基于問題導(dǎo)學(xué)的初中物理實驗教學(xué)

陳蒼鵬

(杭州市十三中教育集團(tuán)(總校)，浙江 杭州 310012)

問題就是矛盾,是教學(xué)的思路,而物理教學(xué)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(xué)中常常思考的兩個問題．

1 問題導(dǎo)學(xué)的內(nèi)涵及在實驗教學(xué)中的作用

1.1 問題導(dǎo)學(xué)的內(nèi)涵

問題是教學(xué)活動的動力和起點(diǎn),也是貫穿于教學(xué)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(biāo)狀態(tài),即問題的結(jié)論敘述;第三,障礙,需要一定的方法才能找到結(jié)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(jī)的整體,問題的條件與目標(biāo)需要繞過一定的障礙才能達(dá)到．良好的問題一般特征:初始情景清晰、問題目標(biāo)明確、可能的操作與運(yùn)算都是確定的．[1]

問題導(dǎo)學(xué)是指教師對特定的教學(xué)任務(wù)中進(jìn)行分解設(shè)計,以問題的方式呈現(xiàn),在問題的引導(dǎo)下,學(xué)生進(jìn)行問題解決的過程．問題導(dǎo)學(xué)是一種教學(xué)設(shè)計和課堂組織策略,有助于培養(yǎng)學(xué)生的問題意識與問題解決能力,對于提髙教學(xué)質(zhì)量有很大的益處．

物理是一門實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科,可以運(yùn)用問題導(dǎo)學(xué)來促進(jìn)物理實驗教學(xué)的有效實施,通過問題與實驗,提高學(xué)生的實證意識與批判意識,從而提高物理的思維能力．學(xué)習(xí)物理的過程實際上就是解決問題的過程,通過問題導(dǎo)學(xué)與實驗探究變灌輸式為引導(dǎo)式的方式,感受物理知識獲得、問題解決的策略與科學(xué)方法的多樣性,增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理探究過程實驗體驗與問題思考．

1.2 問題導(dǎo)學(xué)的在實驗教學(xué)中的作用

教師要充分認(rèn)識學(xué)生“問題導(dǎo)學(xué)”在教學(xué)中的意義,問題導(dǎo)學(xué)是有效推進(jìn)實驗教學(xué)的一個手段與載體,只有“問題”才能更好地促使學(xué)生思考,學(xué)生才能更好地進(jìn)行實驗探究,有效地進(jìn)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(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑能力和思辨能力．

(1) 問題導(dǎo)學(xué)具有支撐實驗教學(xué)的作用.

問題導(dǎo)學(xué)目的是引導(dǎo)學(xué)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(xué)中,問題導(dǎo)學(xué)的關(guān)鍵是創(chuàng)設(shè)好問題情境,教師要根據(jù)實驗教學(xué)目標(biāo)、學(xué)生實際、教學(xué)內(nèi)容精心設(shè)計問題情境,為“問題”設(shè)計好“初始情景”與“問題目標(biāo)”,同時設(shè)計適度的障礙,即“跳一跳,摘到桃”,符合學(xué)生的最近發(fā)展區(qū),指引學(xué)生有效開展實驗,掌握解決問題的方法．

(2) 問題導(dǎo)學(xué)具有引領(lǐng)實驗教學(xué)作用.

問題導(dǎo)學(xué)具有引領(lǐng)學(xué)生自主探究的作用．學(xué)生面對復(fù)雜的物理問題,往往會遇到“障礙”而產(chǎn)生“困惑”,此時,可以引導(dǎo)學(xué)生通過問題導(dǎo)學(xué)進(jìn)行自主思考與小組交流,在問題引導(dǎo)下,自主設(shè)計實驗方案、開展實驗活動,獲取有關(guān)數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,進(jìn)而得出結(jié)論．這時候的問題導(dǎo)學(xué)將學(xué)習(xí)任務(wù)分解為一個個較小的問題,幫助學(xué)生理解問題、分析問題和解決問題．

(3) 問題導(dǎo)學(xué)具有發(fā)現(xiàn)實驗問題作用.

問題導(dǎo)學(xué)不是要教師直接提出問題,而是通過創(chuàng)設(shè)實驗情景啟發(fā)學(xué)生自己提出問題,以及自己設(shè)計問題解決的方案．問題導(dǎo)學(xué)在于幫助學(xué)生在實驗過程中及時發(fā)現(xiàn)新的問題,引導(dǎo)學(xué)生及時記錄實驗現(xiàn)象并思考產(chǎn)生新問題的原因,進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)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(dǎo)學(xué)的實驗教學(xué)基本思想

2.1 以生成問題作為實驗教學(xué)的出發(fā)點(diǎn)

問題是解決學(xué)習(xí)任務(wù)的線索,一節(jié)課中,貫穿于學(xué)習(xí)始終往往是一個環(huán)環(huán)相扣的“問題串”．在實驗教學(xué)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(dǎo)學(xué)生思考,在實驗情景中發(fā)現(xiàn)問題、生成問題和提出問題,這才是實驗教學(xué)的出發(fā)點(diǎn),從而使學(xué)生自主產(chǎn)生 “問題串”．這樣就有利于學(xué)生的思維發(fā)展以及提高學(xué)生的問題解決能力,同時為新問題的引發(fā)創(chuàng)設(shè)情境、奠定基礎(chǔ)．

案例1.聲音在空氣中的傳播

師(設(shè)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(xué)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(dāng)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(zhì)傳播出來．那么如何設(shè)計實驗來進(jìn)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(zhì)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(jìn)行實驗,驗證自己的想法．

本案例中的實驗教學(xué)是以問題情境為起點(diǎn),通過學(xué)生自主思考,產(chǎn)生問題,建立假設(shè)(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(jù),以達(dá)到問題解決．以上過程就產(chǎn)生一系列問題串,前后富有邏輯,很有利于培養(yǎng)學(xué)生的思維能力．

2.2 以解決問題作為實驗教學(xué)的歸宿點(diǎn)

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(xiàn),不解決問題,那就很難培養(yǎng)學(xué)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(biāo)志,問題解決能力越強(qiáng),其實踐能力也會越強(qiáng)．實踐能力是重要的核心素養(yǎng),也是我們教學(xué)中的一個重要目標(biāo)．實驗教學(xué)中,要求實驗?zāi)繕?biāo)指向非常清晰、操作具有很強(qiáng)的程序性、認(rèn)知活動相當(dāng)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(xué)的歸宿點(diǎn)．

案例2.聲波

聲波對于初中生來說,具有高度的抽象性,學(xué)生往往會誤會其中的原理．

師:聲音是以什么形式在介質(zhì)中傳播呢?

生(多數(shù)學(xué)生的觀點(diǎn)):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(diǎn)燃的蠟燭放在喇叭口附近,當(dāng)喇叭播放較強(qiáng)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(diǎn)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(chǎn)生的?從中能悟到什么?

生(思考與交流進(jìn)行問題解決):物體的振動產(chǎn)生聲音．當(dāng)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(jìn)行,使空氣氣壓發(fā)生不斷的改變,從而使?fàn)T焰發(fā)生左右擺動．

可見,實驗教學(xué)的價值就是把學(xué)生置于具體的、有意義的問題情境中,引導(dǎo)學(xué)生通過獨(dú)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(xué)的突破點(diǎn)

在問題背后與解決問題的過程中往往蘊(yùn)含著讓學(xué)生難以認(rèn)識到的新問題,通過實驗觀察、思考、交流來理解問題的本質(zhì),從而進(jìn)一步完善學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu),拓展學(xué)生的思維空間,促使學(xué)生的思維更具有流暢性、深刻性、批判性和靈活性,提升學(xué)習(xí)力,因此,我們要在問題解決的基礎(chǔ)上,把拓展問題作為教學(xué)的突破點(diǎn)．

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(jié)論:固態(tài)碘可以直接變成氣態(tài)碘,這個現(xiàn)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(xué)們對以上實驗及其結(jié)論有懷疑嗎?

生:沒有,書本上也是這樣的．

師(PPT呈現(xiàn)碘的小知識,問題拓展):碘的熔點(diǎn)為113.5℃．

生(交流):酒精燈外焰的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(jié)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(zhì)量太小,加熱溫度過高,一旦出現(xiàn)就會立即汽化了．

師(問題拓展):有什么辦法不要出現(xiàn)“液態(tài)碘”而只是出現(xiàn)“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(diǎn),可以避免出現(xiàn)液態(tài)碘．

學(xué)生立即著手做一做這個實驗,結(jié)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(chǎn)生“液態(tài)碘”作為問題拓展點(diǎn),從而有力地推動學(xué)生思維活動以及小組合作,從而開闊了思維,揭開了物理現(xiàn)象的本質(zhì),具有深刻的探究性．[3]

3 以問題為導(dǎo)向的實驗教學(xué)策略

3.1 合理確定實驗導(dǎo)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(zhì)量問題、天氣問題、學(xué)生本身問題等等,教師為了體現(xiàn)“學(xué)為中心”的理念,一堂實驗教學(xué)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(diǎn)問題,往往會被各種“問題”所牽制而分散精力,結(jié)果重點(diǎn)難點(diǎn)就不能突出出來,一節(jié)課的教學(xué)任務(wù)會不能如期完成,長此以往,很容易造成教學(xué)質(zhì)量低下．

案例4.凸透鏡的焦點(diǎn)

在學(xué)習(xí)凸透鏡焦點(diǎn)時,通常通過以下實驗來教學(xué):讓凸透鏡正對太陽光,拿一張白紙在它的另一側(cè)來回移動,直到紙上出現(xiàn)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(yīng)該是焦點(diǎn)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(diǎn)應(yīng)該是最小、最亮的光斑,這個光斑是有一定的體積的,焦點(diǎn)有體積嗎?

師:是的,本實驗中,把這個光斑看成焦點(diǎn),也是一種近似處理,焦點(diǎn)不能算作有體積的,焦點(diǎn)是一個點(diǎn)．光斑有體積的主要原因是由于太陽光是復(fù)色光,不同的色光折射率不同引起的,當(dāng)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(diǎn)有體積嗎?應(yīng)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(jìn)度會很慢,學(xué)習(xí)容量會比較小,不利于教學(xué)．不過,學(xué)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(xué)中,把這些問題應(yīng)該予以肯定,引導(dǎo)學(xué)生思考,并引導(dǎo)學(xué)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(xiàn)問題是科學(xué)研究起點(diǎn)．愛因斯坦說,發(fā)現(xiàn)一個問題比解決一個問題更重要．在實驗中培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)現(xiàn)問題、捕捉問題能力,捕捉問題的是推進(jìn)觀察和思考的動力．觀察與思考是捕捉問題的關(guān)鍵所在．培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成捕捉問題的習(xí)慣,要善于觀察實驗現(xiàn)象,并能夠從中找到自然規(guī)律,對實驗現(xiàn)象及時提出問題并解決問題,分析出事物的本質(zhì)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(xué)生進(jìn)行觀察,結(jié)果發(fā)現(xiàn)干冰周圍出現(xiàn)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(xiàn)白霧?

生:干冰熔化了,出現(xiàn)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(yīng)該是干冰升華迅速降溫出現(xiàn)的現(xiàn)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(xué)生思考交流之后重新觀察實驗的全過程,發(fā)現(xiàn)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(xué)生這種捕捉問題的能力在物理教學(xué)中顯得尤為重要．而科學(xué)問題的提出能夠有效地帶動學(xué)生思維,使學(xué)生的學(xué)習(xí)更加積極主動,同時也能夠提高學(xué)生辯證思維和創(chuàng)造性思維的能力．在解決問題的同時,學(xué)生思維的判斷及靈活性得到進(jìn)一步鍛煉,進(jìn)而形成創(chuàng)造性的科學(xué)精神．

3.3 適時解決實驗不足問題

實驗教學(xué)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(shè)計不足,有的可能是實驗原理選擇不當(dāng)所致等等．在教學(xué)中,要適時解決因?qū)嶒灢蛔銕淼慕虒W(xué)問題,通過其他方法來彌補(bǔ)或改進(jìn)其中的不足．這時,問題導(dǎo)

學(xué)有其存在的價值,我們可以結(jié)合實驗設(shè)計問題,形成問題臺階,層層遞進(jìn),逐步攻克實驗中的不足．問題導(dǎo)學(xué)可以從實驗本身出發(fā),也可以從學(xué)生較為熟悉的問題出發(fā)逐漸延伸到核心問題,并適時進(jìn)行啟發(fā)與引導(dǎo),幫助學(xué)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(xué),實際上不需要老師教學(xué)生也會知道,學(xué)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(xué)生思考與深化．我們可以利用“DIS數(shù)字化信息系統(tǒng)”來進(jìn)行實驗,學(xué)生一邊“唱歌”、“奏樂”、“拍打桌子”、“吼叫”等方式進(jìn)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(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步思考．

師:從圖1或圖2中,可以發(fā)現(xiàn)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(shè)備不足的原因,教師對此教學(xué)只是表面性的進(jìn)行實驗,如果條件許可的話,采用“DIS數(shù)字化信息系統(tǒng)”進(jìn)行實驗,就能很好地解決了本問題,學(xué)生對于聲波、樂音、噪音,以及聲波的基本特征等都可以進(jìn)一步作出分析,學(xué)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(dǎo)學(xué)的實驗教學(xué),實際上就是取“問題”與“實驗”所長,是一種整合性教學(xué),把兩者的優(yōu)勢予以統(tǒng)合,提高實驗教學(xué)的效果．我們在物理教學(xué)中,更多的是以實驗作為基本方法,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,更重要的是引發(fā)學(xué)生在實際情境中思考事物的本質(zhì),而問題導(dǎo)學(xué),也是通過創(chuàng)設(shè)情境,把學(xué)習(xí)任務(wù)逐級分解利于學(xué)生思考與理解,起到思維“導(dǎo)航”作用．因此,在物理實驗教學(xué)中,若能很好地設(shè)計問題與設(shè)計實驗,對于物理教學(xué)的推動是較大的．

1 張大均.教育心理學(xué)[M].北京:人民教育出版社,2003:184.

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

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

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