董長(zhǎng)纓　陳修芳

摘 要：介紹了問題教學(xué)法的發(fā)展背景，并結(jié)合大學(xué)生的心理特點(diǎn)，闡述了問題教學(xué)法在剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)中的應(yīng)用。這種教學(xué)法有助于培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力和創(chuàng)新能力，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。

關(guān)鍵詞：大學(xué)生心理特點(diǎn)；問題教學(xué)法；剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)；學(xué)習(xí)興趣

中圖分類號(hào)：G642.42 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.07.111

20世紀(jì)60年代中期，前蘇聯(lián)教學(xué)論專家馬赫穆托夫、列爾耐爾、馬丘什金等人倡導(dǎo)問題教學(xué)，即“學(xué)生由教師經(jīng)常引入尋求有根據(jù)地解決對(duì)他們來說是新問題的辦法和過程，由此他們就會(huì)獨(dú)立地獲取知識(shí)、運(yùn)用原先學(xué)過的東西和掌握從事創(chuàng)造性活動(dòng)的經(jīng)驗(yàn)”。

馬赫穆托夫從理論和實(shí)踐2個(gè)維度入手研究了問題教學(xué)理論，其總結(jié)性著作《問題教學(xué)》在蘇聯(lián)享有“問題教學(xué)的理論與實(shí)踐的百科全書”的美譽(yù)。二戰(zhàn)后，體現(xiàn)現(xiàn)代科技和現(xiàn)代生產(chǎn)的“第三次浪潮”興起，隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，急需具有獨(dú)立探索精神的創(chuàng)造型人才。而當(dāng)時(shí)的傳統(tǒng)教學(xué)單純強(qiáng)調(diào)知識(shí)的傳授和記憶，忽視了學(xué)生能力的培養(yǎng)（思維的發(fā)展、智情意的發(fā)展、創(chuàng)造能力的發(fā)展、個(gè)性的發(fā)展），所以，培養(yǎng)出來的人才已經(jīng)不能適應(yīng)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的需要。于是，改革傳統(tǒng)教學(xué)，進(jìn)行創(chuàng)造性教學(xué)，培養(yǎng)具有積極性、獨(dú)立性和創(chuàng)造性的人才，已經(jīng)成為了當(dāng)時(shí)教育教學(xué)改革的焦點(diǎn)。在此背景下，馬赫穆托夫在辯證地批判傳統(tǒng)教學(xué)的基礎(chǔ)上，以馬列主義認(rèn)識(shí)論作為哲學(xué)——方法論基礎(chǔ)，以創(chuàng)新性思維理論作為邏輯——心理學(xué)基礎(chǔ)，經(jīng)過近20年在蘇聯(lián)韃靼共和國地區(qū)的實(shí)驗(yàn)研究和理論總結(jié)，建構(gòu)了現(xiàn)代意義上的問題教學(xué)理論。

1 問題教學(xué)法

問題教學(xué)法就是以問題為載體貫穿教學(xué)過程，使學(xué)生在設(shè)問和釋問的過程中萌生自主學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)和欲望，進(jìn)而逐漸養(yǎng)成自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣，并在實(shí)踐中不斷優(yōu)化學(xué)習(xí)方法，提高自主學(xué)習(xí)能力的一種教學(xué)方法。問題教學(xué)法充分體現(xiàn)了學(xué)生的主體地位，能有效地激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。

古人說：“學(xué)貴有疑，小疑則小進(jìn)，大疑則大進(jìn)”（陳憲章），“學(xué)者要會(huì)疑”（程頤），“在可疑而不疑者，不曾學(xué)；學(xué)則須疑”（張載）。這些都說明了學(xué)習(xí)過程中“會(huì)疑”“須疑”的重要性。

2 大學(xué)生學(xué)習(xí)的心理特點(diǎn)

就學(xué)習(xí)的實(shí)質(zhì)而言，它是一種社會(huì)活動(dòng)，是人與人交往的社會(huì)活動(dòng)。通過對(duì)這種活動(dòng)的學(xué)習(xí)，在掌握社會(huì)歷史經(jīng)驗(yàn)的過程中，形成了人類智能，它是人學(xué)習(xí)的根本目的。而人類智能的形成，使人逐漸成為了既能獨(dú)立認(rèn)識(shí)世界，又能獨(dú)立改造世界，并能創(chuàng)造性地建設(shè)世界，還能不斷自我完善，這也是人學(xué)習(xí)的根本意義。

大學(xué)學(xué)習(xí)階段是人才由“求學(xué)期”進(jìn)入“創(chuàng)造期”的過渡階段。這個(gè)時(shí)期，隨著大學(xué)生主體意識(shí)的萌芽，其自我意識(shí)基本成熟，學(xué)習(xí)意識(shí)也基本成熟，具體表現(xiàn)在學(xué)習(xí)態(tài)度的獨(dú)立性、學(xué)習(xí)選擇的自主性、學(xué)習(xí)活動(dòng)的自控性和學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范性等方面。當(dāng)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)發(fā)展到核心層時(shí)，則表現(xiàn)出了學(xué)習(xí)的高度自覺性、競(jìng)爭(zhēng)性和緊迫性。學(xué)習(xí)的社會(huì)責(zé)任感使學(xué)生主導(dǎo)的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)逐步加強(qiáng)，學(xué)習(xí)智力、能力發(fā)展到了最佳時(shí)期。

大學(xué)生學(xué)習(xí)心理活動(dòng)的運(yùn)行程序有6個(gè)階段，即動(dòng)員學(xué)習(xí)階段、提取信息階段、融合信息階段、使用信息階段、擴(kuò)充信息階段和開拓創(chuàng)新階段。第一階段和第二階段與問題教學(xué)法的提出問題階段相對(duì)應(yīng)，第三階段和第四階段與問題教學(xué)法的分析問題階段相對(duì)應(yīng)，第五階段和第六階段與問題教學(xué)法的解決問題階段相對(duì)應(yīng)。

3 在大學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用

根據(jù)大學(xué)生心理運(yùn)行程序的6個(gè)階段，結(jié)合問題教學(xué)法，具體闡述了問題教學(xué)法在剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)教學(xué)中的應(yīng)用。

3.1 創(chuàng)設(shè)問題情境

創(chuàng)設(shè)問題情境是指在教學(xué)活動(dòng)中，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容、學(xué)生的生活觀察和已有經(jīng)驗(yàn)的具體情況，營(yíng)造一種富有吸引力的學(xué)習(xí)氛圍，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3.1.1 從生活觀察創(chuàng)設(shè)問題情境

問題一：剛體轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)改變的原因

剛體的運(yùn)動(dòng)形式有2種，即平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。比如在水平面拖動(dòng)一個(gè)木箱就屬于剛體的平動(dòng)，而人們進(jìn)出教室時(shí)需開門或關(guān)門，就屬于剛體的定軸轉(zhuǎn)動(dòng)。剛體的平動(dòng)可以用一個(gè)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)來描述，如果要改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，就必須要有力作用在物體（木箱）上。根據(jù)牛頓第二定律，有力就會(huì)有加速度，這樣，物體（木箱）的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)就會(huì)改變，那么，剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)（開或關(guān)門）狀態(tài)發(fā)生改變的原因是什么呢？

3.1.2 根據(jù)已有的物理定律創(chuàng)設(shè)問題情境

問題二：剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)滿足的定律

在中學(xué)，我們學(xué)習(xí)過物體（或質(zhì)點(diǎn)）的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，可以用牛頓運(yùn)動(dòng)定律來解釋。如果想把物體（或質(zhì)點(diǎn)）的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)描述清楚，就要告知物體在什么位置？速度和加速度是多少？而要解決這個(gè)問題，只需知道物體的受力情況和初始條件，就可以根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律得到物體的加速度、速度和空間位置。那么，對(duì)于剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的問題，有沒有類似的定律存在呢？這個(gè)定律應(yīng)該能將剛體的定軸轉(zhuǎn)動(dòng)情況描繪清楚。

3.1.3 從實(shí)驗(yàn)中創(chuàng)設(shè)問題情境

問題三：剛體轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的守恒定律

讓一個(gè)學(xué)生手持啞鈴坐在茹科夫斯基椅上，使之旋轉(zhuǎn)起來，同時(shí)，要求學(xué)生伸縮手臂，從而觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。班上所有的學(xué)生都能發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)椅轉(zhuǎn)速隨學(xué)生手臂的伸縮而發(fā)生變化。那么，在這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，又蘊(yùn)含著什么樣的物理規(guī)律呢？

3.2 分析問題

分析就是將研究對(duì)象的整體分為不同的部分、方面、因素和層次，并分別加以考察的認(rèn)識(shí)活動(dòng)。下面主要分析3.1中的3個(gè)問題。

問題一：改變剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)（開門或關(guān)門）狀態(tài)的原因是什么？大部分同學(xué)都會(huì)回答是因?yàn)殚T受力。對(duì)于學(xué)生的回答，教師可讓學(xué)生親自實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生向門施加一個(gè)與門轉(zhuǎn)軸平行或與轉(zhuǎn)軸相交的力，并作用在門上，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是門根本就不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。由此可知，力不是改變剛體（比如門）定軸轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)的原因。讓學(xué)生繼續(xù)做實(shí)驗(yàn)，只不過現(xiàn)在要求學(xué)生對(duì)門施加的力的作用線不能與門轉(zhuǎn)軸平行或相交。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，門的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生了改變。由前面2種情況可知，其實(shí)都有力施加在門上，只不過第一種情況的力沒有產(chǎn)生力矩，而第二種情況的力產(chǎn)生了力矩。上述實(shí)驗(yàn)為力矩概念的引入埋下了伏筆。

問題二：在學(xué)習(xí)剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，已經(jīng)知道了一些對(duì)應(yīng)關(guān)系。比如坐標(biāo) →角坐標(biāo)θ、速度 →角速ω度、加速度 →角加速度α、力 →力矩M. 關(guān)于物體（或質(zhì)點(diǎn)）的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，可用牛頓第二定律 =m 來解釋。那么，剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)規(guī)律能不能用類似的定律解釋呢？如果按照物理量的對(duì)應(yīng)關(guān)系解釋，應(yīng)該有M=？α這樣一個(gè)定律存在。其中，力對(duì)應(yīng)力矩，加速度對(duì)應(yīng)角加速度，質(zhì)量也應(yīng)該對(duì)應(yīng)一個(gè)物理量。質(zhì)量是物體慣性大小的量度，所以，問號(hào)處也可能是與慣性有關(guān)的物理量。對(duì)應(yīng)關(guān)系為剛體轉(zhuǎn)動(dòng)定律的引入埋下了伏筆。

問題三：學(xué)生手持啞鈴坐在茹科夫斯基椅上旋轉(zhuǎn)起來，伸縮手臂，轉(zhuǎn)椅轉(zhuǎn)速隨之發(fā)生了改變。這個(gè)問題很像冰面上面對(duì)面站著2個(gè)人，剛開始2人靜止，然后彼此一推，2人都向后退去。由此可以發(fā)現(xiàn)，以2人作為研究系統(tǒng)，系統(tǒng)不受外力的作用，只有內(nèi)力作用，雖然2人的速度都發(fā)生了變化，但是，系統(tǒng)前后的總動(dòng)量是守恒的。而坐在轉(zhuǎn)椅上伸縮手臂旋轉(zhuǎn)的學(xué)生，雖然他的轉(zhuǎn)速可快可慢，但是，將轉(zhuǎn)椅和學(xué)生選作系統(tǒng)，則該系統(tǒng)不會(huì)受到其他外力的作用。因此，在學(xué)生伸縮手臂改變轉(zhuǎn)速的過程中，也一定蘊(yùn)含了一種守恒。通過相關(guān)的對(duì)比和分析，為角動(dòng)量守恒定律的引入埋下了伏筆。

3.3 解決問題和深化應(yīng)用

分析問題的意義在于找出解決問題的方法，并解決問題。下面主要描述了3個(gè)問題的解決方法和聯(lián)想應(yīng)用。

問題一：剛體轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)改變的原因——力矩

在開關(guān)門時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)力的作用線與門的轉(zhuǎn)軸既不平行也不相交時(shí)，門才會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。也就是說，要想改變門的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，就必須要有力矩作用在門上，所以，力矩是改變剛體（比如門）轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)的原因。

除了開關(guān)門要用到力矩知識(shí)外，生活中，小孩玩的陀螺也是這個(gè)原理。為了維持它的旋轉(zhuǎn)，要用繩子不停地抽它，其實(shí)也就是給它力矩，這樣才使陀螺旋轉(zhuǎn)。另外，天平、桿稱等都用到了力矩的原理。

問題二：剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)滿足的定律——轉(zhuǎn)動(dòng)定律

在動(dòng)力學(xué)中，質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律可以用牛頓運(yùn)動(dòng)定律分析。

式（2）為剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)定律。其中，J為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，是描述剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣性大小的物理量；α為角加速度。所以，通過對(duì)應(yīng)關(guān)系，用類比的方法推出了描述剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的一個(gè)非常重要的定律——轉(zhuǎn)動(dòng)定律。

根據(jù)對(duì)應(yīng)關(guān)系和類比方法發(fā)現(xiàn)，質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)與剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)有很多相似之處，比如動(dòng)量定理與角動(dòng)量定理對(duì)應(yīng)，動(dòng)量守恒與角動(dòng)量守恒對(duì)應(yīng)，動(dòng)能定理與剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)能定理對(duì)應(yīng)等。

問題三：剛體轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的守恒定律——角動(dòng)量守恒定律

學(xué)生手持啞鈴坐在轉(zhuǎn)椅上旋轉(zhuǎn)時(shí)，將轉(zhuǎn)椅和學(xué)生選作系統(tǒng)，系統(tǒng)不受外力矩作用，整個(gè)系統(tǒng)角動(dòng)量守恒，滿足J1ω1=J2ω2.當(dāng)學(xué)生伸縮手臂時(shí)，實(shí)際上就是在改變系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，所以，轉(zhuǎn)椅轉(zhuǎn)速也會(huì)隨之發(fā)生改變。比如縮回手臂時(shí)，J1>J2，則ω1<ω2，因此，就會(huì)看到學(xué)生越轉(zhuǎn)越快。當(dāng)伸開手臂時(shí)，J1ω2，所以，看到學(xué)生越轉(zhuǎn)越慢。

角動(dòng)量守恒在生活中的應(yīng)用很多，比如行星繞日的運(yùn)動(dòng)、衛(wèi)星繞地球的運(yùn)動(dòng)、被中香爐、陀螺儀、花樣滑冰和跳水運(yùn)動(dòng)員的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)等。

4 結(jié)束語

綜上所述，教學(xué)方法其實(shí)是為完成一定的教學(xué)任務(wù)，師生在活動(dòng)中所采用的途徑、手段和工具。它的作用主要表現(xiàn)在2個(gè)方面：①直接影響教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)；②直接影響教學(xué)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的程度和效率?，F(xiàn)代心理學(xué)強(qiáng)調(diào)“思維以問題始”，沒有問題或矛盾就沒有積極的思維活動(dòng)，也就沒有解決問題的動(dòng)機(jī)和興趣。教師要根據(jù)所講知識(shí)本身的矛盾和學(xué)生對(duì)知識(shí)理解的矛盾，合理地設(shè)疑和釋疑，遵循學(xué)生心理的發(fā)展規(guī)律，使學(xué)生處于提出問題、分析問題和解決問題的過程中，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效率。

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[4]冷余生，解飛厚.高等教育學(xué)[M].武漢：湖北人民出版社，2006.

〔編輯：白潔〕

Abstract： The problem of teaching development background， combined with the psychological characteristics of college students， explained the problem Approach in rigid body fixed axis of rotation. This teaching will help students analyze problems and innovative ability to solve problems， to stimulate student interest in learning physics.

Key words： psychological characteristics； problem pedagogy； rigid body fixed axis of rotation； interest in learning