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    浅谈情境问题教学模式在高三复习中的应用——以圆锥摆的教学为例

    时间：2023-07-03 09:25:06来源：百花范文网本文已影响人

    尹 华

    (苏州中学园区校，江苏 苏州 215000)

    中国高考评价体系指出，情境是实现“价值引领、素养导向、能力为重、知识为基”综合考查的载体.因此课堂教学应当围绕情境来展开.在课堂教学中我们要求学生积极、主动地参与，而参与的过程往往是以问题解决为核心和线索的.问题又源于情境，依托于情境，因此教师在教学过程中能否围绕情境，创设有价值的问题将直接影响学生学习的质量和效率.一个有思维深度的情境问题，不仅能为课堂中师生的互动架起桥梁，而且能够激发学生深入思考，变被动学习为主动学习.

    情境问题教学模式抓住情境的创设，把从情境中提出的问题作为教学的出发点，以问题为线索组织教学，在解决问题的过程中创设或引出新的情境，从而产生深一层次的问题，形成“情境—问题”的学习链，进而培养学生提出问题、解决问题的能力，提高学生学习的积极性.

    复习课不同于新授课，它不是旧知识的简单再现和机械重复，而是把平时相对独立但又具有规律性的知识，以再现、整理、归纳等形式串联起来，进而加深学生对知识的理解.如果教师在复习课中能够使用情境问题教学模式，创设物理情境，围绕情境提出环环相扣、逐层深入的问题串，那么对于提高复习课的质量和效率将有重要意义，也有助于学生知识网络的构建和内化.

    基于以上认知，笔者在圆锥摆的一轮复习中设计了如下的教学思路，对情境问题教学模式进行了初步的探索.

    我们先来看如下例题：拨浪鼓最早出现在战国时期，宋代时小型拨浪鼓已成为儿童玩具.4个拨浪鼓上分别系有长度不等的两根细绳，绳一端系着小球，另一端固定在关于手柄对称的鼓沿上，现使鼓绕竖直放置的手柄匀速转动，两小球在水平面内做周期相同的圆周运动.下列各图中两球的位置关系可能正确的是(图中细绳与竖直方向的夹角α<θ<β)

    本题为2021年南通三模的第5题，难度系数为0.289，是一道以拨浪鼓为情境，考查圆锥摆的难题.在《物理教学》43卷第2期“解决 ‘圆锥摆’问题的‘术’——以南通市三模第5题为例”和44卷第3期“走向深度学习的物理模型探究——以圆锥摆模型为例”中，黄利华、杨国富两位老师对此题做了深入的研究，但两位老师并未涉及教的环节.关于如何设置问题，逐层深入、化解难点，笔者做了如下的尝试.

    2.1 难点及学情分析

    难点1：学生缺乏建模能力，无法将拨浪鼓与圆锥摆建立起联系.

    难点3：若对上述结果巧妙变形，可得

    由此可知θ越大，L越大.即绳越长，偏角越大.由此结论可以排除(A)(D)选项，但(B)(C)选项又让人左右为难.

    通过以上分析会发现由于本题变量较多导致学生难以获得正确答案，而拨浪鼓半径r又是学生自设的一个干扰项.为了突破难点，笔者做了如下设计.

    2.2 逐层设问，化解难点

    基本题：用长度为L的细绳悬挂一小球a，细绳上端固定在天花板上，若小球以某角速度绕竖直轴在水平面内做匀速圆周运动，细线与竖直方向的夹角为α(如图1)，求角速度大小.

    图1

    学生：对其中一个小球受力分析，受重力和绳子的拉力，由于小球做匀速圆周运动，故合外力提供向心力(如图2)；
    将重力与拉力合成，合力指向圆心，设绳子与竖直方向夹角为α，由几何关系得合外力

    图2

    F=mgtanα.

    (1)

    由向心力公式得到

    F=mω2r.

    (2)

    由(1)(2)两式得

    (3)

    点评：课堂教学从何入手、如何破题，是一个关乎物理教学逻辑的问题.科学研究大都从普遍、感性的现象开始，而物理教学则需要把感性的现象抽象为一些特殊的物理模型.因此物理建模就是物理教学的重要抓手.本题较为简单，所有同学均能获得正确答案.设置本题的目的在于唤醒学生对圆锥摆模型的记忆，为解决后续问题做好铺垫.

    变式1：两根长度不同的细绳下面分别悬挂着小球，细绳上端固定在同一点，若两个小球以相同的角速度，绕共同的竖直轴在水平面内做匀速圆周运动，则两个小球在运动过程中的相对位置关系示意图正确的是

    学生：根据上一题的结果gtanα=ω2r，可知半径r越大，偏角α就越大.所以(A)(B)都是错的.(C)(D)都符合这个关系，我还需要想一想.

    学生思考中……

    教师启发：上式中含有两个变量tanα和r，那这两个变量之间是否存在某种关系呢？

    教师：非常好.小球的运动属于圆锥摆模型，h就是圆锥的高.若小球运动的角速度或周期相同，那么它们就会有相同的锥高.

    点评：变式1在基本题的基础上增加了绳长L这一变量，难度有所增加.在教师的启发下学生自主发现了锥高h这一关键量，为解决问题扫除了障碍.而教师在这个过程中应及时显化物理模型以及解决问题的科学方法，促进学生的认知向更高水平发展.

    变式2：拨浪鼓.

    有了上两题的台阶，教师完全可以放手让学生自己解决该问题.

    学生：小球做匀速圆周运动，角速度相同，受力分析如图3所示.

    图3

    拉力沿绳反向延长与拨浪鼓转轴交点为O，小球做匀速圆周运动的半径为r.由牛顿第二定律得

    mgtanθ=mω2r.

    点评：变式2在变式1的基础上又增加了悬点的不同.但有了上两题的铺垫，学生已经能够建立起圆锥摆模型，已经找到了关键量锥高，难题也就迎刃而解了.教师可在课后布置下题，以检验学生的学习效果.

    课后习题：如图所示，质量相同的小球1、2用细绳连接，小球1用细绳系于O点，两细线长度相同，小球1、2绕竖直轴OO′以相同的角速度做匀速圆周运动时，下列4个图中可能正确的是(空气阻力忽略不计)

    变式4：如图4，内壁光滑的玻璃管内用长为L的轻绳悬挂一个小球.当玻璃管绕竖直轴以角速度ω匀速转动时，小球与玻璃管间恰无压力.下列说法正确的是

    图4

    (A) 仅增加绳长后，小球将受到玻璃管斜向上方的压力.

    (B) 仅增加绳长后，若仍保持小球与玻璃管间无压力，需减小ω.

    (C) 仅增加小球质量后，小球将受到玻璃管斜向上方的压力.

    (D) 仅减小角速度后，小球将受到玻璃管斜向下方的压力.

    教师：首先请同学们思考，当角速度ω等于多少时小球与玻璃管间恰无压力？

    教师：请同学们根据这个表达式来判断下面的选项.

    学生：若仅增加绳长，ω不变，则摆角θ有增大的趋势，所以小球要挤压玻璃管上壁，上壁对小球有斜向下方的压力，所以(A)错误.(B)选项无压力，则摆角θ不变，增加绳长则需减小ω，(B)正确.摆角与小球质量无关，故(C)错误.当仅减小ω时，摆角θ有减小的趋势，故小球会挤压玻璃管下壁，下壁对球施加斜向上方的支持力，(D)错误.

    点评：通过连续设问，呈现物理模型、显化科学方法后，在原有圆锥摆模型的基础上引入临界问题，是对学生思维能力的进一步要求.通过此题训练学生敏锐地分析对摆角、临界角速度、半径等物理量之间的制约关系，加深学生对临界条件的理解.

    情境问题教学模式的核心是建模.情境问题大多来源于生活，其本质是未经加工的原始问题，而建模的本质是将原始问题简化、抽象为物理和数学模型.情境问题教学模式的抓手是问题.如何问？问什么？问题的质量将直接决定学生解决问题时的思维水平，进而影响课堂教学的质量和效率.以上仅是笔者在实践过程中的一些尝试和体会，希望起到抛砖引玉的作用.

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