浅谈物理课堂教学中问题情境的创设

谈物理课堂教学中问题情境的创设桐乡第一中学    罗  成
摘  要：本文以认知心理学的研究为指导，与当前物理教学实际联系，总结了以问题解决学习下的物理课堂教学中问题的创设，提出物理课堂问题的提出应遵从实用性、实际性、交互性、生活性的原则。
关键词：物理教学、问题、教学主体、能力、知识建构
一、            问题的提出
现代认知心理学的研究表明：获得是一个主动的过程，是学习者以现有经验为基础，主动地调整、重组认知结构的过程。学习者不应是信息的被动接受者，而应该是知识获得过程的主动参与者。高中物理学科的学习不仅在于传授知识，也在于学生在获取物理知识的同时，有所创新，其思维意识，思维习惯有所进步，能在物理课程的学习中提高各方面的能力。
物理课堂教学过程应该是以不断地发现问题、提出问题、探索问题并解决问题的方式来获取新知识的问题性思维过程。解决问题首先是发现并提出问题，因此，在教学中，应强调“问题的创设和解决”，力图在创设与解决问题的过程中，使教师的教和学生的学有机地统一起来。
二、            课堂教学中问题的创设
1、  以教学需要而创设问题
成功的教师会精心设计课堂提问，提出更多的问题，有更多的思维时间和反馈机会，并在问题的解决过程中进一步抓住教学内容的重点和难点，发展思维；同样，有些青年教师也在课堂上有很多的问题问学生，但却起不到相应的效果。这就说明课堂问题不在于多少，而在于是否满足课堂教学的需要。
例如：有一位教师，在讲述《超重和失重》时，从复习牛顿第二定律和牛顿第三定律入手，因此向学生提出问题：“牛顿第二运动定律的内容是什么？”学生很快就把牛顿第二定律的内容大声回答出来了：物体的加速度跟所受的合外力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。该老师觉得这个问题没有起到相应的效果，不能深入，因此，下一个问题换了一个提问方法。因此，他拿出一个弹簧秤，让其悬挂一5牛顿的钩码，先让学生观察弹簧秤的示数，回答出所测的钩码的重力，再问弹簧所受的拉力为多少，弹簧为什么会有弹力，弹簧被拉长的原因，钩码被挂起的原因，再问学生弹簧所受的拉力与弹簧对钩码的拉力是否相等及其方向关系，最后总结出牛顿第三定律：作用力和反作用力大小相等，方向相反，作用在同一直线上。整个过程中让学生回答了十多个问题，其目的却是为了引出新课“超重和失重”。这样，不但不能起到所期望的效果，相反，从上课伊始就让学生迷失了方向，不能把握住本节课所授内容的教学重点。
同样是讲《超重与失重》，另一位老师直接从学生实验入手，让学生观察站在磅秤上不动时磅秤的示数和站在磅秤上突然下蹲或突然起立时磅秤示数的变化，让学生寻找几次实验磅秤读数不同的原因。经过实验，学生很快提出“在突然下蹲时，磅秤读数跟在太空中称体重有点像”，从而进一步提出了在平常在生活或故事中所说的“失重”的概念，把课堂教学带入了本节课的中心内容。学生也因此能很清楚的知道本课的重点在于分析产生超重和失重的原因在于物体有向上或向下的加速度，要分清物体处于超重还是失重状态，关键在于对物体进行受力分析，并利用牛顿定律来解决此类问题。
因此，我们在课堂教学中，在创设问题情境时，一定要为了知识的构建的需要而设计问题，而不能仅仅为了问学生而提出问题，不能单纯地为了“制造”课堂气氛而问学生问题。
2、以学生的思维发展需要创设问题
问题解决学习是一种积极主动的学习，它能使学习者的思维活动具有明确的目的性和方向性，能使学习者在已知与未知，旧知与新知之间做出联想，建立起自己的知识结构，形成自己独立的认知结构。要利用问题去解决学生的学习问题，启发学生的思维，并在这一过程中培养学生的主体意识，发展学生的主体能力，拓展学生的认知结构，就要求在课堂创设问题情境时，要以学生为主体，为学生的思维发展需要创设问题。
如在“分子运动论”的教学过程中，学生在学习中的问题主要是：“分子的大小和质量是多少？如何计算出分子的质量和大小？”而为了解决这个问题就必须从学生实际的思维出发，根据教学内容，设计如下一些问题：
（1）、什么叫摩尔？多少算一摩尔？
（2）、阿伏加德罗常数的数值是多少？
（3）、怎样利用单分子油膜法测分子的直径和大小？
（4）、根据阿伏加德罗常数，计算出一个水分子，一个铜原子，一个氧分子和一个氢分子（在标准状况时）的大小和质量各是多少？
同时，为了加强学生感性认识，还应补充有关离子显微镜的有关知识，并把用单分子油膜法测分子直径的实验作为学生课外实验，让学生在学习中的问题与学习者生活中的问题统一起来，真正做到解决学习者在学习中的问题。
同时，为了适应学生的思维发展需要，老师在创设问题时必须要做到阶梯性，问题出要有序地提出，并要在问题的提出过程中做到逐步的深入。
例如，让学生观察不同的演示实验：
(1)、让线圈的一部分切割磁感线，产生感应电流；
(2)、当磁铁插入或拔出线圈时，线圈内有感应电流；
(3)、用滑动变阻器改变线圈A中的电流强度，线圈B中也产生感应电流。
在学生观察后归纳产生感应电流的条件时，我们设计如下的系列问题：
问：闭合电路中产生感应电流的条件是什么？
答：闭合电路中磁通量变化。（这答案很可能是学生看了课本上的结论）
问：你是怎么想到从磁通量的角度进行思考呢？
此时，学生无言以答。
问：实验（1）中，磁场变吗？
答：不变。
问：线圈变吗？
答：线圈的大小在变。
问：在实验（2）中，磁场变吗？
答：变。
问：线圈变吗？
答：不变。
问：两个实验有共同点吗？共同点是什么？
答：通过线圈中磁感线条数在变。
这样通过一问一答的引导和深入，学生找到了真正的答案，即在闭合电路中产生感应电流的条件是：通过闭合电路的磁通量发生变化。
为了验证和加深学生对这个条件的认识和理解，再由学生自己分析实验（3）中产生感应电流的过程：线圈A中通过的电流由于滑动变阻器阻值的变化而变化，同时，由此电流而产生的磁场也在变化，所以此时通过线圈B的磁通量发生变化，此时产生感应电流的前提依然是通过B的磁通量变化。
这样，通过有序的问题深入，不断地启发学生的思维，既可使教学内容和教学重点落到实处，又能启发学生不断的从自己的学习中提出问题，解决问题，提高学生的创新能力和解决问题的能力。
3、问题要注重交互性，注重论辩在课堂交流中的作用
问题该怎么问，这就要考虑问的方法，若教者老问：“对不对？”“是不是？”“好不好？”等问题，让学生齐声回答，看上去学生积极参与，老师认真启发，实质上是追求表面热闹，而没有真正启发学生思维，这是不可取的。
建构主义的教学论主张：通过问题解决来学习。强调教学过程和探索性，变学生盲目接受和被动记忆为自我探索、积极建构知识。如果我们只让学生回答是或不是这样判断性的问题，而不让学生真正参与到问题的创设和解决中来，这样课堂也就失去了该有的开放性。课堂教学要强调学生是知识的积极建构者，而教师要在学生建构知识时，扮演好学生建构知识的支持者的角色，让课堂教学围绕师生交流，生生交流展开，在这样的交流中构建“师生互动，生生互动”的有机协作机制。
因此问题的创设应根据学生思维发展的特点和教材要求，有目的有计划地进行，调动学生学习的主观能动性，课堂教学必须符合民主化原则，问题创设要体现平等的师生关系和和谐、自由的教学氛围，使问题真正成为打开学生思路的钥匙。
这样，我们在问学生问题时，就应少问学生“是不是？”而要多问几个诸如：“你对这个问题有什么看法？”；“你能不能再从其他的方面来分析我们所面对的问题？”等这样的问题。同时，让学生成为课堂的主体，就应该鼓励学生敢于提问，善于提问，对学生提出的问题，也不一定得由老师给出答案，而应通师生间的交流和相互启发，或学生之间的讨论来得出最后的结论。在这样的交流中，让每个人都成为解决问题的主角。通过讨论，可以引起争辩，激活学生思维，在交换意见中相互启发，相互质疑，取长补短，加深理解。讨论，有利于学生自己发现错误，找到答案，其效果远远大于教师给他们纠错。同时，在师生交互，生生交互的问题情境下，可以激发学生对物理学习的兴趣，培养合作精神，学生中“英雄所见略同”者之间彼此增加收益，因此获得“共生效应”。
例如，在一节辅导课上，有一名学生提出一个问题：从水龙头放出水时，特别是水流量不大时，有些很有趣的现象：如在水龙头的出口处，水流柱的大小和水龙头的口径一样，但一下流，水流柱就变小，而且越往下，水流柱越小；而且在水流柱变小时，如在水龙头出口，水流的形状是一个球形的弯曲，而不像圆锥一样逐渐变小？
针对这个问题，我先把问题分解成两个问题：（1）为什么水流柱越往下越细，且到一定的高度水流柱会断开，形成不连续的水滴？（2）为什么水龙头出口的水的形状像“球形漏斗”而不是普通的“圆锥形漏斗”？然后把学生分成两组，组织自由讨论，自己则作为一个“自由人”，随时作为一个讨论者给学生们提供“参考意见”，“水流下落时，该也是自由落体运动？”，“吹气球时，气球的膨胀也是球形的，原因在于气球表面的张力”。分别把学生们引导到利用自由落体运动的规律和液体表面张力及分子运动论分别作为解决问题的依据。经过讨论，有时甚至是争论，学生们终于“自豪”地宣布：问题已经解决！并派出代表宣布了他们各自小组的讨论成果。
一、在水流下落时，水滴作匀加速运动，在相等的时间内，流出的水量相同，但先流出的水经过一段时间的加速，其速度较大，在相同的时间内通过的距离越大，即等量的水，长度较长，这样就只能通过缩小横截面积来保持体积相同了。而且在相等的时间间隔T内，每段水柱下落的高度差S是恒定的，即△S=aT2。
第二组的同学更是自豪：你们只是照搬了课本的结论，我们的问题更有研究价值。当液滴在空气中时，液滴表面被汽化，因此，液滴表面层分子间距离变大，分子间表现为引力，由于每个表层分子间的引力作用，在液滴表面形成一个表面张力，正是这个张力，使液体表面不得不被“捆”成球形。
通过以问题为主的交流，不仅成功的解决了问题，而且学业生兴趣盎然，做到了真正的交互，真正的主动学习，培养了学生思维的广阔性和罗辑性。
c
a
b
d
再如，为了让学生更加清楚左手定则和右手定则的应用情境，设计如下的题目：图中金属棒ab可在固定的平行导电轨道上无摩擦地滑动，磁场方向垂直导轨平面向里，若用力F拉ab使它向右运动，则cd的运动情况如何？
经过分析，学生知道，cd要运动是因为要受磁场力的作用，因此一定有电流流过cd，但对于电流方向判断却有可能出现问题。即ab所受力F与流过ab的电流方向的关系到底应适用左手定则还是右手定则？课堂上，持两种观点的学生都有，因此，我让两种观点的同学各自发表自己的意见，特别是对持错误观点的同学，进行重新引导，使其回到正确的方法。
问：为什么你会想到对ab 中的电流方向判断用左手定则？
答：因为ab受到力F的作用，受力就该用左手定则。
问：这个向右的力是安培力（磁场力）吗？
答：好象不是。
问：那这个力起什么作用？
答：使ab向右运动。
问：既然F的作用是使ab右运动，而且F是一个外加的拉力，而不是磁场力，F的方向与电流方向有无关系？
答：应该是没关系的。
问：拉力向右的进一步含义是什么？
答：ab向右运动。
问：ab在磁场中运动，产生什么现象？
答：切割磁感线，产生感应电流。
问：既然是切割磁感线产生感应电流，我们该如何确定感应电流的方向？
答：用右手定则。
通过引导和对话，学生们终于明白了左手定则适用于电流在磁场中所受磁场力的判断，而不能仅看是否有力的出现。并对右手定则的应用上也有了更深的认识。
4、  创设问题情境要有情趣性和生活性。
有关学习的问题有两类：一类是“学习中的问题（question in learning）”，另一类是“学习者的问题（learner’s question）”，两类问题有相对的独立性，又是相互依存的。在问题情境的创设上，既要从解决学生在学习教材中发现或发掘出来的问题，又要从学生生理的，心理的，社会的三个层面所反映出来的问题着手，让学生真正成为课堂问题的主体，成为课堂教学的主体。
传统的中学物理教学强调理论的完整性、系统性，与科学技术，生活实际联系的不够，对问题的处理过于理想化，模型化，诸如“看成质点的小球，轻杆，光滑水平面”等理想模型的设置使物理教学与生活脱节。而当前，物理知识的应用早已深入到人们生活的方方面面和社会生产的各个领域，许多内容和客观实际与物理知识有着直接联系。为了把枯燥的物理符号和公式堆积变成丰富多彩的物理大餐，就要求把物理问题与物理知识和生活实际紧密结合起来，弥补理论联系实际的不足，使物理教学充满情趣。
因此，中学物理教学要尽量让生活走入课堂，把课堂教学延伸到学生的生活中去。教师要做观察生活、生产的有心人，将生产、生活中的实际现象转化为物理问题。但在创设问题时，要求教师从学生的生活实际和思维能力的实际出发，要选择身边的事例，所选事物要为学生们所熟悉，同时，所设计的问题不能太难或过易，让学生能地“跳一跳，摘桃子”，让学生在解决问题的过程中获得成功的快乐，激发学生的探索精神和学习兴趣。
如在学习了电磁振荡和电磁波后，我们要求学生们回家把家中微波炉的说明书看一看，找找在微波炉工作的过程中，有哪些问题是我们可以用所学知识解释的。并设计了下面的情境问题：
微波炉是微波技术在炊具方面的具体应用，商用微波炉的频率为915兆赫，多用于烘烤，干燥和消毒，桐乡一些杭白菊生产厂家所选用的白菊微波加工设备一般就是这种商用微波炉；家用微波炉的频率为2450兆赫，用于烹饪、煮食物。家用微波炉是一种利用微波的电磁场能加热食物的新型灶具，主要由电磁控管、波导管、微波加热器、炉门、直流电流、冷却系统、控制系统、外壳等组成。接通电源后，220伏交流电经变压器，一方面在次级产生3.4伏的交流电对磁极管加热，一方面在次极产生2000伏高压电经整流加到磁控管的阴、阳两极之间，使磁控管产生频率为2450兆赫的微波，微波输送至金属制成的加热器（炉腔），快速震荡食物内的蛋白质、脂肪、糖类、水等分子，使分子之间相互碰撞、挤压、摩擦、重新排列组合。简而言之，微波炉是靠食物本身内部的摩擦生热原理来烹调。
微波炉有以下的特性：
反射性：微波碰到金属会被反射回来，故采用经特殊处理的钢板制成内壁，使微波来回穿透食物，加强热效率。
穿透性：微波对一般的陶瓷器、玻璃、耐热塑胶、木器等具有穿透作用，但不被其吸收，因此，这些物体不会发热。
吸收性：容易被含水分的物体吸收。各类食物可吸收微波，致使食物内的分子经过摩擦产生热量。
依据以上的材料，完成以下各题：
（1）导体能反射微波，绝缘体可使微波透射，而食物通常含有的成分是水，较易吸收微波能转换成热，故在使用微波炉时应（    ）
A、 用金属容器盛放食物后放入炉内加热；
B、 用陶瓷容器盛放食物后放入炉内加热；
（2）若上述家用微波炉中的变压器的初级线圈为2200匝，求其次级线圈的匝数。
（3）某公司既生产商用微波炉，又生产家用微波炉，而且均采用LC电路产生微波，为了零件的统一，选用了自感系数为L的线圈和一可变电容，求此可变电容的电容调节范围。
问题提出后引起了学生们的很大兴趣，有的学生不但找到了家中所用微波炉的说明书认真研究，还到白菊工厂去参看观。对所列出的几个问题也能很准确的进行判断和计算。再如上面举到的关于水龙头出水的问题，也有很强的生活性的情趣性，对于提高学生在平常生活中观察能力和分析能力是很有帮助的。
此外，创设情境问题，还可以从科技发展的现状出发，如向学生介绍磁流体发电机，神舟号飞船的发射等，这些问题都能引起学生的强烈兴趣，让物理课堂变得更加实际，更加生动，同时也培养了学生的科学精神和创新精神。
创设问题情境的实质在于揭示事物的矛盾或引起主体内心的平衡状态，从而唤起思维，激发其内驱力，使学生进入问题探索者的角色，真正卷入到学习中。物理教学要让学生在问题解决中学习，就要更进一步提高教师创设问题情境的能力，要让学生能在问题的解决中提高能力，让学生在问题的探索中发现自己的长处，找到成功，也要通过问题的提出和解决加强物理学科对学生的吸引力，从而能让学生自主学习，积极发现，通于探究。提高学生学习物理的能力和解决问题的能力，从而在以后的生活和学习中取得满意的成绩。
参 考 文 献
1         周久瞵。从素质教育的要求谈中学物理教学改革。中学物理教学参考。2000.12
2         赵魁元、廖岩。物理课程问题。长春：辽宁师范大学出版社。2000.4
3         陈金贵。新情境问题的教学策略。中学物理教参考。2001.1-2
4         梁旭。谈课堂物理问题的设计。教学月刊。2000.11
5         董一锋。习题教学中学生创新能力的培养。教学月刊。2000.12
6         郑和钧、邓京华等。高中生心理学。杭州：浙江教育出版社。1993.2