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问题驱动下的物理复习课教学——以《万有引力与航天》的复习为例


焦健生

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江苏无锡天一中学(214101)

[摘 要]复习课是课堂教学中的一个重要课型,采用什么教学方法来复习能够收到良好的教学效果呢?这是许多一线教师关注的问题。文章以“问题驱动教学法”复习高一物理《万有引力与航天》为例,探讨在复习教学中,通过“追问”式和“启思”式的问题链,让学生自己构建知识网络,应用知识解决物理问题的复习教学模式。

[关键词]问题;驱动;追问;启思

教学实际

眼下,课堂教学中除存在满堂灌的现象外,还有另一种现象,有些教师曲解新课程教学改革的目的,以为改变学生的学习方式,把课堂还给学生,就是放手给学生去学,即所谓的“放羊式”教学,这样的教学,课堂虽然还给学生了,但学生学起来往往出现盲目随意、不知所措、稀里糊涂等现象,学习效果非常不好,导致教师苦恼,学生痛苦。

人的思维往往决定了他的行为,思维有序,则行为有效;思维混乱,则行为低效。物理是一门逻辑性很强的学科,学生只有知道了所学知识的来龙去脉,才能真正理解和应用,因此,教师的教学思路深深地影响着学生的学习思路,影响着学生的学习质量,可以说,决定课堂教学效果好与坏的一个重要因素就是教师的教学思路是否清晰。因此,教师的主导作用是非常重要的。这个主导作用应重在“导”上,导是为了让学生能高质量地学,而不是放任学生漫无目的地学。

解决途径

人的思维,首先源于问题意识,接着人的大脑会根据已有的认知和经验去分析思考,并设法解决这个问题,在这个过程中,弄清问题的因果关系、有理有据地逻辑推理显得非常重要。学生的学习,尤其是理科学习,关键是在因果关系和逻辑推理中对所学知识的理解把握,复习课则着重理顺知识、构建知识网络,并在此基础上让学生能够应用所学知识解决问题。

问题驱动复习教学法,就是设置一个问题链,以问题链为线索,如图1所示,通过追问和启思,让学生将相对零散的知识形成串;通过应用和总结,提升学生的学习质量,达到牵一线而知全局的目的。

图1

实施案例

《万有引力与航天》一章是按照人类对天体运动认识由浅入深的过程编写的,重点落在万有引力的应用上,本章有四个重点知识:行星是怎样运动的?行星为什么这样运动?万有引力的应用有哪些?怎样发射人造卫星?笔者设置了相应的问题链,通过“追问”和“启思”完成本节课的复习,主要教学流程如图2所示。

图2

课题:高一物理《万有引力与航天》一章的复习课。

问题1:行星是怎样运动的?哪一位物理学家提出了什么观点很好地解决了这个问题?

学生回答:开普勒的观点,即开普勒三大定律:第一定律是轨道定律;第二定律是面积定律;第三定律是周期定律。

教师追问:周期定律中的K与哪些因素有关?

学生回答:只与中心体质量有关,也就是围绕同一中心体的行星的R3/T 2的比值相同。

学生练习:接着请学生完成例题1。

例题1】 关于开普勒行星运动的公式R3/T 2=K,以下理解正确的是( )。

A.K是一个与行星无关的常量

B.若地球绕太阳运转轨道的半长轴为R1,周期为T1;月球绕地球运转轨道的半长轴为R2,周期为T2,则

C.T表示行星运动的自转周期

D.T表示行星运动的公转周期

问题2:行星为什么这样运动?是哪一位科学家发现什么规律解决了这个问题?

学生回答:牛顿发现万有引力定律,并回答定律的内容、表达式、适用条件。

教师追问:表达式中的G叫作万有引力恒量。由英国哪位物理学家,用什么装置第一次精确测定?

学生回答:卡文迪许,扭秤装置。

问题3.万有引力有哪些应用?

学生回答:黑板上板演。1.天体质量、密度的估算,结合M=ρ(4πR3/3),求天体密度;2.求出地球表面的重力加速度,离地面高为h处的重力加速度。

教师追问:你解题的基本思路是什么?

学生总结:①F提供物体做圆周运动的向心力。②当不考虑星球的自转时,星球上物体的重力等于物体受到的万有引力。

学生练习:接着请学生完成例题2。

例题2】 地球绕太阳的公转可认为是匀速圆周运动。已知地球的半径为R,地球表面的重力加速度为g,地球绕太阳公转的周期为T。太阳发出的光经过时间t0到达地球。光在真空中的传播速度为c。根据以上条件推算太阳的质量M与地球的质量m之比

问题4:万有引力在航天技术上的一个重要应用就是人造卫星的发射,知道发射的过程吗?有几个重要环节?

学生回答:(1)发射过程,用火箭搭载卫星加速向上运动(超重)。

学生练习:接着请学生完成例题3。

例题3】 一物体在地球表面的重力为16 N,它在以5 m/s2的加速度加速上升的火箭中用弹簧秤称得重力为9 N,则此时火箭离地球表面的距离为地球半径的多少倍?

教师追问1:卫星怎样才能环绕地球运动?回忆一下三个宇宙速度。

学生回答:第一宇宙速度,第二宇宙速度,第三宇宙速度。着重要求学生写出第一宇宙速度的计算式。

学生练习:接着请学生完成例题4。

例题4】 在一个半径为R的行星表面以初速度v0竖直上抛一物体,上升的最大高度为h,则可求出此行星的第一宇宙速度v1= 。

教师追问2:会计算卫星在低空做匀速圆周运动时卫星运行的速度v、角速度ω、周期T、向心加速度a吗?

学生练习:接着请学生完成例题5。

例题5】 两颗行星AB各有一颗卫星ab,卫星轨道接近各自的行星表面,如果两行星质量之比为MA/MB=p,两行星半径之比为RA/RB=q,则两卫星周期之比Ta/Tb为( )。

A.

B.q

C.p

D.q

教师追问3:卫星如何从低空到高空做匀速圆周运动呢?

学生回答:通过在低轨加速变轨到高空。

教师追问4:如何变轨呢?

学生练习:接着请学生完成例题6。

图3

例题6】 发射地球同步卫星时,先将卫星发射至近地圆轨道1,然后经点火,使其沿椭圆轨道2运行,再次点火,将卫星送入同步圆轨道3,轨道1、2相切于Q点,轨道2、3相切于P点。如图3所示,则卫星分别在1、2、3轨道上运行时,以下说法正确的是( )。

A.卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率

B.卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度

C.卫星在轨道1上经过Q点时的加速度大于它在轨道2上经过Q点时的加速度

D.卫星在轨道2上经过P点的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度

问题5:地球同步卫星就是通过变轨进入高空的,请回答:(1)同步的含义;(2)它定点在何处?有哪些运动量是不变的?

学生回答:略。

学生练习:接着请学生完成例题7。

例题7】 地球的同步卫星距地面高为h,约为地球半径R的5倍,同步卫星正下方的地面上有一静止的物体A,则同步卫星与物体A的向心加速度之比是多少?若给物体A以适当的速度,使A成为在赤道平面内运行的近地卫星,则同步卫星与近地卫星的向心加速度之比为多少?

综上所述,教师通过五大问题将《万有引力与航天》一章的主干知识串成线,以追问和启思的方式,引导学生思维,这样的复习教学,教师教得畅通,学生学得顺畅!

(责任编辑 易志毅)

[中图分类号] G633.7

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