shù)學(xué)也愈多．所以能熟練地運(yùn)用數(shù)學(xué)處理物理問題，是學(xué)好物理的必要條件．近年來高考對考查學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)處理物理問題的能力要求也十分明確：即要求學(xué)生能根據(jù)具體問題列出物理量之間的關(guān)系式，進(jìn)行推導(dǎo)和求解，并根據(jù)結(jié)果得出物理結(jié)論；必要時能運(yùn)用幾何圖形、函數(shù)圖像、導(dǎo)數(shù)、積分等進(jìn)行表達(dá)、分析和處理問題．應(yīng)用數(shù)學(xué)處理物理問題，既要重視定量運(yùn)算，也要重視定性和半定量的分析和推理．

【例4】如圖5(a)所示，一個直角支架AOB，AO水平放置，表面粗糙，OB豎直向下，表面光滑，AO上套有小環(huán)P，OB上套有小環(huán)Q，兩環(huán)的質(zhì)量均為m，兩環(huán)間由一根質(zhì)量不計、不可伸長的細(xì)繩相連，用水平向右的作用力F使小環(huán)P勻速向右平動．在平動過程中，AO對小環(huán)P的支持力N及滑動摩擦力f的變化情況如何？

圖5

解析：P，Q連接體任意時刻在沿繩方向速度相等．如圖5(b)所示，設(shè)∠OPQ=θ，則

vPcosθ=vQsinθvQ=vPcotθ

在P向右勻速運(yùn)動、Q向上運(yùn)動的過程中．θ減小、因vP定值，所以vQ增大，使得Q加速上升．利用vQ=vPcotθ等式兩邊分別對t求導(dǎo)得

式中負(fù)號表示方向， 所以等式可以簡化為

θ減小、aQ增大，所以Q在豎直方向上做加速度增大的加速運(yùn)動．

利用系統(tǒng)牛頓第二定律在豎直方向上

N-2mg=maQaQ變大→N變大

f=μN(yùn)N變大→f變大

所以N變大，f變大．

設(shè)計意圖：

(1)凸顯與高考題“用水平向右的力F緩慢拉動小環(huán)P”的差異,幫助學(xué)生克服解題過程中思維定勢的干擾，明確“型同神異，天壤之別”．

(2)蘇教版高中教材《數(shù)學(xué)·選修2-2》中的“導(dǎo)數(shù)及其應(yīng)用”已列入高中數(shù)學(xué)教學(xué)大綱，成為高考必考內(nèi)容之一．因此在數(shù)學(xué)需求的鋪墊下，在物理教學(xué)中滲透、并明確提出導(dǎo)數(shù)的概念已經(jīng)符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，反過來可以更好地為學(xué)生理解物理概念、規(guī)律服務(wù)，拓寬學(xué)生的視野，對高考考查學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)處理物理問題的能力作出了很好的回應(yīng)，凸顯了數(shù)學(xué)在高中物理中的重要性．

5 問題設(shè)計應(yīng)貼近生活

問題設(shè)計應(yīng)關(guān)注科學(xué)技術(shù)的主要成就和發(fā)展趨勢以及物理學(xué)對經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展的影響，能嘗試運(yùn)用有關(guān)的物理知識和技能解釋一些自然現(xiàn)象和生活中的問題，嘗試運(yùn)用物理原理和方法解決一些與生產(chǎn)和生活相關(guān)的實際問題，培養(yǎng)學(xué)生將物理知識應(yīng)用于生活和生產(chǎn)實踐的意識，勇于探究與日常生活有關(guān)的物理學(xué)問題．

例如有一位教師在講授“力的平衡”時，引導(dǎo)學(xué)生分析靜止于粗糙斜面上的物體保持靜止的條件后，設(shè)計了這樣的問題情境：用漏斗將建筑用的砂子緩慢地倒到木板上．實驗發(fā)現(xiàn)，木板上的砂子呈一個椎體形狀，且即使木板上的砂子質(zhì)量在增加，但砂堆的傾角保持不變．這是具有濃厚生活色彩的問題情境．教師設(shè)問：砂堆的傾角為什么保持不變？這個傾角由什么因素決定？通過這種問題情境讓學(xué)生認(rèn)識與理解滑動摩擦因數(shù)，進(jìn)而認(rèn)識摩擦角的概念，其效果是不言而喻的．

設(shè)計意圖：實施有效的生活化教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生“從生活走向物理，從物理走向社會”．學(xué)習(xí)物理一定要從實際中來，到實際中去，切實做到理論聯(lián)系實際．只有將學(xué)生已有的生活體驗與物理問題緊密聯(lián)系起來，才能使學(xué)生感到物理是親切、實在、有用的，從而用心去學(xué)好物理、用好物理，為將來走向社會服務(wù)社會打好基礎(chǔ)．

6 問題設(shè)計應(yīng)體現(xiàn)升華性

科學(xué)知識的增長永遠(yuǎn)始于問題，終于問題——越來越深化的問題，越來越觸發(fā)新問題的問題．問題—解決—新問題—再解決……這也是現(xiàn)代課堂的一種基本特征，學(xué)生的思維能力正是在這種螺旋式的過程中得以有效提升．在教學(xué)過程中，應(yīng)有目的地進(jìn)行拓展性的問題設(shè)計，使問題升華，促進(jìn)學(xué)生進(jìn)一步深入探究．

【例5】把一重為G的物體，用一個水平的推力F=kt(k為恒量)壓在豎直的足夠高的平整墻上[如圖6(a)所示]，從t=0開始物體所受摩擦力f隨t的變化關(guān)系是圖6(b)中的哪一幅.

圖6

解析：很多學(xué)生容易犯的錯誤就是認(rèn)為當(dāng)滑動摩擦力增大到等于重力時，物體就靜止了，滑動摩擦力變?yōu)殪o摩擦力，大小等于重力，從而誤選D，而實際上物體仍會繼續(xù)向下減速，滑動摩擦力繼續(xù)增大，直至物體靜止，突變?yōu)殪o摩擦力等于重力，故正確答案選B．到這里，其實本題已經(jīng)能夠達(dá)到較好的訓(xùn)練目的．

但是仔細(xì)推敲選項B的圖線畫的比例是不合理的，從命題的角度看，此為美中不足之處．因此教師還可以進(jìn)行拓展性的問題設(shè)計：怎樣畫圖才是合理的呢？加速和減速的時間相等嗎？最大滑動摩擦力的大小與重力G之間有定量的關(guān)系嗎？這些問題設(shè)計可進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生的深入探究，分析如下.

圖7

設(shè)計意圖：拓展性的問題“圖線比例”看似無疑、實則有疑的問題，往往都是比較高級的問題，“于不疑處有疑，方是進(jìn)矣”．這類問題對于培養(yǎng)學(xué)生思維的批判性是十分有益的，因為學(xué)習(xí)的過程就是不斷解疑、又不斷生疑的過程．在柳岸花明的時刻，又出現(xiàn)山重水復(fù)的狀態(tài)，對激發(fā)學(xué)生的質(zhì)疑意識是必要的．

當(dāng)然，問題設(shè)計可能還涉及到很多其他方面，如整體性、啟發(fā)性、趣味性、探究性等，在此不再一一列舉．總之，通過科學(xué)的、巧妙的問題設(shè)計，對于提高課堂教學(xué)質(zhì)量是很有效的．

參考文獻(xiàn)

1 陳建偉．從微觀角度再談一個接觸面不可能同時存在靜摩擦力和滑動摩擦力．物理教師，2011(4)

2 張飛翔．高三物理課堂問題設(shè)計之管見．中學(xué)物理教學(xué)參考，2011(3)

3 尤建中．討論物理課堂教學(xué)中問題的有效性設(shè)置．物理教師，2011(5)