陳蒼鵬

(杭州市十三中教育集團(總校)，浙江 杭州 310012)

問題就是矛盾,是教學的思路,而物理教學常常通過實驗來解決問題的．如何把兩者有效地整合為一體,是物理教學中常常思考的兩個問題．

1 問題導學的內涵及在實驗教學中的作用

1.1 問題導學的內涵

問題是教學活動的動力和起點,也是貫穿于教學活動的主線．問題是一種情景,一般包含三個要素:第一,初始情景,即問題的條件;第二,目標狀態(tài),即問題的結論敘述;第三,障礙,需要一定的方法才能找到結論．任何一個問題都要具備這三個要素,而且這三個要素是一個有機的整體,問題的條件與目標需要繞過一定的障礙才能達到．良好的問題一般特征:初始情景清晰、問題目標明確、可能的操作與運算都是確定的．[1]

問題導學是指教師對特定的教學任務中進行分解設計,以問題的方式呈現,在問題的引導下,學生進行問題解決的過程．問題導學是一種教學設計和課堂組織策略,有助于培養(yǎng)學生的問題意識與問題解決能力,對于提髙教學質量有很大的益處．

物理是一門實驗為基礎的學科,可以運用問題導學來促進物理實驗教學的有效實施,通過問題與實驗,提高學生的實證意識與批判意識,從而提高物理的思維能力．學習物理的過程實際上就是解決問題的過程,通過問題導學與實驗探究變灌輸式為引導式的方式,感受物理知識獲得、問題解決的策略與科學方法的多樣性,增強學生學習物理探究過程實驗體驗與問題思考．

1.2 問題導學的在實驗教學中的作用

教師要充分認識學生“問題導學”在教學中的意義,問題導學是有效推進實驗教學的一個手段與載體,只有“問題”才能更好地促使學生思考,學生才能更好地進行實驗探究,有效地進行變量控制、分析與綜合、概括與推理等方法,提高問題意識,從而提高問題解決能力,進而培養(yǎng)學生的質疑能力和思辨能力．

(1) 問題導學具有支撐實驗教學的作用.

問題導學目的是引導學生在問題解決的過程中鍛煉思維、培養(yǎng)技能、提高能力．在實驗教學中,問題導學的關鍵是創(chuàng)設好問題情境,教師要根據實驗教學目標、學生實際、教學內容精心設計問題情境,為“問題”設計好“初始情景”與“問題目標”,同時設計適度的障礙,即“跳一跳,摘到桃”,符合學生的最近發(fā)展區(qū),指引學生有效開展實驗,掌握解決問題的方法．

(2) 問題導學具有引領實驗教學作用.

問題導學具有引領學生自主探究的作用．學生面對復雜的物理問題,往往會遇到“障礙”而產生“困惑”,此時,可以引導學生通過問題導學進行自主思考與小組交流,在問題引導下,自主設計實驗方案、開展實驗活動,獲取有關數據并進行數據處理,進而得出結論．這時候的問題導學將學習任務分解為一個個較小的問題,幫助學生理解問題、分析問題和解決問題．

(3) 問題導學具有發(fā)現實驗問題作用.

問題導學不是要教師直接提出問題,而是通過創(chuàng)設實驗情景啟發(fā)學生自己提出問題,以及自己設計問題解決的方案．問題導學在于幫助學生在實驗過程中及時發(fā)現新的問題,引導學生及時記錄實驗現象并思考產生新問題的原因,進而引導學生考慮問題解決的方案,在解決實驗問題的過程中來提高解決問題的能力．

2 基于問題導學的實驗教學基本思想

2.1 以生成問題作為實驗教學的出發(fā)點

問題是解決學習任務的線索,一節(jié)課中,貫穿于學習始終往往是一個環(huán)環(huán)相扣的“問題串”．在實驗教學中,不僅僅是為了實驗而做實驗,也不僅僅是利用實驗“激發(fā)興趣”,更為重要的是要充分利用實驗情境誘導學生思考,在實驗情景中發(fā)現問題、生成問題和提出問題,這才是實驗教學的出發(fā)點,從而使學生自主產生 “問題串”．這樣就有利于學生的思維發(fā)展以及提高學生的問題解決能力,同時為新問題的引發(fā)創(chuàng)設情境、奠定基礎．

案例1.聲音在空氣中的傳播

師(設置問題情景):我們知道了聲音在固體、液體中能傳播,那么在空氣中能傳播嗎?

生:能,老師說話,我們都能聽到,就是通過空氣傳播而來的．

師(追問):老師說話的聲音,一定是通過空氣傳播到同學們的耳朵?

生(思考與交流):也有可能通過墻壁、桌子、地面、人體骨骼等固體傳播而來,當然也可能是空氣傳播而來．

師:嗯,這樣的話就難以斷定是哪一種物質傳播出來．那么如何設計實驗來進行探究空氣也能傳播聲音呢?

生1(思考與交流):能否把這些固體物質移掉?

生2:墻壁、地面怎么移掉呀?

生3:能否移掉空氣?可以的,把空氣抽掉!

師(豎起大拇指):很好,接下去利用“玻璃罩鐘、電鈴”等器材進行實驗,驗證自己的想法．

本案例中的實驗教學是以問題情境為起點,通過學生自主思考,產生問題,建立假設(或猜想),選擇問題解決的策略、制定與實施實驗方案,獲得事實與證據,以達到問題解決．以上過程就產生一系列問題串,前后富有邏輯,很有利于培養(yǎng)學生的思維能力．

2.2 以解決問題作為實驗教學的歸宿點

問題解決和實踐能力是相輔相成的,實踐能力的養(yǎng)成就是通過問題解決來實現,不解決問題,那就很難培養(yǎng)學生的實踐能力．問題解決能力也是實踐能力水平高低的一個標志,問題解決能力越強,其實踐能力也會越強．實踐能力是重要的核心素養(yǎng),也是我們教學中的一個重要目標．實驗教學中,要求實驗目標指向非常清晰、操作具有很強的程序性、認知活動相當活躍,這些特征與問題解決不謀而合．所以我們要把問題解決作為實驗教學的歸宿點．

案例2.聲波

聲波對于初中生來說,具有高度的抽象性,學生往往會誤會其中的原理．

師:聲音是以什么形式在介質中傳播呢?

生(多數學生的觀點):以老師的聲音為例,老師的聲音從前方傳到我這里的,因此,聲音會像子彈一樣從老師那里射過來的．

師:我們先來做一個實驗:將一支(或多支)點燃的蠟燭放在喇叭口附近,當喇叭播放較強的聲音時,請大家觀察蠟燭燭焰的搖晃情況．

生:看到燭焰左右擺動．

師:這是為什么呢?與大家提出的“聲音會像子彈一樣從老師那里射過來的”的觀點一致嗎?

生:不一致．燭焰在原位置左右擺動．

師:回憶一下,聲音是怎么產生的?從中能悟到什么?

生(思考與交流進行問題解決):物體的振動產生聲音．當喇叭向外振動時,壓縮鄰近的空氣使空氣變密,喇叭向里振動時,使鄰近空氣變疏,振動不斷,空氣疏密變化也不斷進行,使空氣氣壓發(fā)生不斷的改變,從而使燭焰發(fā)生左右擺動．

可見,實驗教學的價值就是把學生置于具體的、有意義的問題情境中,引導學生通過獨立思考、合作探究、師生互動等方式解決真實的問題．[2]

2.3 以拓展問題作為實驗教學的突破點

在問題背后與解決問題的過程中往往蘊含著讓學生難以認識到的新問題,通過實驗觀察、思考、交流來理解問題的本質,從而進一步完善學生的認知結構,拓展學生的思維空間,促使學生的思維更具有流暢性、深刻性、批判性和靈活性,提升學習力,因此,我們要在問題解決的基礎上,把拓展問題作為教學的突破點．

案例3.碘升華

在教材上,碘升華實驗是用酒精燈直接加熱“碘升華管”的方法．固態(tài)碘開始是在“碘升華管”的底端,稍稍加熱、冷卻后,看到固態(tài)碘“跑”到上端去了．于是下結論:固態(tài)碘可以直接變成氣態(tài)碘,這個現象稱之為“升華”,氣態(tài)碘遇冷變?yōu)楣虘B(tài)碘的過程,稱為“凝華”．

師:同學們對以上實驗及其結論有懷疑嗎?

生:沒有,書本上也是這樣的．

師(PPT呈現碘的小知識,問題拓展):碘的熔點為113.5℃．

生(交流):酒精燈外焰的溫度遠遠高于113.5℃,這樣加熱到冷卻,整個過程可能是“固態(tài)碘→液態(tài)碘→氣態(tài)碘→液態(tài)碘→固態(tài)碘”．那么實驗與結論不一致．

師(問題拓展):那么,液態(tài)碘為什么會看不到呢?

生:可能是碘的質量太小,加熱溫度過高,一旦出現就會立即汽化了．

師(問題拓展):有什么辦法不要出現“液態(tài)碘”而只是出現“固態(tài)碘→氣態(tài)碘→固態(tài)碘”呢?

生(思考與交流):我們采用“水浴法加熱”,即把“碘升華管”的下端泡在熱水(可以是開水)中一會兒,然后取出冷卻即可．這樣加熱,水溫肯定低于碘的熔點,可以避免出現液態(tài)碘．

學生立即著手做一做這個實驗,結果效果很好．

這樣的實驗,是把碘升華的過程充分予以暴露,把如何避免產生“液態(tài)碘”作為問題拓展點,從而有力地推動學生思維活動以及小組合作,從而開闊了思維,揭開了物理現象的本質,具有深刻的探究性．[3]

3 以問題為導向的實驗教學策略

3.1 合理確定實驗導向問題

一個實驗涉及的問題往往會比較多,有裝置本身問題、儀器質量問題、天氣問題、學生本身問題等等,教師為了體現“學為中心”的理念,一堂實驗教學課,過多追求“生成性”的問題,往往失去課堂的核心問題與重點問題,往往會被各種“問題”所牽制而分散精力,結果重點難點就不能突出出來,一節(jié)課的教學任務會不能如期完成,長此以往,很容易造成教學質量低下．

案例4.凸透鏡的焦點

在學習凸透鏡焦點時,通常通過以下實驗來教學:讓凸透鏡正對太陽光,拿一張白紙在它的另一側來回移動,直到紙上出現最小、最亮為止,再測出光斑到凸透鏡的距離．[4]

師:實驗之后有什么問題嗎?

生1:光斑到凸透鏡的距離,能不能算焦距?

師:可以近似的看成焦距．理論上說,焦距應該是焦點到光心的距離．

生2:那么考試的時候怎么辦?

生3:按照本實驗,焦點應該是最小、最亮的光斑,這個光斑是有一定的體積的,焦點有體積嗎?

師:是的,本實驗中,把這個光斑看成焦點,也是一種近似處理,焦點不能算作有體積的,焦點是一個點．光斑有體積的主要原因是由于太陽光是復色光,不同的色光折射率不同引起的,當然凸透鏡本身的厚度等因素也是其中的原因．

生4:考試中焦點有體積嗎?應該沒有吧?

如果教師一直被這種“考試時……”這樣的問題牽著走的話,那么這節(jié)課進度會很慢,學習容量會比較小,不利于教學．不過,學生所提的問題中,也有不少是主流問題,比如“光斑”的近似處理,焦距的近似處理,都是很好的問題,在教學中,把這些問題應該予以肯定,引導學生思考,并引導學生提出有效的物理問題．

3.2 及時捕捉實驗生成問題

發(fā)現問題是科學研究起點．愛因斯坦說,發(fā)現一個問題比解決一個問題更重要．在實驗中培養(yǎng)學生的發(fā)現問題、捕捉問題能力,捕捉問題的是推進觀察和思考的動力．觀察與思考是捕捉問題的關鍵所在．培養(yǎng)學生養(yǎng)成捕捉問題的習慣,要善于觀察實驗現象,并能夠從中找到自然規(guī)律,對實驗現象及時提出問題并解決問題,分析出事物的本質因素．

案例5.干冰升華實驗

教師用坩堝鉗把干冰從保溫杯中取出并舉起讓學生進行觀察,結果發(fā)現干冰周圍出現大量的白霧,不久,在坩堝鉗上又看到一些白花花的冰晶．

師:這些白霧是什么?為什么會出現白霧?

生:干冰熔化了,出現液態(tài)的二氧化碳．

師:常溫下,能形成液態(tài)的二氧化碳嗎?

生(思考與交流):是呀,不可能是液態(tài)的二氧化碳,應該是干冰升華迅速降溫出現的現象,是空氣中的水蒸氣遇冷液化、水再凝固成冰晶,甚至水蒸氣直接凝華成冰晶．

學生思考交流之后重新觀察實驗的全過程,發(fā)現了干冰升華所帶來的多元的物態(tài)變化,而不是簡單的干冰升華變?yōu)闅鈶B(tài)的二氧化碳．

因此,培養(yǎng)學生這種捕捉問題的能力在物理教學中顯得尤為重要．而科學問題的提出能夠有效地帶動學生思維,使學生的學習更加積極主動,同時也能夠提高學生辯證思維和創(chuàng)造性思維的能力．在解決問題的同時,學生思維的判斷及靈活性得到進一步鍛煉,進而形成創(chuàng)造性的科學精神．

3.3 適時解決實驗不足問題

實驗教學中,難免存在不足的問題,其中有的是因為實驗儀器不足,有的是因為實驗設計不足,有的可能是實驗原理選擇不當所致等等．在教學中,要適時解決因實驗不足帶來的教學問題,通過其他方法來彌補或改進其中的不足．這時,問題導

學有其存在的價值,我們可以結合實驗設計問題,形成問題臺階,層層遞進,逐步攻克實驗中的不足．問題導學可以從實驗本身出發(fā),也可以從學生較為熟悉的問題出發(fā)逐漸延伸到核心問題,并適時進行啟發(fā)與引導,幫助學生沖破瓶頸．

案例6.樂音與噪音

聲音可分為樂音與噪音．把悅耳的使人感覺到輕松愉快的聲音稱為樂音;把聽起來使人煩躁不安的聲音稱為噪音．教師通常通過舉例,比如馬路上汽車過來的聲音、工地發(fā)出的嘈雜的聲音等都是噪音．除此之外,老師也會通過實驗來加深理解噪音的含義,比如用力拍打桌子發(fā)出噪音,用唱歌的方式來演示樂音等．

這樣的教學,實際上不需要老師教學生也會知道,學生對知識的理解仍然停留在概念的表面上．這是因為這樣的實驗不足以引發(fā)學生思考與深化．我們可以利用“DIS數字化信息系統”來進行實驗,學生一邊“唱歌”、“奏樂”、“拍打桌子”、“吼叫”等方式進行實驗,一邊在電腦顯示屏上觀察樂音波形(圖1)與噪音波形(圖2)．之后可以引導學生進一步思考．

師:從圖1或圖2中,可以發(fā)現聲波有什么特征?

生:有一定的波長、振幅、周期．

師:樂音與噪音有什么不同之處?

生:樂音與噪音一個重要區(qū)別是物體振動有沒有一定的規(guī)則,樂音振動有規(guī)則、噪音振動不規(guī)則．

圖1 樂音的波形

我們可以看到,由于儀器設備不足的原因,教師對此教學只是表面性的進行實驗,如果條件許可的話,采用“DIS數字化信息系統”進行實驗,就能很好地解決了本問題,學生對于聲波、樂音、噪音,以及聲波的基本特征等都可以進一步作出分析,學生對問題的理解就從感性上升為理性理解．

總之,基于問題導學的實驗教學,實際上就是取“問題”與“實驗”所長,是一種整合性教學,把兩者的優(yōu)勢予以統合,提高實驗教學的效果．我們在物理教學中,更多的是以實驗作為基本方法,激發(fā)學生學習興趣,更重要的是引發(fā)學生在實際情境中思考事物的本質,而問題導學,也是通過創(chuàng)設情境,把學習任務逐級分解利于學生思考與理解,起到思維“導航”作用．因此,在物理實驗教學中,若能很好地設計問題與設計實驗,對于物理教學的推動是較大的．

1 張大均.教育心理學[M].北京:人民教育出版社,2003:184.

2 謝杰妹.初中科學問題生成與問題解決的互動策略[J].教學月刊·中學版,2013(4):16-17.

3 柏玉生.基于實踐的物態(tài)變化實驗的改進路徑[J].物理教學,2017(5):39-40.

4 朱清時.義務教育教科書·科學·七年級下冊[M].杭州:浙江教育出版社,2013:75.