Physics Jeopardy在物理習(xí)題教學(xué)中的應(yīng)用

何佳娜 祖米熱姆 陳麗曉 童瑜意 方偉

(上海師范大學(xué)數(shù)理學(xué)院 上海 200234)(上海師范大學(xué)數(shù)理學(xué)院 上海 200234；上海市星系和宇宙學(xué)半解析研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 上海 200234)

1 介紹

1.1 Jeopardy 的起源

Jeopardy問世于1964年，本意是“冒險(xiǎn)”的意思，是一款益智問答游戲節(jié)目，該節(jié)目的比賽以一種獨(dú)特的問答形式進(jìn)行問題設(shè)置，其涵蓋面非常廣泛，涉及到歷史、文學(xué)、藝術(shù)、流行文化、科技、體育、地理、文字游戲等等各個(gè)領(lǐng)域．根據(jù)以答案形式提供各種線索，參賽者必須以問題的形式做出簡短正確回答．與一般問答節(jié)目相反，參賽者需具備歷史、文學(xué)、政治、科學(xué)和通俗文化等知識(shí)，還得會(huì)解析隱晦含義、反諷與謎語等，而電腦并不擅長進(jìn)行這類復(fù)雜思考(Jeopardy本身有冒險(xiǎn)之意，國內(nèi)有將該節(jié)目翻譯成《危險(xiǎn)邊緣》的)．

1.2 國外對(duì)課堂中使用Jeopardy的研究

國外對(duì)于“Jeopardy ”應(yīng)用于課堂的例子比較多，比如Joan和Vinitia在2004年分析了在課堂中引用Jeopardy的四大作用[1]，具體為

(1)可以激勵(lì)學(xué)生更為積極地參與到課堂中，使他們承擔(dān)學(xué)習(xí)的責(zé)任；

(2)在課堂上可以發(fā)揮學(xué)生之間的團(tuán)隊(duì)合作能力；

(3)可以加強(qiáng)學(xué)生對(duì)先前所學(xué)概念的理解；

(4)給教師和學(xué)生提供了一個(gè)大家都喜歡的不一樣的學(xué)習(xí)氛圍.

Eric Loop 在“How to play Jeopardy in the Classroom”中具體談到了怎樣將Jeopardy 的游戲形式應(yīng)用于課堂[2]．

而將Jeopardy 與物理學(xué)科相結(jié)合的工作則是Alan Van Heuvelen和David P.Maloney在1997年發(fā)表的“Playing Physics Jeopardy”一文中完成的．該文中并沒有采用Jeopardy的比賽形式，而是采用了Jeopardy游戲中的“從答案到問題”的獨(dú)特思維模式，并將其命名為“Physics Jeopardy．在該文中一共介紹了“從等式答案到創(chuàng)設(shè)問題”及“從圖畫、圖表的答案到創(chuàng)設(shè)問題”兩種類型的具體實(shí)例[3]．

而在Lili Cui，Sanjay Rebello 和Andraw G.Bennett的文章中強(qiáng)調(diào)了“Physics Jeopardy”具有評(píng)估學(xué)生知識(shí)遷移能力的作用[4]．

國外對(duì)該游戲的研究表明它能夠提高教學(xué)的趣味性、刺激性、時(shí)效性，寓教于樂，是富有成效的課堂教學(xué)方法．

1.3 國內(nèi)對(duì)Jeopardy的研究

國內(nèi)對(duì)該游戲的研究并不多見．2009年王彥琳簡單介紹了在對(duì)外漢語教學(xué)中Jeopardy的應(yīng)用[5]，但并沒有在物理教學(xué)中運(yùn)用Jeopardy 的文章．

2 如何把Jeopardy 應(yīng)用于物理習(xí)題教學(xué)中

鑒于國內(nèi)外對(duì)“Jeopardy”的研究，筆者嘗試將“Jeopardy”中的游戲形式與《Playing Physics Jeopardy》中所提到的“從答案到問題”的思維模式同時(shí)引入物理課堂教學(xué)中，并對(duì)此做出相應(yīng)的修改和補(bǔ)充，力爭無論是從形式還是內(nèi)容都能將 Jeopardy的精華運(yùn)用于物理教學(xué)中．根據(jù)Jeopardy的特點(diǎn)，我們將其應(yīng)用到習(xí)題教學(xué)中，改變傳統(tǒng)習(xí)題教學(xué)中直接采用公式，進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算，而不考慮物理量、公式的真正含義，以及一些單位的使用不規(guī)范等弊端，以便更好地讓學(xué)生在物理游戲中，培養(yǎng)逆向思維能力、建模能力、團(tuán)隊(duì)合作能力，更能積極地參與到課堂中去，形成良好的師生互動(dòng)氛圍．我們結(jié)合前人工作，將“物理游戲”應(yīng)用于習(xí)題教學(xué)的策略總結(jié)為3類形式.

2.1 3種教學(xué)策略

2.1.1 從文字到創(chuàng)設(shè)物理情境的教學(xué)策略

此策略采用的是教師提供描述性的文字提示，學(xué)生根據(jù)文字提示，逆向構(gòu)建物理模型，創(chuàng)設(shè)包含文字所描述的問題情境．

2.1.2 從等式到創(chuàng)設(shè)物理情境的教學(xué)策略

此策略采用的是教師提供習(xí)題的答案等式，學(xué)生根據(jù)提供的等式中的物理量和單位，構(gòu)建物理模型，創(chuàng)設(shè)包含等式的物理情境，并用文字表述．

2.1.3 從分析圖表到創(chuàng)設(shè)物理情境的教學(xué)策略

此策略采用的是教師提供分析圖，學(xué)生根據(jù)分析圖中力的方向、符號(hào)、構(gòu)建相應(yīng)的物理模型，創(chuàng)設(shè)包含分析圖的物理情境，并用文字表述．

2.2 設(shè)計(jì)規(guī)則

為了使物理游戲達(dá)到預(yù)期的效果，學(xué)生應(yīng)了解游戲的規(guī)則和游戲的流程．游戲規(guī)則不僅要激發(fā)學(xué)生的參與熱情，還要有利于駕馭游戲和控制課堂，筆者根據(jù)國內(nèi)外對(duì)“Jeopardy”的研究，設(shè)計(jì)了如下游戲規(guī)則.

(1)關(guān)于分組.對(duì)于35人左右的班級(jí)，筆者建議分成7組左右，每組5人，可以按照學(xué)號(hào)順序?yàn)閱挝贿M(jìn)行隨機(jī)分組，也可以按照學(xué)習(xí)成績的高低進(jìn)行搭配，但分組時(shí)要注意避免讓學(xué)生意識(shí)到成績優(yōu)劣的搭配；

(2)關(guān)于答題流程.為了公平起見，游戲過程采用分組輪流回答；第一輪由抽簽決定答題順序，比如：第一輪是從第一組輪到第四組，那么第二輪就從第四組輪到第一組，第三輪的話可以從比分相對(duì)落后的那一組開始；

(3)關(guān)于分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì).答對(duì)加相應(yīng)的分?jǐn)?shù)，答錯(cuò)扣相應(yīng)的分?jǐn)?shù)，若一組回答錯(cuò)誤，允許下一組進(jìn)行回答，得相應(yīng)分?jǐn)?shù)；若一組回答不完整，允許下一組進(jìn)行補(bǔ)充回答，各得一半分?jǐn)?shù)；三輪累加分?jǐn)?shù)多的一組獲得最終勝利并獲得相應(yīng)的獎(jiǎng)勵(lì)；

(4)關(guān)于回答方式.所有回答均以問題形式呈現(xiàn)．

2.3 設(shè)計(jì)題目

筆者認(rèn)為一次比賽設(shè)計(jì)10～15個(gè)題目為宜，題目應(yīng)當(dāng)有一定的層次性、趣味性、挑戰(zhàn)性．所選的題目應(yīng)該來源于學(xué)生的易錯(cuò)點(diǎn)、知識(shí)的重難點(diǎn)，有利于學(xué)生能夠運(yùn)用逆向思維建模的典型題目．基于3種從答案到問題的教學(xué)策略，可以把游戲類別分為“文字類”、“等式類”、“圖表類”3個(gè)類別，如圖1所示.當(dāng)然游戲類別可以根據(jù)實(shí)際情況更改，比如期末復(fù)習(xí)時(shí)，可以按章為類別；章節(jié)復(fù)習(xí)時(shí)，可以以每小節(jié)為類別設(shè)置，每個(gè)類別下都設(shè)置了4～5個(gè)題目，如果是第一次使用物理游戲的話，也應(yīng)該設(shè)置相應(yīng)的范例，并且每個(gè)題目的分值不同．

圖1 “物理競答游戲”分值版

2.4 物理競答游戲應(yīng)用于習(xí)題教學(xué)的課程設(shè)計(jì)

2.4.1從文字答案到創(chuàng)設(shè)問題情境

師：現(xiàn)在輪到第三組選題，同學(xué)們想不想挑戰(zhàn)下自己？

于是第三組的同學(xué)選了20分的題，題目呈現(xiàn)如圖2所示.

第三組的同學(xué)開始討論．

三組同學(xué)甲：“本來這題很容易啊，就是誰提供向心力的問題，可是要?jiǎng)?chuàng)設(shè)具體情境，這得好好想想，什么情況下摩擦力提供向心力呢？”

這時(shí)老師也要鼓勵(lì)其他組要抓住機(jī)會(huì)，因?yàn)檫@題可能會(huì)有多種情況．

三組同學(xué)乙：汽車拐彎的時(shí)候就是摩擦力提供向心力的．”于是，乙同學(xué)站起來回答：“汽車拐彎的時(shí)候，誰來提供向心力？”

老師對(duì)乙同學(xué)的回答很滿意，她講到：“乙同學(xué)已經(jīng)能把簡單的文字轉(zhuǎn)換成生活中物理的模型了，那請(qǐng)其他同學(xué)想想還有沒有其他可能了呢？”

四組丙同學(xué)：“物塊在轉(zhuǎn)盤上無滑動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，也是靜摩擦力提供向心力，轉(zhuǎn)換成問題模式，就是，物塊在轉(zhuǎn)盤上旋轉(zhuǎn)時(shí)，誰來提供向心力？”老師對(duì)丙同學(xué)自告奮勇的回答點(diǎn)贊，說道這又是一種由靜摩擦力提供向心力的模型．那還有沒有其他模型了呢?

第一組同學(xué)?。骸袄蠋?，火車轉(zhuǎn)彎算不算 ”

老師一聽到這個(gè)答案，就想到同學(xué)們可能對(duì)汽車與火車的拐彎的，誰來提供向心力這一點(diǎn)還不是很熟悉．于是在黑板上畫了火車轉(zhuǎn)彎的示意圖．

師：“同學(xué)們分析一下火車受到哪些力？”

同學(xué)們：“重力、支持力”

師：“所以火車轉(zhuǎn)彎是火車自身的重力和鐵軌給火車的支持力的合力來提供向心力，所以火車轉(zhuǎn)彎不是靜摩擦力提供向心力．”

老師給第三組加了20分，給第四組加了10分，并寫下板書．

2.4.2 從等式答案到創(chuàng)設(shè)問題情境

師：“剛才我們已經(jīng)嘗試了從文字答案逆向推測文字問題，那么接下來，讓我們迎接下一個(gè)挑戰(zhàn)，從等式答案逆向推測出問題，請(qǐng)第四組選題．”

第四組的同學(xué)選的是10分的題，老師打開10分的題，如圖3所示.

圖3 等式類10分題

四組同學(xué)丙：“首先根據(jù)等式所給的單位和符號(hào)去推斷等式的含義．N1代表的是彈力，1.2×103kg根據(jù)單位判斷是質(zhì)量，9.8 m/s2表示的是重力加速度，20 m/s代表的是速度．”

他們討論得到：等式左邊分別代表的是物體所受的向心力由物體受到的彈力與重力的合力提供，等式的右邊是物體受到的向心力的表達(dá)式，彈力的方向與重力方向相反，豎直向上．

四組同學(xué)戊在紙上畫了受力分析圖，構(gòu)建了小車在通過凹面橋時(shí)的模型．

圖4 戊同學(xué)受力分析圖

四組同學(xué)己：“質(zhì)量為1.2×103kg的車，以20 m/s的速度駛過半徑為90 m的一段圓弧形凹橋面的最低點(diǎn)時(shí)，此時(shí)對(duì)橋面的壓力是多大？重力加速度取9.8 m/s2．”

師總結(jié)：“第四組的答題思路值得大家學(xué)習(xí)，他們很巧妙地分析了等式的左右兩邊的含義，也重視了單位的意義，在這基礎(chǔ)上構(gòu)建出了物理模型，然后再根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)出了問題情境，這次他們組出的題很棒．”老師給第四組加了相應(yīng)的分?jǐn)?shù)．并寫下板書.

2.4.3 從分析圖表到創(chuàng)設(shè)問題情境

師：我們的比賽還剩下最后一輪，請(qǐng)同學(xué)們要抓住最后的機(jī)會(huì)．我們進(jìn)入下一輪挑戰(zhàn)．”

第一組選的題是25分的題，老師打開25分的題，PPT如圖5所示.

圖5 圖表類25分題

這個(gè)類型與前面兩題的類型有些不一樣，老師可以提醒學(xué)生注意所給圖表上的符號(hào)．

經(jīng)過一系列討論，同學(xué)甲回答：“如圖甲所示，一輕桿一端固定在O點(diǎn)，另一端固定一小球，在豎直平面內(nèi)做半徑為R的圓周運(yùn)動(dòng)．小球運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)，桿與小球間彈力大小為N，小球到最高點(diǎn)的速度大小為v，N-v2圖像如圖乙所示,當(dāng)?shù)氐募铀俣仁嵌嗌伲俊?/p>

師：“第一組的回答得很棒，你們?cè)敢飧蠹曳窒硪幌履銈兊乃伎歼^程么？”同學(xué)甲：因?yàn)閳D甲并沒有說明是繩拉著球，還是球固定在桿上，只能從圖乙中尋找線索，根據(jù)我們組的同學(xué)乙分析，圖乙中，橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)分別是v2和N,根據(jù)圓周運(yùn)動(dòng)應(yīng)該分別代表的是向心速度的平方和彈力，而當(dāng)v2=0的時(shí)候，有N=a，根據(jù)繩球模型和球桿模型的臨界條件，說明是球桿模型，這樣圖甲基本已經(jīng)確定 ，接下來我們組開始分析圖乙的圖像代表什么，根據(jù)前面分析確定了a點(diǎn)球?yàn)樵谧罡唿c(diǎn)時(shí)所受的彈力 ，根據(jù)b點(diǎn)，當(dāng)N=0的時(shí)候，v2=b，也就是這時(shí)候只有重力提供向心力，這種情況也只能出現(xiàn)在最高點(diǎn)，根據(jù)以上分析，也就能求出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣攘?，所以我們?chuàng)設(shè)了上述問題．

師：“第一組的同學(xué)分析地很到位．提出的問題也很棒．但是這樣的提問是唯一的么？”

第二組的同學(xué)?。骸案鶕?jù)第一組的分析，其實(shí)還可以這樣提問，該小球的質(zhì)量是多少？”

師：“丁同學(xué)的提問很有水平，不過好像大部分同學(xué)有些疑惑，小球的質(zhì)量真的能求么？”

二組丁同學(xué)：“大家把剛才兩個(gè)條件分析的式子在紙上寫出來就知道了．”

師：“第一組的同學(xué)分析給其他同學(xué)提供了提問的靈感，也還可以這樣提問v2=c時(shí)，桿對(duì)球的彈力的方向等等，小小的圖像可以提出很多問題，重點(diǎn)是要分析對(duì)圖像的含義，建立正確的模型，很多困難就迎刃而解了．”

老師給第一組和第二組的同學(xué)分別加上了25分和12.5分．

3 總結(jié)

在物理專題復(fù)習(xí)、習(xí)題教學(xué)中采用“物理競答游戲”的形式，巧妙地將習(xí)題中學(xué)生的易錯(cuò)點(diǎn)、知識(shí)的重難點(diǎn)、典型題目與游戲結(jié)合．恰當(dāng)?shù)夭捎?種教學(xué)策略，寓教于樂，在學(xué)生做題的過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生從逆向思維解答習(xí)題，開闊了解題思路，加深了對(duì)物理概念的理解，培養(yǎng)了學(xué)生分析問題和解決問題時(shí)逆向思維能力，使學(xué)生在后續(xù)的做題中更加注重公式的意義，單位的書寫，題目中條件的使用等，在這個(gè)過程中也有利于培養(yǎng)學(xué)生的建模思想，而建模思想對(duì)促進(jìn)學(xué)生理解科學(xué)知識(shí)、科學(xué)方法以及科學(xué)本質(zhì)具有深刻意義，也是新課標(biāo)下核心素養(yǎng)所呼吁的．此外在課堂中引入Jeopardy教學(xué)還有利于進(jìn)行互動(dòng)式教學(xué)，提高學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力，增加習(xí)題課的趣味性，提高教學(xué)效果．

同時(shí)我們?cè)诓捎眠@種形式進(jìn)行習(xí)題教學(xué)時(shí)，教師首先要對(duì)所選的題目進(jìn)行篩選，并不是所有題目簡單地把答案和問題互換以后就能成為“物理游戲”的題目，教師在編輯題目的時(shí)候，也要考慮到一題多解的情況，教師一開始采用“物理游戲”時(shí)，題目不能過于復(fù)雜，要讓學(xué)生真正參與到游戲中去．其次，“物理游戲”不能太形式化，過于形式化會(huì)導(dǎo)致學(xué)生忽視知識(shí)本身．再次，“物理游戲”過程中，不管學(xué)生回答地對(duì)錯(cuò)與否，教師都一定要給與及時(shí)的反饋．