CPS模式融入高中物理课堂——以“单摆”一节教学为例

CPS模式融入高中物理课堂——以“单摆”一节教学为例

邓蒙

云南省泸西县泸源普通高级中学

摘要： CPS教学模式是以问题为核心，通过生成问题、提出方案、论证质疑和生成方案四个环节探索解决问题的方法。本文把CPS教学模式融入到高中物理的单摆教学中，注重培养学生的创造能力。

关键词：CPS；问题解决；创造力；单摆

创造性问题解决（Creative Problem Solving）,简称“CPS”模式是由美国学者帕恩斯提出来的。该模型以问题为基础，为解决问题展开多项探索活动，以创造性思维设计大量方案并进行论证，之后从中选取最合适的解决方法。

第一阶段：生成问题

教师展示钟摆，并提出疑问：摆锤是做单摆运动，来回摆动的时间就是单摆的周期，那决定单摆周期的因素有哪些？

学生思考并进行猜想：与物体的质量有关，与摆长有关，与摆幅有关 ……

教师：上面我们提出的变量有三个，要逐一确定他们对周期的影响，那要用到什么方法？

学生：控制变量法

接下来是本阶段的关键环节，学生通过查找相关资料生成问题。

教师：我们在探究的过程中要解决哪些问题？

学生1：采用控制变量法怎样确保其它物理量不变？

学生2：怎样确定单摆的周期？

学生3：确定影响单摆的因素之后，这些因素与周期是否可以用公式表示出来，如果可以那么公式是什么？

……

教师创设情境并通过问题引导的方式，带领学生们一起大胆猜想、寻找资料以及探索问题，从而确定焦点所在，整个过程不仅锻炼了学生的发散与聚敛思维， 而且也使学生体会了建模、控制变量等科学方法[1]。

第二阶段：提出方案

这个阶段教师要求学生以小组为单位进行讨论，根据生成的问题，提出解决方案。

方案一：

如图所示，用两根等长的细线将两个摆球栓在同一高度，控制振幅不变，让两摆球偏离一定角度并保持平行后同时释放，如果摆动同步就说明周期一样。

大部分同学根据查阅资料，利用方案1，即使有些不同点，也是大同小异，学生在实验中出现错误时，教师应及时纠正，保证之后的实验顺利展开。

方案二：部分学生注重实验中的比较效果，从而设计了方案二。

实验方案二相对于方案一来说有两个创新点，首先做实验的摆球都是乒乓球，只不过一个装满沙子，另一个装满面粉，这样的设计保证了摆球体积、大小相同的同时，又可以随意改变其质量，体现了科学的严谨性。其两个摆球同时进行实验，比较效果一目了然。

有学生在实验的过程中提出了一个疑问，实验中的摆长是从摆线的端点到摆球的中心距离，还是到摆球重心的距离？为了解决这个问题，大家分析和讨论提出了以下的实验方案。

   学生根据方案三做实验，发现两种情况下的周期也不同，从而说明了单摆周期由摆线的一端到摆锤重心的距离决定，所以可得结论摆长是到摆锤重心的距离，而不是中心的距离。

提出方案是“CPS”模式的核心内容，以问题为中心，学生进行思考与讨论，对方案进行描述与整理，展开头脑风暴不断探索以寻找最佳的解决方法。

第三阶段;论证质疑

在这一阶段教师需要创造一个论证的环境，首先让学生们分享自己的方案，再彼此之间提出质疑、互相说服，最后再修改与完善，从而寻找最优方案。

第四阶段：落实方案

通过之前的学习，学生已经知道了单摆振动的周期与摆球质量、振幅无关，但与摆长有关，摆长越长，周期也越长。现在我们需要进一步探究摆长与周期的定性关系。

把细线固定在铁架台上，下方拴着摆球，一位同学把摆球拉离一定角度（注意角度要偏小）自由释放，另一位同学计时，当摆球经过平衡位置时开始数数，多次测量求周期的平均值，从而减小实验误差，最终整理成表格进行记录、并绘制成图。

    这一阶段要求学生们落实方案，在探究的过程中给予评价，最后利用聚敛思维对实验结果进行总结。

总结：CPS教学模式是在解决问题的过程中注重学生创造力培养，强调学生的主体地位，教师在课堂中更多的是起引导作用。在提出问题的过程中培养学生的发散思维和聚敛思维，从而培养学生的创新能力。

参考文献

[1]周佳. 基于“CPS”模型的“库仑定律”教学案例分[J].物理教师.2020(41).

[2] 洪维贞,傅求宝,邢海根.单摆实验的探究[J].物理实验.2020(7)

1