基于“問題解決型”的高中物理教學(xué)模式實(shí)踐

趙惠松

（浙江省桐鄉(xiāng)市鳳鳴高級中學(xué)，浙江 桐鄉(xiāng) 314500）

基于“問題解決型”的高中物理教學(xué)模式是教師在教學(xué)過程中通過設(shè)置一定的問題情境，提供引導(dǎo)和給予所需的有關(guān)資源，讓學(xué)習(xí)者在問題情境中探索解決辦法，從而使學(xué)習(xí)者通過自身的努力獲取問題解決技能、優(yōu)化問題解決策略和內(nèi)化物理學(xué)科知識.通過這樣，可以在一定程度上提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng).

“問題”是該教學(xué)模式的第一基本要素，在問題解決型教學(xué)單元中，“問題”起著舉足輕重的作用，它是學(xué)生學(xué)習(xí)的起點(diǎn).在該教學(xué)模式中，學(xué)生（學(xué)習(xí)者）是第二基本要素，它是整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)的中心，問題是為學(xué)生服務(wù)的.如果離開了學(xué)生的積極參與和對問題的積極探索，“問題解決型”的教學(xué)模式就不能成功，也失去了教學(xué)的意義.本教學(xué)模式的第三基本要素是教師（指導(dǎo)者），教師要為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一定的問題情境，提出相應(yīng)的問題，當(dāng)然問題也可以由學(xué)生本人或通過討論提出.在整個(gè)問題解決過程中，教師還是一名引導(dǎo)者和教練員，是學(xué)生問題解決的評價(jià)者和資源的提供者.

基于“問題解決型”的高中物理教學(xué)模式有其獨(dú)立的內(nèi)容和流程，下面以人教版高中物理選修3-1教材第一章中“電容器的電容”為例來闡述該教學(xué)模式的基本內(nèi)容和操作策略.

（1）從學(xué)習(xí)順序來說，問題應(yīng)該是初次遇到的、新穎的、生動的.

過去的教學(xué)，基本上是為教師好教而設(shè)計(jì)的，是一種以教師或課本為中心的教學(xué).實(shí)踐表明，這種教學(xué)難以適應(yīng)現(xiàn)代青少年的生存狀況，它是我們的教育難以帶來人自身的創(chuàng)新和拓展，教師苦教，學(xué)生苦學(xué)的狀況，正在受到?jīng)_擊.現(xiàn)代教育觀認(rèn)為，學(xué)生不僅是教育的對象，更應(yīng)當(dāng)是一種教育資源.學(xué)生的全部既有經(jīng)驗(yàn)、智慧、知識和學(xué)習(xí)的內(nèi)在積極性，都應(yīng)當(dāng)為教師的教學(xué)所用，應(yīng)當(dāng)成為動力之源、能量之庫.由此可知，問題的來源和問題的解決都應(yīng)該利用好學(xué)生這種活性資源.

筆者在高中物理選修3-1教材“電容器的電容”的教學(xué)前，曾找?guī)讉€(gè)學(xué)生，先讓他們對本節(jié)內(nèi)容預(yù)習(xí)幾分鐘，然后圍繞3個(gè)問題展開話題：① 預(yù)習(xí)后你想到了什么？② 你沒有弄清楚的是什么？③你對本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)有什么建議？通過聊天，可以得到很多信息，這些信息都是在學(xué)生前知識和前概念的基礎(chǔ)上獲得的.為了能客觀反映事實(shí)，這些學(xué)生分別是在學(xué)業(yè)水平好、中、差各個(gè)層次中選擇.通過這樣的聊天，我們在課堂上呈現(xiàn)問題情景的方式能盡可能地與現(xiàn)實(shí)中的一樣.

在“電容器的電容”的教學(xué)中，我們可以設(shè)置這么幾個(gè)問題：

問題1：電容器有什么作用？

問題2：電容器內(nèi)部結(jié)構(gòu)是怎么樣的？是不是很復(fù)雜？

問題3：電容器是如何儲存電荷的？

問題4：電容器外殼上的“100μF 6.3V”表示什么意思？

問題5：平板電容器的電容與哪些因素有關(guān)？

問題6：電容器有哪些種類？

（2）學(xué)生研究某些問題時(shí)可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)程度，自主判斷或推理.

上述問題“電容器有什么作用”的研究中，教師可通過以下的演示實(shí)驗(yàn)：用耐壓為380V，電容為400μF的電容器插入市電充電，后短路放電，可以觀察到電火花.教師在學(xué)生得到感性認(rèn)識的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主判斷，最后得出電容器的作用是儲存電荷這個(gè)結(jié)論.

在解決“電容器內(nèi)部結(jié)構(gòu)是怎么樣的？是不是很復(fù)雜？”這一問題時(shí)，教師可以事先提供一些紙介電容器（如日光燈起輝器里的電容器），讓學(xué)生動手拆卸電容器.通過學(xué)生親手實(shí)踐，使他們認(rèn)識到電容器是由兩個(gè)正對的金屬板組成，中間夾著絕緣物質(zhì)——電介質(zhì).

（3）學(xué)生在個(gè)人化學(xué)習(xí)中所獲得的知識和技能再返回于師生互動研討上，可以強(qiáng)化學(xué)習(xí)效果.

在研究“電容器外殼上的‘100μF 6.3V’表示什么意思？”時(shí)可以這樣安排教學(xué)片斷：

投影并分析：各種電容器外殼上除了商標(biāo)和型號外還有兩個(gè)數(shù)據(jù)“100μF 6.3V”，不同的電容器這兩個(gè)數(shù)據(jù)也不相同.下面我們一起來討論一下這兩個(gè)數(shù)據(jù)的含義.

圖1 電容器充放電示意圖

實(shí)驗(yàn)演示：連接好實(shí)物圖（電路圖如圖1），對電容器進(jìn)行充、放電，觀察現(xiàn)象，特別是觀察電流表的偏轉(zhuǎn)角度；改變電源電壓，重復(fù)對電容器進(jìn)行充、放電，觀察每次充、放電時(shí)電流表偏轉(zhuǎn)角度的變化.

師：在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中你觀察到了什么現(xiàn)象？得到什么結(jié)論？

現(xiàn)象：電源電壓小，電流表指針偏轉(zhuǎn)角度較小，反之則較大.

結(jié)論：電流表指針偏轉(zhuǎn)角度的大小可以判斷電容器帶電量的多少，由實(shí)驗(yàn)可知，電容器兩極板所帶電荷量Q隨兩極板電勢差U的變化而變化，兩極板電勢差U減小，它所帶的電荷量Q也減小，反之亦然.

師：我們把電容器所帶電荷量Q和兩極板間的電勢差U的比值，叫做電容器的電容，用C表示，

上式表明，要使電容器兩極板間的電勢差U達(dá)到一定值，所需電荷量Q越大，電容器的電容就越大，由此可知電容C表征了電容器容納電荷的本領(lǐng)大小.

實(shí)驗(yàn)演示：規(guī)格不同的兩個(gè)電容器用同一電源充電，再進(jìn)行放電.

師：在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中你觀察到了什么現(xiàn)象？

圖2

現(xiàn)象：不同電容器充、放電時(shí)，電流表指針偏轉(zhuǎn)角度不一樣.

結(jié)論：不同的電容器在電壓相同的情況下儲存電荷的本領(lǐng)是不一樣的.

實(shí)驗(yàn)演示：如圖2所示，底面積不同的兩個(gè)容器裝水，在水的高度差相同的情況下，右邊的容器所裝的水量多.

師：類比一下，電容器的電容與裝水容器的高度、底面積中哪個(gè)量相似？

師生研討，得出結(jié)論.

結(jié)論：電容器的電容C與裝水容器的底面積相似.

師：容器底面積是容器的性質(zhì)，只與容器本身有關(guān)；相類似，C是電容器的一種特性，只與電容器本身有關(guān).

師生互動，得出結(jié)論，C由電容器本身決定，與Q和U無關(guān).

師：在國際單位制中，電容的單位是法拉，簡稱法，符號F.1F＝1C/V.法拉的單位太大，常用的電容單位還有微法（μF）和皮法（pF）.1F＝106μF，1F＝1012pF.師：現(xiàn)在大家應(yīng)該知道了上面第一個(gè)數(shù)據(jù)的含義了吧，它是電容器的電容，表示電容器儲存電荷的本領(lǐng)大小.

師：如果有一個(gè)容積為100mL的容器，能不能裝200mL水？

師：那么電容器儲存電荷有沒有限度呢？

討論：相類似，電容器儲存電荷有一定的限度，電容器外殼上所標(biāo)的數(shù)值為電容器的額定電壓，即電容器在這個(gè)電壓下可以長時(shí)間工作.

（4）學(xué)生在研討和個(gè)人化學(xué)習(xí)中進(jìn)行自我總結(jié)，并將學(xué)習(xí)所得融入到自己原有的知識和技能中.

圖3

在處理“電容器是如何儲存電荷的？”時(shí)學(xué)生在研討后將所得融入到原有知識中，從而提高了學(xué)生解決問題的能力.教學(xué)片段如下：

師：為了解決這個(gè)問題，我們來做下列的實(shí)驗(yàn).

實(shí)驗(yàn)演示：連接實(shí)物圖（電路圖如圖3所示），開關(guān)先合在1處，觀察現(xiàn)象，再合在2處，觀察現(xiàn)象.

師：現(xiàn)在我們來討論一下，為什么開關(guān)合在1處時(shí)電流表指針偏轉(zhuǎn)后又恢復(fù)，合在2處時(shí)電流表指針偏轉(zhuǎn)后也恢復(fù)原狀？并注意指針的偏轉(zhuǎn)方向.電容器又是如何儲存電荷的？

學(xué)生思考并得出結(jié)論.

結(jié)論：開關(guān)合在1處時(shí)，電流表指針偏轉(zhuǎn)，說明電流表中有電荷通過，最后到達(dá)極板，電源使電容器二極板分別帶上等量異種電荷，也就是說電容器儲存了電荷.我們把電容器的一個(gè)極板所帶電荷量的絕對值，叫做電容器的帶電量，用Q表示.當(dāng)電容器兩板電勢差等于電源電壓時(shí)，電流為0，所以電流表又恢復(fù)原狀；合在2處時(shí)電容器兩板正負(fù)電荷互相中和，有電流產(chǎn)生，電流表指針偏轉(zhuǎn)，方向與第1次時(shí)相反，后電容器不帶電，兩極板間電壓為0，電流消失，電流表恢復(fù)原狀.

師：我們把使電容器帶電的過程叫做充電，使電容器正負(fù)電荷互相中和的過程叫做放電.

圖4 電容器充放電微觀解釋

多媒體演示：電容器的充、放電.（微觀解釋，如圖4所示）

師：由于充電，電容器兩極板帶等量異種電荷，兩板間存在電場，此時(shí)電容器所儲存的能量叫電場能.

師生共同交流：充電：電能——電場能；放電：電 場 能——電能——內(nèi)能.

基于“問題解決型”的高中物理教學(xué)模式，有助于培養(yǎng)學(xué)生的主體意識、主動精神、創(chuàng)造欲望、創(chuàng)造思維和創(chuàng)造能力.這種模式的優(yōu)點(diǎn)在于，更多地開發(fā)了學(xué)生這一資源，通過使學(xué)生更多地介入教學(xué)各個(gè)環(huán)節(jié)，從而改善教學(xué)的效果以及學(xué)生對學(xué)習(xí)的體驗(yàn).它有助于革新教師的教學(xué)理念，確立教學(xué)工作必須圍繞學(xué)生的“學(xué)”，力戒從教師的“教”出發(fā)的思維習(xí)慣.但不可否認(rèn)的是，任何創(chuàng)新都會隨著社會的進(jìn)步，環(huán)境的變化而落伍被淘汰，所以盡管是最新的理論與實(shí)踐，都應(yīng)該與時(shí)境的遷移相適應(yīng).所以我們在實(shí)施該教學(xué)模式過程中，也要不斷地進(jìn)行調(diào)整，使它能適應(yīng)于時(shí)代，適應(yīng)于社會，適應(yīng)于學(xué)生.

1 郭思樂.素質(zhì)教育的生命發(fā)展意義［J］.教育研究，2002（3）：9－13.