戎世忠

(江蘇省海安高級(jí)中學(xué),江蘇 海安 226600)

“問(wèn)題診斷式教學(xué)”是以問(wèn)題為中介(或叫載體、素材等)的教學(xué)方式,是一種學(xué)生體驗(yàn)性學(xué)習(xí)的教學(xué)方式.學(xué)生在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題、解決問(wèn)題的體驗(yàn)過(guò)程中,獲得知識(shí)和技能,同時(shí)又培養(yǎng)了發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的能力、探究與合作的精神.“問(wèn)題診斷式教學(xué)”,不僅能告訴學(xué)生學(xué)些什么,還能引導(dǎo)學(xué)生如何去學(xué).

“問(wèn)題診斷式教學(xué)”的核心思想:根據(jù)三維教學(xué)目標(biāo)要求,設(shè)置“課前診斷——課上診斷與教學(xué)(通過(guò)生生互動(dòng)、師生互動(dòng)解決課前診斷的問(wèn)題)——課后診斷”3個(gè)環(huán)節(jié).下面以高三復(fù)習(xí)“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”為例來(lái)闡述實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)課的問(wèn)題診斷教學(xué)模式.

1 課前診斷,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題

實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)課的課前診斷由自我檢測(cè)和學(xué)生質(zhì)疑兩部分組成.自我檢測(cè)題由教師設(shè)計(jì),選用經(jīng)典的高考題、各地調(diào)研題、模擬測(cè)試題.試題檢測(cè)內(nèi)容為實(shí)驗(yàn)的基本原理和實(shí)驗(yàn)技能等基礎(chǔ)知識(shí),難度中等偏易.復(fù)習(xí)“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”時(shí),教師設(shè)計(jì)了以下3題.

圖1

課前診斷1.利用圖1所示裝置進(jìn)行驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)時(shí),需要測(cè)量物體由靜止開(kāi)始自由下落到某點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度v和下落高度h.某班學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)得到的紙帶,設(shè)計(jì)了以下4種測(cè)量方案.

(A)用刻度尺測(cè)出物體下落的高度h,并測(cè)出下落時(shí)間t,通過(guò)v＝gt計(jì)算出瞬時(shí)速度v0.

(B)用刻度尺測(cè)出物體下落的高度h,并通過(guò)計(jì)算出瞬時(shí)速度.

(C)根據(jù)做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度,等于這點(diǎn)前后相鄰兩點(diǎn)間的平均速度,測(cè)算出瞬時(shí)速度,并通過(guò)計(jì)算出高度h.

(D)用刻度尺測(cè)出物體下落的高度h,根據(jù)做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度,等于這點(diǎn)前后相鄰兩點(diǎn)間的平均速度,測(cè)算出瞬時(shí)速度v0.

以上方案中只有1種正確,正確的是_________.(填入相應(yīng)的字母)

課前診斷2.在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源頻率為50Hz,當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊闹禐?.80m/s2,測(cè)得所用重物的質(zhì)量為1.00kg.甲、乙、丙3位學(xué)生分別用同一裝置打出3條紙帶,量出各紙帶上第1、2兩點(diǎn)間的距離分別為0.18cm、0.19cm和0.25cm,可見(jiàn)其中肯定有1個(gè)學(xué)生在操作上有錯(cuò)誤.

(1)錯(cuò)誤操作是________________.

(2)若按實(shí)驗(yàn)要求正確地選出紙帶進(jìn)行測(cè)量,量得連續(xù)3點(diǎn)A、B、C到第1個(gè)點(diǎn)O的距離如圖2所示(相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)間間隔為0.02s),那么(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)

圖2

①紙帶的_________端與重物相連.

②打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下計(jì)數(shù)點(diǎn)B時(shí),重物的速度vB＝______.

③在從起點(diǎn)O到打下計(jì)數(shù)點(diǎn)B的過(guò)程中重物重力勢(shì)能的減少量是ΔEp＝__________,此過(guò)程中重物動(dòng)能的增加量是ΔEk＝___________.

圖3

④通過(guò)計(jì)算,數(shù)值上ΔEp__________ΔEk(填“＞”“＝”或“＜”),這是因?yàn)開(kāi)________.

⑤實(shí)驗(yàn)的結(jié)論是________________________________.

課前診斷3.利用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖4所示.

圖4

(1)實(shí)驗(yàn)步驟:

①將氣墊導(dǎo)軌放在水平桌面上,桌面高度不低于1m,將導(dǎo)軌調(diào)至水平;

②用游標(biāo)卡尺測(cè)量擋光條的寬度,記為l;

③由導(dǎo)軌標(biāo)尺讀出兩光電門(mén)中心之間的距離,記為s;

④將滑塊移至光電門(mén)1左側(cè)某處,待砝碼靜止不動(dòng)時(shí),釋放滑塊,要求砝碼落地前擋光條已通過(guò)光電門(mén)2;

⑤從數(shù)字計(jì)時(shí)器(圖4中未畫(huà)出)上分別讀出擋光條通過(guò)光電門(mén)1和光電門(mén)2所用的時(shí)間Δt1和Δt2;

⑥用天平稱(chēng)出滑塊和擋光條的總質(zhì)量M,再稱(chēng)出托盤(pán)和砝碼的總質(zhì)量m.

(2)用表示直接測(cè)量量的字母寫(xiě)出下列所示物理量的表達(dá)式:

①滑塊通過(guò)光電門(mén)1和光電門(mén)2時(shí)瞬時(shí)速度分別為v1＝________和v2＝________.

②當(dāng)滑塊通過(guò)光電門(mén)1和光電門(mén)2時(shí),系統(tǒng)(包括滑塊、擋光條、托盤(pán)和砝碼)的總動(dòng)能分別為Ek1＝____________和Ek2＝_____________.

③在滑塊從光電門(mén)1運(yùn)動(dòng)到光電門(mén)2的過(guò)程中,系統(tǒng)勢(shì)能的減少ΔEp＝__________(重力加速度為g).

(3)如果ΔEp＝__________,則可認(rèn)為驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律.

上述3個(gè)檢測(cè)題中,題1檢查學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解;題2檢查學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的能力;題3是對(duì)課本實(shí)驗(yàn)的拓展,驗(yàn)證系統(tǒng)的機(jī)械能守恒.通過(guò)這3個(gè)試題的診斷,學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,并將問(wèn)題整理記錄下來(lái),為課堂診斷教學(xué)提供依據(jù).

2 課上診斷,分析問(wèn)題

課上教學(xué)與診斷環(huán)節(jié),主要是指針對(duì)學(xué)生課前預(yù)習(xí)反饋來(lái)的問(wèn)題組織學(xué)生探究和進(jìn)行新知識(shí)的教學(xué),對(duì)所發(fā)生的錯(cuò)誤及時(shí)診斷糾錯(cuò).有些問(wèn)題不需要教師講解,學(xué)生通過(guò)相互討論交流就能得出答案,有些問(wèn)題則需要教師引導(dǎo)、講解,才能得出答案.在復(fù)習(xí)“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”時(shí),教師設(shè)計(jì)了以下問(wèn)題.

2.1 學(xué)生交流討論解決的問(wèn)題

問(wèn)題1.如圖5,驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的原理是什么？

解答:只有重力做功的自由落體運(yùn)動(dòng)中,物體的重力勢(shì)能和動(dòng)能可以互相轉(zhuǎn)化但總的機(jī)械能守恒.利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上記錄下物體自由下落的高度h以及計(jì)算出瞬時(shí)速度v,從而驗(yàn)證物體在自由下落過(guò)程中,重力勢(shì)能的減少量ΔEp＝mgh與物體動(dòng)能的增加量相等,即

問(wèn)題2.本實(shí)驗(yàn)是否需要用天平測(cè)重錘的質(zhì)量m？

圖5

問(wèn)題3.重錘帶動(dòng)紙帶下落過(guò)程是否是理想的自由落體？對(duì)所掛重錘有什么要求？

解答:實(shí)際上重物和紙帶下落過(guò)程中要克服阻力(主要是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的阻力)做功,故動(dòng)能的增加量ΔEk必定小于勢(shì)能的減少量ΔEp,這是屬于系統(tǒng)誤差,減少空氣阻力影響產(chǎn)生的方法是:使紙帶下掛的重物重量大些,且體積要小.

問(wèn)題4.本實(shí)驗(yàn)對(duì)紙帶上的點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析是否應(yīng)該每5個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)？

解答:因?yàn)橄侣渌俣瓤?紙帶上的點(diǎn)間距較大,再隔5個(gè)點(diǎn)取計(jì)數(shù)點(diǎn)顯然不合理.所以在選好的紙帶起點(diǎn)標(biāo)為O,依次確定幾個(gè)點(diǎn)標(biāo)1、2、3……

問(wèn)題5.如何進(jìn)行數(shù)據(jù)處理？

解答:在已經(jīng)打好的紙帶中挑選點(diǎn)跡清晰的一條紙帶,在起始點(diǎn)標(biāo)上O,以后各點(diǎn)依次標(biāo)上1,2,3,……用刻度尺測(cè)出對(duì)應(yīng)下落高度h1、h2、h3……,計(jì)算各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度v1、v2、v3…….計(jì)算瞬時(shí)速度時(shí)應(yīng)注意,可以測(cè)出第n點(diǎn)的相鄰前后兩段相等時(shí)間T內(nèi)下落的距離sn和sn＋1,由公式計(jì)算出.或由公式計(jì)算出第n點(diǎn)的瞬時(shí)速度.然后計(jì)算各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的勢(shì)能減少量mghn和動(dòng)能增量mvn2/2進(jìn)行比較.

問(wèn)題6.計(jì)算某點(diǎn)速度時(shí)能否用vn＝n·gt的方法計(jì)算？

解答:在計(jì)算任意一點(diǎn)的瞬時(shí)速度vn時(shí),采用的方法是或的方法,而沒(méi)有用v＝nn·gt的方法計(jì)算,是因?yàn)橹劐N下落不是理想的自由落體運(yùn)動(dòng);再者做這個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)是先接通電源,再放手,可能造成紙帶上記錄的最初兩點(diǎn)之間的時(shí)間間隔小于0.02s.用vn＝n·gt計(jì)算時(shí)仍按0.02s計(jì)算,也會(huì)使vn值偏大.無(wú)論怎樣,使用vn＝n·gt計(jì)算瞬時(shí)速度都將使動(dòng)能增量的計(jì)算值偏大.

問(wèn)題7.如果1、2兩點(diǎn)距離不是2mm,能否用此紙帶驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律？

解答:能,這個(gè)實(shí)驗(yàn)也可以用紙帶上任意兩點(diǎn),第N點(diǎn)和第N＋M點(diǎn)的機(jī)械能總量是否相等來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.仍先計(jì)算出各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的下落高度h1、h2、h3……h(huán)N……h(huán)N＋M……,再計(jì)算出各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度,v1、v2、v3……vN……vN＋M……,然后計(jì)算打N點(diǎn)時(shí)機(jī)械能總量EN＝mvn2/2＋mghn和N＋M點(diǎn)機(jī)械能總量EN＋M＝mvN＋M2/2＋mghN＋M.如果機(jī)械能守恒,則應(yīng)有EN＝EN＋M,即mvn2/2＋mghn＝mvN＋M2/2＋mghN＋M.只要證明出m(vN＋M2－vN2)/2＝mg(hn－h(huán)N＋M)即可.

問(wèn)題8.驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律出現(xiàn)誤差的原因是什么？

解答:本實(shí)驗(yàn)把重錘帶動(dòng)紙帶的下落作為自由落體運(yùn)動(dòng)處理.實(shí)際上由于存在摩擦阻力一定會(huì)使結(jié)果出現(xiàn)偏差.因?yàn)閷?shí)際計(jì)算出來(lái)的速度vn應(yīng)小于無(wú)其他阻力時(shí)對(duì)應(yīng)于該點(diǎn)的速度,也就是說(shuō)最終結(jié)果應(yīng)當(dāng)出現(xiàn)動(dòng)能增量mvn2/2略小于重力勢(shì)能減小量mghn.

問(wèn)題9.驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)要注意哪些問(wèn)題？

解答:(1)安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí),必須要豎直架穩(wěn),使限位孔與紙帶在同一豎直平面內(nèi),以減小重物下落時(shí)紙帶受到的阻力.

(2)開(kāi)始實(shí)驗(yàn)時(shí),需保持提紙帶的手不動(dòng),同時(shí)先接通電源,讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器正常工作后再放開(kāi)紙帶讓重物下落,以保證第1點(diǎn)是一個(gè)清晰的小點(diǎn).

(3)測(cè)量高度h時(shí),應(yīng)從起始點(diǎn)算起,為減小h的相對(duì)誤差,選取的計(jì)數(shù)點(diǎn)要離起始點(diǎn)遠(yuǎn)些,紙帶不宜過(guò)長(zhǎng),有效長(zhǎng)度可40～60cm.

(4)因?yàn)槭峭ㄟ^(guò)比較mv2/2和mgh是否相等驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒,故不需要測(cè)量重錘的質(zhì)量.

2.2 教師引導(dǎo)、講解解決的問(wèn)題

問(wèn)題1.處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)共有哪些方法？

解答:(1)列表法.在第1點(diǎn)上標(biāo)出O,并從稍靠后的某一點(diǎn)開(kāi)始,依次標(biāo)出1、2、3、4……并量出各點(diǎn)到位置O點(diǎn)的距離h1、h2、h3……再利用公式計(jì)算出各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度v1、v2、v3……,將勢(shì)能減少量mghn和動(dòng)能增量mvn2/2填入表格中,并進(jìn)行比較看是否相等.

(3)某段紙帶的處理.選取點(diǎn)跡清晰的一條紙帶,如圖6,選取B、M兩個(gè)位置作為過(guò)程的開(kāi)始和終結(jié)位置,量出BM之間距離hBM,求出B點(diǎn)速度點(diǎn)速度v＝M比較重力勢(shì)能的減少mghBM與動(dòng)能的增加是否相等,從而驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒.

圖6

問(wèn)題2.常見(jiàn)實(shí)驗(yàn)考題的處理思路.

解答:(1)遷移類(lèi)實(shí)驗(yàn).仔細(xì)閱讀題目,理解題意,在了解所介紹的實(shí)驗(yàn)儀器的基本原理、使用方法的基礎(chǔ)上,運(yùn)用以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)、使用過(guò)的儀器和做過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法,進(jìn)行情景遷移、聯(lián)想類(lèi)比,就可解決問(wèn)題.

(2)應(yīng)用型實(shí)驗(yàn).仔細(xì)閱讀題目,理解題意,從題給的文字、圖表中捕獲有效信息,從中找出規(guī)律.通過(guò)聯(lián)想、等效、類(lèi)比等思維方法建立與新情景對(duì)應(yīng)的物理模型,并在舊知識(shí)與物理模型之間架設(shè)橋梁,并將舊知識(shí)遷移并運(yùn)用到新情景中去,然后進(jìn)行推理、計(jì)算,從而解決問(wèn)題.

(3)設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn).明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)原理→根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理設(shè)計(jì)多種實(shí)驗(yàn)方案→對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行可行性分析,篩選確定最佳方案→根據(jù)所定方案選擇實(shí)驗(yàn)器材→擬定實(shí)驗(yàn)步驟→對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理→得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論,并進(jìn)行誤差分析.值得一提的是,依據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)原理選擇不同的實(shí)驗(yàn)方案時(shí),應(yīng)遵循科學(xué)性,可行性,精確性,簡(jiǎn)便、直觀性這4條基本原則.

課上診斷除上述問(wèn)題討論、講解外,也可以根據(jù)課堂時(shí)間,設(shè)計(jì)幾道試題進(jìn)行當(dāng)堂檢測(cè).

3 課后診斷,學(xué)生鞏固、解答問(wèn)題

學(xué)生擁有了知識(shí)和方法以后,還要通過(guò)實(shí)踐訓(xùn)練,提高解題能力,鞏固所學(xué)知識(shí).教師設(shè)計(jì)課后診斷(鞏固學(xué)案),供學(xué)生試錯(cuò)、診斷,讓學(xué)生充分暴露存在的問(wèn)題.教師在此基礎(chǔ)上再分類(lèi)引導(dǎo)學(xué)生討論,幫助學(xué)生分析錯(cuò)因,給出有針對(duì)性地提高成績(jī)的途徑.限于篇幅,這里不再舉例.

總之,“問(wèn)題診斷式教學(xué)”是以問(wèn)題診斷促進(jìn)課堂開(kāi)展的教學(xué)模式,是學(xué)生在問(wèn)題情境的刺激下,通過(guò)積極的心理狀態(tài)——主動(dòng)學(xué)習(xí)的教學(xué)模式.這種教學(xué)模式需要教師更新觀念,樹(shù)立以人為本,從學(xué)生中來(lái)到學(xué)生中去的思想,精選習(xí)題,精編課案.通過(guò)實(shí)踐,“問(wèn)題診斷式教學(xué)”模式是一種能使學(xué)生脫離題海,減輕學(xué)生的學(xué)業(yè)負(fù)擔(dān),真正實(shí)現(xiàn)高效課堂的教學(xué)模式.