基于问题为中心的教学设计与评析——例谈“力的分解”，本文主要内容关键词为：教学设计论文,分解论文,中心论文,例谈论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
以问题为中心的教学模式是将教学内容设计成一系列有内在联系、有思维力度和探究价值的问题，即问题链。以问题为教学的出发点，以问题链为教学的主线，以问题为教学的落脚点。让课堂教学围绕问题展开，用问题引导学生学习。学生基于教师设定的循序渐进的问题链，逐步掌握学习内容，实现学习目标。整个过程主要是以学生的自主学习为主，学生需要用到各种方面的技能，以辅助学习顺利进行（如设计实验、信息技术、与他人合作等）。同时，在学生的自主学习过程中，学生需要积极思考、辩证思维。因此，以问题为中心的教学模式，不仅能够促成学生学好一门课程，更重要的是锻炼了学生的整体素质，有效地培养了他们的自学能力和分析问题、解决问题的能力。
一、“力的分解”的教学目标与学情分析
力的分解的教学目标是：通过对日常生活中实际问题的分析，让学生初步掌握“实际问题中，一般要根据力的作用效果分解力”；让学生体验运用规范作图和直角三角形的知识求解分力的方法；知道一定条件下，分力可以远大于合力；培养学生“生活实例模型化”的思想方法。
力的分解是高中物理力学部分的基础内容之一，承接力的合成，依然是等效替代思想的具体应用。它是“力的合成”的逆运算，利用平行四边形法则进行力的分解，也是今后矢量分析的基础。本节课从知识内容和学生学情来看有两大突出特点，即：知识不难，难在应用；学生困惑，惑在实际。
二、“力的分解”的教学设计与分析点评
活动1：趣味游戏——把绳子拉直。
游戏内容：在绳子上挂上质量为2 kg的实心球后，两位同学“拼命拉”也无法把绳子拉直。
联系生活：生活中与之类似的实例有观光索道、悬索大桥、斧头劈柴等。
提出问题：为什么小游戏是一项不可能完成的任务？为什么悬索大桥的主缆不是绷直的？为什么用斧头就可以轻松地劈开木桩？
衔接过渡：通过本节课的学习，我们就可以找到分析这一类问题的基本思路和方法，也就能够知道其中的奥秘所在了。
【分析点评】创设问题情境，关注提出问题的过程。同样的问题，提出的过程不同，其效果也不同。在本课中通过小游戏（实验）的方式使学生在解决实际问题中，营造思维冲突的实验情境从而提出问题，这样以实验为背景提出的问题有明确的目标和任务，从而有效的激发学生进行探究的欲望。
活动2：概念构建——什么是力的分解？为什么要分解力？怎样分解力？
实验装置：将橡皮绳的两端固定在黑板上的A、B两点，并使橡皮绳处于原长。
设计意图：让学生体会F单独作用与
共同作用可以等效替代，回忆合力、分力、力的合成等概念，进而建立力的分解概念。
提出问题：除了图1中的分解方法，合力F还可以怎样分解？可以有多少种分解方法？
学生活动：演示合力F的不同分解方法，进而发现：在没有限制条件的情况下，一个力可以有无数种分解方法，即力的分解具有任意性。
学生活动：应该沿着AO、BO的方向分解合力F。
提出问题：（教师在黑板上画出AO、BO的延长线）两个分力的方向已经确定，分力的大小应该怎样确定呢？为什么可以这样做？
学生活动：画平行四边形，因为力的分解是力的合成的逆运算。
教师活动：规范画出力的分解图示（提醒学生注意观察画图的过程）。
提出问题：如果已知橡皮绳的劲度系数，我们还可以求出什么物理量？
学生活动：还可以求出橡皮绳的伸长量。
教师引导：橡皮绳的伸长量就是合力F的实际作用效果。刚才我们沿着AO、BO的方向分解合力F，就是沿着合力F的两个作用效果的方向分解合力F。其实不仅在橡皮绳实验中，在很多的实际问题中，为了解决问题的方便，我们通常都是按照力的实际作用效果分解力。
提出问题：按照力的实际作用效果分解力可以得到多少组解？为什么？
学生活动：唯一解，因为明确了力的作用效果也就明确了分力的方向。
衔接过渡：接下来，我们学习的重点就是“如何确定力的作用效果”。
【分析点评】“问题链”是以问题为中心教学中提出有效问题的策略之一。问题链的设计，是把一个复杂的、难度较大的问题分解成若干个相互联系、有内在逻辑关系的子问题（或步骤），或把解决某个问题的完整的思维过程分解为几个小阶段（小问题）。这样学生的思维由浅入深、由易到难、层层递进，逐步被引向新的高度。
活动3：自主探究——如何确定力的作用效果？
说明：我们研究方框内的部分，如图2所示。AB是竖直的支架，OC是有固定转轴的水平横梁，AC是钢绳，重物就悬挂在横梁与钢绳的交接点C处。
提出问题：重物的重力对塔吊产生的作用效果，我们是无法直接观察到的，该怎么办？请同学们利用系绳的笔、系绳钩码（50 g）设法构建方框内的塔吊模型。
学生活动：通过尝试与思考，多数同学都会想到用手充当塔吊的竖直支架。
提出问题：手指有怎样的感受？手掌有怎样的感受？这说明钩码的重力产生了怎样的作用效果？方向怎样？
学生猜测：钩码的重力产生了两个作用效果，沿绳拉绳、沿杆压杆的效果。
衔接过渡：我们根据自己的感受作出的判断可靠吗？我们可以通过如下页图3所示的实验装置加以验证。
教师演示：单独拉绳，与绳相连的弹簧伸长了；单独压杆，与杆相连的弹簧伸长了。在横梁上挂上钩码后，两个弹簧同时伸长了。
教师引导：通过对塔吊模型的分析，我们发现，在具体的实际问题中，力的作用效果往往是非常隐蔽的。但是，我们可以构建物理模型，通过身体感受力的作用效果、通过实验放大力的作用效果。
提出问题：大力士拉车、车夫拉黄包车、乘务员拉行李箱都是生活中经常可以看到的情景。我们可以把它们抽象简化成“斜拉物块”物理模型。请问，斜向上的拉力F产生了怎样的作用效果？
学生猜测：向上提物体和向前拉物体的效果。
提出问题：我们的判断可靠吗？请同学们利用系绳钩码（200 g）、电子秤设计实验探究拉力F的作用效果。
学生演示：（用实物展台展示过程）将钩码放在秤盘上，记下示数。斜向上拉钩码，示数减小了，说明有向上提物体的效果，钩码向前移动了，说明有向前拉物体的效果。
提出问题：明确了力的作用效果，也就确定了分力的方向。请同学们规范画出拉力F的分解图示。
学生活动：根据平行四边形定则画出力的分解图示。
提出问题：我们对斜拉木块模型的分析过程，其实就是按照力的作用效果分解力的一般过程，请同学总结力的分解的一般步骤。
学生归纳：首先，寻找力的作用效果，确定分力的方向；其次，画出平行四边形，确定分力的大小。
提出问题：小朋友沿着滑梯下滑、汽车上坡都是生活中经常可以看到的情景。我们可以把它们抽象简化成“斜面滑块”物理模型。请问，滑块的重力G产生了怎样的作用效果？
学生猜测：使物体下滑和使物体压斜面的效果。
提出问题：我们的判断可靠吗？请同学们利用钩码（200 g）、塑料直尺构建斜面滑块模型探究重力G的作用效果。
学生：直尺被压弯了，说明有压斜面的效果；钩码会下滑，说明有使物体下滑的效果。
提出问题：长长的引桥对汽车下桥有什么影响？
学生：下桥更安全。
提出问题：再如，从山底到山顶的公路为何要修成盘山路？为什么不直接从山底到山顶修一条笔直的公路呢？
学生：修成盘山路可以减小倾角θ，盘山路就相当于长长的引桥。
活动4：释疑解惑——为什么绳子不可能被拉直？
提出问题：（采访参与游戏的两位同学）你们在拉绳的过程中感觉到拉力在变化吗？是怎样变化的？
学生：越想把绳子拉直，感觉绳子上的拉力越大。
学生：可以用测力计直接测出拉力的大小，也可以沿着绳子的方向分解物体的重力，由平行四边形定则确定分力的大小，从而确定拉力的大小。
课件演示：根据画出的两个分解图示可以看出，夹角θ越大，分力越大，即绳上的拉力越大。
提出问题：如果夹角θ接近于180°，分力应该是多大？
学生：无穷大。
提出问题：请同学们利用数学知识写出分力的表达式。夹角θ越大，分力如何变化？θ接近于180°，分力应该是多大？
学生：夹角θ越大，分力越大，θ接近于180°，分力无穷大。
提出问题：请同学们总结分力与夹角θ之间的变化关系。
学生：夹角θ越大，分力越大。
提出问题：有前提条件吗？
归纳总结：合力一定且两分力大小相等，夹角θ越大，分力越大，而且分力可以远大于合力。
学生活动：利用橡皮筋和钩码体验分力与夹角θ之间的变化关系。
衔接过渡：如果将橡皮筋换成一根头发，会有什么现象发生呢？请同学们认真观看老师自己拍摄的一段视频。
教师引导：在如图6所示的实验中，我们可以记录头发的长度l=21 cm，钩码的总质量m=150g，头发断开瞬间两端点之间的距离d=11.5 cm，再利用数学知识计算出的值，从而测得实验中的头发所能承受的最大拉力
=0.9 N。其实，头发所能承受的最大拉力跟头发的长度、粗细等因素都有关系，同学们有兴趣的话，课后可以用老师的实验方法进行探究。
提出问题：同学们，这个实验虽然简单，但意义重大。比如，悬索桥的主缆为什么不是绷直的？
学生：如果绷直的话，主缆上会承受巨大的拉力，不安全。
教师引导：其实，为了确保大桥的安全，在设计阶段，工程师必须精确计算出主缆所要承受的拉力。
提出问题：如图7所示，为什么用斧头就可以轻松地劈开木桩？（教师说明：力F不是斧头受到的力，而是斧头对木桩施加的一个向下的作用力，这样标注是为了分析问题的方便。）
学生活动：先确定力F的作用效果，再画出力F的分解图示，可以发现分力比合力大得多。
【分析点评】活动3和活动4的设计有三个突出的亮点：（1）问题生活化，关注学生自主探究的内在需要和能力发展。这样的设计能使学生的情感、兴趣、动机都处于积极状态，能有效地把观察、分析、探究、讲解等有机地结合在一起，促使学生感受物理的科学性和实用性，培植学生将物理知识应用于生活和生产实际的意识，最终实现学生认识上的转化和飞跃；更重要的是，这样的设计能使学生在学习知识的过程中，体验到解决实际问题的策略和程序——“生活实例模型化→找效果定方向→画图形定大小”，从而使学生在掌握知识的同时，学会研究问题、解决问题的方法，使能力的提高贯穿在教学过程中，提高了教学的效率。（2）设计简易实验，关注身边的教学资源。能使学生在实验操作和实验探究过程中获得知识、发展技能、培养能力特别是创新能力。而简易实验具有取材方便、直观明了等特点。在本活动中许多实验器材都是学生身边现成的教学资源，如学生自己的身体（手）、水笔、厨房用电子秤、塑料直尺、橡皮筋、实心球、头发等。物理教学需要我们多做实验，做好实验，而探究性学习更需要大量器材的分组实验。因此，设计简易实验，利用好身边的教学资源，是物理教学中有效开展探究性学习的重要手段。（3）体验成功探究，关注积极情感的激发。本活动中设置了适合学生自主探究的6个实际问题（塔吊、大力士拉车、滑梯、不能被拉直的绳子、悬索桥、斧头劈木桩），并且教师对每个问题都进行了分解，确保学生顺利完成探究，从成功体验中激发出积极的学习情感。因此，在物理教学中，应尽力让探究活动成为学生才华展示的平台，成为积极情感有效激发的方式，使学生在知识和能力、态度与情感等方面都得到培育与发展。
活动5：课外拓展——查阅相关资料，自主学习解决问题。
衔接过渡：同学们，力的分解在日常生活中有着非常广泛的应用，请同学们课后查阅相关资料，思考以下两个问题。
提出问题：石拱桥为什么能够“屹立不倒”？
（请课后查阅《了解力学原理自制拱桥模型》一文）
提出问题：帆船为什么能够“逆风航行”？
实验装置：如图8所示，在小车（实验室）上安装一面用塑料板制作的“帆”，模拟帆船。
学生演示：面向左后方吹帆，小车向右行驶。
（请课后查阅《力的二次分解及应用》一文）
【分析点评】设计拓展问题，关注“以问引问”。教学的本真不是传授知识，而是激发学生的问题欲望，诱发他们产生更多的问题。“以问引问”中的第一个“问”是指教师提出问题，第二个“问”是指学生发现问题、提出问题。课后，同学们运用本节课所学知识寻找其中缘由的过程中必然会发现并提出新的问题，这就为学生的学习留下了出口，培养了学生对问题的兴趣和发现问题的眼光。
注：本节课在2013年江苏省高中物理优秀课评比活动中荣获一等奖。