基于實驗的物理問題式教學

蔡冬陽

摘 要：突出物理學科特點，以物理實驗呈現(xiàn)問題，把實驗植入教學過程中的各個環(huán)節(jié)，形成實驗問題鏈條開展教學活動。實驗情境的設(shè)計注重新舊知識的相互聯(lián)系，搭建學生思維起點的臺階，形成教學支架，使學生能夠操作并樂于探究。教學過程突出學生的主體作用，構(gòu)建師生“共振”的課堂。

關(guān)鍵詞：基于實驗；物理問題式；問題鏈條

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2016）3-0005-4

物理是一門實驗和科學思維相結(jié)合的科學。在物理學中，概念的形成，規(guī)律的發(fā)現(xiàn)和理論的建立都是以實驗為堅實的基礎(chǔ)，同時也貼近生活實際，許多物理問題都與生活實際密切相關(guān)。物理教學就應“以物明理”，設(shè)計實驗營造問題，通過實驗誘發(fā)并解釋問題。一個成功的實驗往往比“千言萬語”更能說明問題，更有說服力。

建構(gòu)主義主張，教學要呈現(xiàn)知識的發(fā)生過程，加強知識和實際情景的聯(lián)系，提高學生對知識的意義建構(gòu)的理解能力。基于實驗的物理問題式教學是以物理實驗設(shè)計呈現(xiàn)問題，搭建思維起點的臺階，使學生感受到情景中的問題，有疑慮而提出問題，師生以問題鏈條為主線來展開教學活動。

1 設(shè)計實驗營造問題氛圍，作為教學的開端

“當學生對魚沒有興趣的時候，自然排斥漁。只要學生對知識沒有內(nèi)在需求，教學就必然是灌輸?！盵1]“學生是意義的主動建構(gòu)者，教師是學生意義建構(gòu)的幫助者、促進者和指導者?！盵2]這就要求教師在教學過程中應注意激發(fā)學生的學習需求，幫助學生形成學習動機，引導學生發(fā)現(xiàn)各種各樣的問題，激發(fā)探索欲望和學習興趣。以實驗呈現(xiàn)問題引入教學，其直觀性、形象性和真實性可以引發(fā)學生的好奇心和求知欲，讓學生進入主動學習的狀態(tài)，積極求解問題，促進學生的自主學習。

建構(gòu)主義認為學生在日常生活和學習過程中，已經(jīng)形成了相當?shù)慕?jīng)驗，每個人都以自己的方式看待事物。因此，教學不能無視學生已經(jīng)形成的經(jīng)驗，不能簡單、生硬地對學生進行新知識的灌輸或填充。而是要把學生現(xiàn)有的知識經(jīng)驗作為新知識的增長點，強調(diào)他們對知識的處理和轉(zhuǎn)化。這就需要教師設(shè)計引入實驗時，要注意營造新舊知識的認知沖突，使學生頭腦中形成懸念，或創(chuàng)設(shè)新舊知識相聯(lián)系的問題情景，激發(fā)學生探索知識的欲望和學習的興趣，再引導學生從原有的知識經(jīng)驗中“生長”出新的知識經(jīng)驗。

例如，高中學生剛開始學習“閉合電路歐姆定律”時，頭腦中對電路的經(jīng)驗是：電池是沒有內(nèi)阻的，電路也只是部分的，電池個數(shù)越多，加在電阻兩端的電壓也較大。我們可以創(chuàng)設(shè)這樣的實驗引入新課。如圖1所示，用一節(jié)新電池和兩節(jié)舊電池對同一規(guī)格的小燈泡供電，讓學生猜想哪個燈泡比較亮？實驗結(jié)果出乎大多數(shù)學生的意料，一節(jié)新電池供電的燈泡較亮！這時，學生頭腦中的舊經(jīng)驗和眼前的真實實驗現(xiàn)象產(chǎn)生了“矛盾”沖突，自然就會產(chǎn)生問題：為什么通過一節(jié)新電池供電的燈泡電流比兩節(jié)舊電池供電的燈泡電流大？影響通過燈泡電流大小的因素來自哪里？問題驅(qū)動任務(wù)，學生的探究欲望便會油然而生，學習的興趣也會被觸發(fā)。

又如，學習“牛頓第三定律”時，我們可以讓學生做這樣的小實驗引入教學：兩只手分別拿紅綠兩種顏色的氣球并相互擠壓產(chǎn)生明顯的形變，讓學生觀察實驗現(xiàn)象，并要求學生從紅綠氣球的形變和受力的關(guān)系來討論這個實驗能說明什么問題。這樣的問題產(chǎn)生緣于學生動手所做的實驗，思考的問題和學生自己已經(jīng)掌握的知識相聯(lián)系，能力要求接近學生“最鄰近的發(fā)展區(qū)”，學生“跳一跳就可以摘到桃子”，學生自然有興趣開展學習與探索。

2 設(shè)計實驗形成問題鏈條，貫穿教學的過程

“最好的學習方法是讓學生去現(xiàn)實世界的真實環(huán)境中去感受和體會，而不是僅僅聆聽別人的介紹或講解?！盵3]建構(gòu)主義認為，學生并不能直接把知識貯存到自己的記憶中，而是通過經(jīng)驗與外界的作用來建構(gòu)新知識，這種作用是需要介質(zhì)的。因此，物理教學活動應該注意提供介質(zhì)——實驗情景，讓學生面臨一個需要立即解決的真實問題，自始至終都圍繞問題而展開。問題不僅是教學的開端，還應該貫穿教學的全過程。通過設(shè)計實驗形成問題鏈條，讓實驗成為問題鏈條的最好媒介，使教學內(nèi)容具有實驗性和探究性，使學生都在實驗的基礎(chǔ)上解決問題，都需其有“理”的依據(jù)的思維方式。

根據(jù)前蘇聯(lián)著名心理學家維果斯基的“最鄰近發(fā)展區(qū)”理論，我們可以認為，在學生的學習活動中，對于所要解決的問題和原有能力之間可能存在差異，但通過教學活動，學生在教師的幫助下可以消除這種差異，這個差異就是“最鄰近發(fā)展區(qū)”。因此，我們在設(shè)計實驗形成問題鏈條時，就要創(chuàng)設(shè)學生借助自身已有的知識去解決新的問題的實驗情境。根據(jù)學生的“最鄰近發(fā)展區(qū)”來建立教學中的“支架”，引導學生積極參與實驗探究活動，通過師生、生生間的交流與溝通，達成對問題的理解和解決，支持學生不斷地建構(gòu)自己，不斷地掌握、內(nèi)化所學的知識，促進學生認知能力的提升。

例如，在“閉合電路歐姆定律”教學時，學生已從引入的實驗中猜想：通過小燈泡電流的大小應該和電池的內(nèi)阻有關(guān)。我們可以設(shè)計如圖2的實驗，當閉合S1、S2，滑片P向右移動的過程中，學生會觀察到電源兩端的電壓增大，從實驗現(xiàn)象思考問題：閉合電路的電壓（電源電動勢）由幾部分電路電壓構(gòu)成？由此分析得出結(jié)論：在閉合電路中，可以分為內(nèi)電路和外電路，有內(nèi)電壓和外電壓。繼而引導學生思考問題：閉合電路中，電源電動勢與內(nèi)電壓和外電壓有何定量關(guān)系？我們提供原電池實驗，如圖3所示。師生共同進行探究，問題是：只閉合S1，V1的讀數(shù)表示什么？閉合S1、S、S2，V1和V2的讀數(shù)又表示什么？他們之間有什么關(guān)系？調(diào)節(jié)滑動變阻器，從V1和V2的變化又可以說明什么？然后才得又如，在“牛頓第三定律”教學時，對于紅綠氣球的擠壓實驗，學生可以利用已學到的知識，即力的作用效果解釋氣球的形變是由于力的作用。從紅綠氣球都產(chǎn)生形變知道這種作用是相互的，從形變凹陷方向可知這種作用的方向是相反的。因而，學生可以從定性的角度理解力作用的相互性及相互作用力的方向。有了感性的認識，我們可以設(shè)計如圖4的定量實驗讓學生做隨堂實驗，自己完成如下問題的探究：作用力與反作用力的大小關(guān)系、方向如何？學生完全可以從彈簧秤的讀數(shù)，A、B彈簧秤受力方向總結(jié)出作用力與反作用力的大小及方向的關(guān)系。

這樣的問題式教學完全基于學生的生活經(jīng)驗和真實體驗，學生對問題的解決是學生實驗探究的結(jié)果。通過基于實驗的問題鏈的創(chuàng)設(shè)，學生對新知識的學習經(jīng)歷從感性認識到理性認識的過程體驗。上述的“閉合電路歐姆定律”和“牛頓第三定律”的教學過程強調(diào)了實驗的功能和問題的驅(qū)動作用，突出學生對知識的主動建構(gòu)，避免老師簡單、生硬地灌輸和填充，體現(xiàn)“給學生些事情去做，而不只是給學生些知識去記”[1]的新教育模式。

3 設(shè)計實驗拓展問題范疇，延伸教學的歸宿

教育心理學認為，知識學習主要是學生對知識的內(nèi)在加工過程，包括知識獲得、知識保持和知識提取3個階段。課堂教學是學生知識獲取、鍛煉能力和提高各種技能的主要途徑，而知識保持和知識提取更大程度依靠學生課后對知識的回顧和鞏固。因此，物理問題式的教學活動不僅應以問題為開端和主線，而且還應以問題為終結(jié)和延伸。我們應該充分利用課后的實驗，拓展問題范疇，幫助學生加深對物理概念或物理規(guī)律的理解，使學生在延伸遷移環(huán)節(jié)中舉一反三，觸類旁通。

例如，“閉合電路歐姆定律”的課后，我們可以設(shè)計如圖5的實驗，提出探究問題：比較新舊電池的內(nèi)阻。要求學生分別測量新舊電池供電條件下的路端電壓，并根據(jù)燈泡和電池的參數(shù)求出新舊電池的內(nèi)阻。體驗相同電源電動勢條件下的不同供電電壓，理解電源內(nèi)阻對路端電壓的影響，熟悉閉合電路歐姆定律表達式及其應用。

又如，學習“牛頓第三定律”后，我們應該提出一些問題讓學生自己通過小實驗或?qū)嵺`活動深度理解定律內(nèi)容，如“小孩和大人掰手腕，小孩總是輸”，“雞蛋碰石頭，雞蛋破裂，石頭沒事”是否不符合牛頓第三定律？如何分析？引領(lǐng)學生學以致用，解決生活中的實際問題。“自由落體運動”的課末，一定要預留時間讓學生做一做如圖6的實驗，以“如何算出你的反應時間”的問題作為教學的結(jié)束。讓學生帶著問題去回顧自由落體運動規(guī)律及利用自由落體運動模型解決實際問題，使學生對當前學習內(nèi)容所反映的規(guī)律與其他事物的內(nèi)在聯(lián)系達到較深刻的理解，提高學生對知識的遷移應用能力。

4 基于實驗的物理問題式教學應該注意的幾個問題

（1）教學要以實驗呈現(xiàn)問題，以問題鏈條為主線，突出實驗在教學中的作用。在課前、課中、課末和課后盡可能地設(shè)計物理實驗植入教學，形成問題鏈條，使問題生成于實驗也解決于實驗。給學生提供豐富的、基于實驗的感性認識和理性認識，讓學生在實驗中學習物理知識，使學生勇于實驗、樂于探究、勤于思考，促進學生對知識的主動建構(gòu)和遷移應用。

（2）實驗的設(shè)計要考慮學生的實驗能力和新舊知識的聯(lián)系，要使學生能夠把已有的知識遷移到后續(xù)的學習中，去解決新問題。設(shè)計的實驗要重視新舊知識之間的聯(lián)系，結(jié)合學生原有的實驗能力和思維能力，使實驗具有可操作性和問題生成性。學生才有參與實驗、積極操作的欲望，才有可能通過實驗發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，這樣的課堂才有效率。

（3）突出學生的主體作用，構(gòu)建師生“共振”課堂。知識不是通過教師傳授得到，而是學生通過一定的情境，借助教師和同學的幫助，通過意義建構(gòu)的方式而獲得。要把學生始終作為“問題式”課堂的教學主體，引導學生通過實驗發(fā)現(xiàn)問題；通過討論把問題深化以加深學生對所學內(nèi)容的理解；通過實驗誘發(fā)學生自己解決問題和總結(jié)規(guī)律，實現(xiàn)“以講授為主”的課堂向“共振式”課堂的轉(zhuǎn)變。

參考文獻：

[1]張卓玉.構(gòu)建教育新模式[M].長沙：湖南教育出版社，2013.

[2]曹寶龍.學習與遷移[M].杭州：浙江大學出版社，2009.

[3]（美）加儂，柯蕾.宋玲，譯.建構(gòu)主義學習設(shè)計[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2008.

（欄目編輯 趙保鋼）