运用“问题解决”策略提升实验教学效率

郭如松

“问题解决”教学，就是把某课题的教学内容转化为若干个不同层次或类型的问题，用问题链或问题网建构教学流程。将“问题解决”策略引入物理实验教学，对提升实验教学的效率、达成素质教育的教育目标，意义十分显著。本文借助于“测量电源的电动势和内阻”的实验教学，来谈谈这方面的一些实践尝试。

一、问题引发“认知冲突”，自然推出实验原理

实验原理是实验的灵魂，是实验目标得以实现的根本保证和重要依托。实验原理的提出，不能平铺直叙，要以问题的面貌出现，才能引起学生的有意注意和高度重视。问题的类型可先利用开放性问题引发认知冲突，再通过封闭性问题逐步回归到正确的实验原理。

【问题1】同学们，我们来思考一下，如何测量电源的电动势和内阻？

【问题2】究竟用何种原理和方法测量，误差小且又便于操作？

【问题3】如何依照定律进行测量？

通过三个递进性的问题，引发认知冲突，自然推出实验原理，逐步将学生的思维归入正确方向。

二、问题围绕原理设定，自主构思实验装置

实验装置是实验目标得以实现的物质平台，也是实验原理的“软件”物化，故此要引导学生结合实验目标和实验原理直观构建相应的实验装置。要发挥学生的主体性，让学生自主构思本实验的电路装置。

【问题4】那么根据闭合电路欧姆定律，如何设计本实验的电路装置？

这是一个半开放性问题，由闭合电路欧姆定律变式演化，可得出几种形式，对应地就可设计出几种电路。设置此问题意在了解学生是否真正理解定律、是否会灵 活运用定律变式的情况，以强化学生学习的主体性。

巡视课堂发现，各实验小组基本上都先认真讨论一下定律的准确内涵，然后围绕定律展开电路装置构想。绝大多数学习小组呈现出的是如图1所示的电路，少数小组给出了如图2所示的电路，极少数学生画出类似于图3、图4所示的电路。

三、问题引领规范操作，准确获取有效数据

实验操作与数据获取是实验教学的核心环节，其中不但包含着实验操作的科学规范、实验数据准确、有效的获取，而且承载着对学生严谨的科学态度和综合学科素养的培养。

【问题5】请各实验小组按照自己设计的电路，利用所提供的实验器材连好实物电路。

【问题6】请同学们谈谈如何安全有效地读数。

四、问题引导误差分析，正确指导数据处理

任何实验都会存在误差。因此，分析误差进而缩小误差是实验教学不可缺失的一环，也是体现实验教学效率高低的重要标志。要搞好这一环节的教学，更应精心设置问题。以问题引导学生不断学会误差分析，正确进行数据处理，提高实验结果精度。

为典型起见，笔者先带领学生对图1所示电路进行误差分析，设置了如下问题让学生讨论：

【问题7】图1中为什么要使用滑动变阻器？

【问题8】如何处理数据才能缩小偶然误差？

【问题9】图1中产生系统误差的根源是什么？

【问题10】用图1电路测出的电动势和内阻的值跟真实值相比是偏大还是偏小？为什么？

【问题11】如何缩小图1中的系统误差？

学生对问题7、问题8和问题9都能较顺利地作出正确回答，但在回答问题10和问题11时表现出困难。对这两个问题分析，通常是从直观性出发，单纯用U=E-Ir图象法。笔者在教学中感到，单纯用U-I图象法，不能全面深刻地解决问题，比较好的方法是函数辅以图象法。

五、问题激活求异思维，提升实验创新意识

问题是激活求异思维的钥匙。笔者在每次实验教学的常规任务完成之后，均习惯于设置一些立足基本原理的变式拓展性问题，供学生进行发散思考。

【问题12】上面我们已学习了两种通过测量电流和路端电压而得到电源电动势和内阻的实验方案，还能否设计出其他实验方案呢？能否省去一只电压表或电流表呢？

设计图3和图4电路的学生顿时活跃起来，展示出了自己的电路图。尽管他们设计的电路有错误，但却成了课堂上生成的宝贵的教学资源。为了让设计图3和图4的学生自己发现电路中存在的错误，同时也为强调实验原理的重要性，紧接着笔者提出了如下问题。

【问题13】请设计图3和图4的同学再思考一下：自己设计的电路所依据的原理是什么？是否具有可操作性？

设计图3和图4的学生，在寻找对应函数关系、拟订操作步骤时，很快发现因需外电阻的读数而应将滑动变阻器改为变阻箱，如图5和图6所示。

【问题14】如何根据变阻箱值和电压表值或电流表值得到两电路的电源电动势和内阻？

学生展示如下：对图5电路，U=E量-■r量，则有■=■+■·■。根据实验数据，作出■-■图象，如图7所示。利用图象的纵截距先得出电动势的测量值E量，再由其斜率得到内阻的测量值r量。

对图6电路，E量=Ir量+IR，则有■=■+■·R。

根据实验数据，作出■-R图象，如图8所示。利用图象的斜率先得出电动势的测量值E量，再由其纵截距得到内阻的测量值r量。

【问题15】图5和图6所示的两种电路是否存在系统误差？原因是什么？

学生有了前面实验分析误差的思考方法和思维深度，很快得出：图5和图6两种电路都存在系统误差，前者仍然是因为电压表的分流作用，后者则是因为电流表的分压作用。

【问题16】两电路的电源电动势和内阻测量值与真实值相比是偏大还是偏小？

笔者启发学生，考虑电压表的分流作用和电流表的分压作用，寻找与上述图7和图8两图象真正对应的函数式，从而解决该问题。

为了提升学生的思维品质，笔者进一步提出了如下问题：

【问题17】同学们可将图5与图1、图6与图2进行对比，能否找到它们实验原理上的本质共同点，从而将图1和图2的电路误差分析结果，分别直接迁移到图5和图6电路中来，以快捷地分析出图5和图6电路的系统误差。

【问题18】创新的思路是在实践中逐步延伸和拓展的。同学们课后思考一下，能否将前面学过的电压表和电流表改装方法嵌入上述测量电路而构成新的电路？

设置此问题，意在让学生初步体会到知识的演化与方法的重组也是创新的一条重要而有效的思路。

本课设置了18个连续性问题，成功地完成了实验教学任务。改变了过去实验课上学生目标明而过程乱，讨论有而深度无，内容多而创新少，带着期盼高兴而来、背负失望扫兴而归的低效局面，明显提升了教学效率。■

（作者单位：江苏省高邮中学）

“问题解决”教学，就是把某课题的教学内容转化为若干个不同层次或类型的问题，用问题链或问题网建构教学流程。将“问题解决”策略引入物理实验教学，对提升实验教学的效率、达成素质教育的教育目标，意义十分显著。本文借助于“测量电源的电动势和内阻”的实验教学，来谈谈这方面的一些实践尝试。

一、问题引发“认知冲突”，自然推出实验原理

实验原理是实验的灵魂，是实验目标得以实现的根本保证和重要依托。实验原理的提出，不能平铺直叙，要以问题的面貌出现，才能引起学生的有意注意和高度重视。问题的类型可先利用开放性问题引发认知冲突，再通过封闭性问题逐步回归到正确的实验原理。

【问题1】同学们，我们来思考一下，如何测量电源的电动势和内阻？

【问题2】究竟用何种原理和方法测量，误差小且又便于操作？

【问题3】如何依照定律进行测量？

通过三个递进性的问题，引发认知冲突，自然推出实验原理，逐步将学生的思维归入正确方向。

二、问题围绕原理设定，自主构思实验装置

实验装置是实验目标得以实现的物质平台，也是实验原理的“软件”物化，故此要引导学生结合实验目标和实验原理直观构建相应的实验装置。要发挥学生的主体性，让学生自主构思本实验的电路装置。

【问题4】那么根据闭合电路欧姆定律，如何设计本实验的电路装置？

这是一个半开放性问题，由闭合电路欧姆定律变式演化，可得出几种形式，对应地就可设计出几种电路。设置此问题意在了解学生是否真正理解定律、是否会灵 活运用定律变式的情况，以强化学生学习的主体性。

巡视课堂发现，各实验小组基本上都先认真讨论一下定律的准确内涵，然后围绕定律展开电路装置构想。绝大多数学习小组呈现出的是如图1所示的电路，少数小组给出了如图2所示的电路，极少数学生画出类似于图3、图4所示的电路。

三、问题引领规范操作，准确获取有效数据

实验操作与数据获取是实验教学的核心环节，其中不但包含着实验操作的科学规范、实验数据准确、有效的获取，而且承载着对学生严谨的科学态度和综合学科素养的培养。

【问题5】请各实验小组按照自己设计的电路，利用所提供的实验器材连好实物电路。

【问题6】请同学们谈谈如何安全有效地读数。

四、问题引导误差分析，正确指导数据处理

任何实验都会存在误差。因此，分析误差进而缩小误差是实验教学不可缺失的一环，也是体现实验教学效率高低的重要标志。要搞好这一环节的教学，更应精心设置问题。以问题引导学生不断学会误差分析，正确进行数据处理，提高实验结果精度。

为典型起见，笔者先带领学生对图1所示电路进行误差分析，设置了如下问题让学生讨论：

【问题7】图1中为什么要使用滑动变阻器？

【问题8】如何处理数据才能缩小偶然误差？

【问题9】图1中产生系统误差的根源是什么？

【问题10】用图1电路测出的电动势和内阻的值跟真实值相比是偏大还是偏小？为什么？

【问题11】如何缩小图1中的系统误差？

学生对问题7、问题8和问题9都能较顺利地作出正确回答，但在回答问题10和问题11时表现出困难。对这两个问题分析，通常是从直观性出发，单纯用U=E-Ir图象法。笔者在教学中感到，单纯用U-I图象法，不能全面深刻地解决问题，比较好的方法是函数辅以图象法。

五、问题激活求异思维，提升实验创新意识

问题是激活求异思维的钥匙。笔者在每次实验教学的常规任务完成之后，均习惯于设置一些立足基本原理的变式拓展性问题，供学生进行发散思考。

【问题12】上面我们已学习了两种通过测量电流和路端电压而得到电源电动势和内阻的实验方案，还能否设计出其他实验方案呢？能否省去一只电压表或电流表呢？

设计图3和图4电路的学生顿时活跃起来，展示出了自己的电路图。尽管他们设计的电路有错误，但却成了课堂上生成的宝贵的教学资源。为了让设计图3和图4的学生自己发现电路中存在的错误，同时也为强调实验原理的重要性，紧接着笔者提出了如下问题。

【问题13】请设计图3和图4的同学再思考一下：自己设计的电路所依据的原理是什么？是否具有可操作性？

设计图3和图4的学生，在寻找对应函数关系、拟订操作步骤时，很快发现因需外电阻的读数而应将滑动变阻器改为变阻箱，如图5和图6所示。

【问题14】如何根据变阻箱值和电压表值或电流表值得到两电路的电源电动势和内阻？

学生展示如下：对图5电路，U=E量-■r量，则有■=■+■·■。根据实验数据，作出■-■图象，如图7所示。利用图象的纵截距先得出电动势的测量值E量，再由其斜率得到内阻的测量值r量。

对图6电路，E量=Ir量+IR，则有■=■+■·R。

根据实验数据，作出■-R图象，如图8所示。利用图象的斜率先得出电动势的测量值E量，再由其纵截距得到内阻的测量值r量。

【问题15】图5和图6所示的两种电路是否存在系统误差？原因是什么？

学生有了前面实验分析误差的思考方法和思维深度，很快得出：图5和图6两种电路都存在系统误差，前者仍然是因为电压表的分流作用，后者则是因为电流表的分压作用。

【问题16】两电路的电源电动势和内阻测量值与真实值相比是偏大还是偏小？

笔者启发学生，考虑电压表的分流作用和电流表的分压作用，寻找与上述图7和图8两图象真正对应的函数式，从而解决该问题。

为了提升学生的思维品质，笔者进一步提出了如下问题：

【问题17】同学们可将图5与图1、图6与图2进行对比，能否找到它们实验原理上的本质共同点，从而将图1和图2的电路误差分析结果，分别直接迁移到图5和图6电路中来，以快捷地分析出图5和图6电路的系统误差。

【问题18】创新的思路是在实践中逐步延伸和拓展的。同学们课后思考一下，能否将前面学过的电压表和电流表改装方法嵌入上述测量电路而构成新的电路？

设置此问题，意在让学生初步体会到知识的演化与方法的重组也是创新的一条重要而有效的思路。

本课设置了18个连续性问题，成功地完成了实验教学任务。改变了过去实验课上学生目标明而过程乱，讨论有而深度无，内容多而创新少，带着期盼高兴而来、背负失望扫兴而归的低效局面，明显提升了教学效率。■

（作者单位：江苏省高邮中学）

“问题解决”教学，就是把某课题的教学内容转化为若干个不同层次或类型的问题，用问题链或问题网建构教学流程。将“问题解决”策略引入物理实验教学，对提升实验教学的效率、达成素质教育的教育目标，意义十分显著。本文借助于“测量电源的电动势和内阻”的实验教学，来谈谈这方面的一些实践尝试。

一、问题引发“认知冲突”，自然推出实验原理

实验原理是实验的灵魂，是实验目标得以实现的根本保证和重要依托。实验原理的提出，不能平铺直叙，要以问题的面貌出现，才能引起学生的有意注意和高度重视。问题的类型可先利用开放性问题引发认知冲突，再通过封闭性问题逐步回归到正确的实验原理。

【问题1】同学们，我们来思考一下，如何测量电源的电动势和内阻？

【问题2】究竟用何种原理和方法测量，误差小且又便于操作？

【问题3】如何依照定律进行测量？

通过三个递进性的问题，引发认知冲突，自然推出实验原理，逐步将学生的思维归入正确方向。

二、问题围绕原理设定，自主构思实验装置

实验装置是实验目标得以实现的物质平台，也是实验原理的“软件”物化，故此要引导学生结合实验目标和实验原理直观构建相应的实验装置。要发挥学生的主体性，让学生自主构思本实验的电路装置。

【问题4】那么根据闭合电路欧姆定律，如何设计本实验的电路装置？

这是一个半开放性问题，由闭合电路欧姆定律变式演化，可得出几种形式，对应地就可设计出几种电路。设置此问题意在了解学生是否真正理解定律、是否会灵 活运用定律变式的情况，以强化学生学习的主体性。

巡视课堂发现，各实验小组基本上都先认真讨论一下定律的准确内涵，然后围绕定律展开电路装置构想。绝大多数学习小组呈现出的是如图1所示的电路，少数小组给出了如图2所示的电路，极少数学生画出类似于图3、图4所示的电路。

三、问题引领规范操作，准确获取有效数据

实验操作与数据获取是实验教学的核心环节，其中不但包含着实验操作的科学规范、实验数据准确、有效的获取，而且承载着对学生严谨的科学态度和综合学科素养的培养。

【问题5】请各实验小组按照自己设计的电路，利用所提供的实验器材连好实物电路。

【问题6】请同学们谈谈如何安全有效地读数。

四、问题引导误差分析，正确指导数据处理

任何实验都会存在误差。因此，分析误差进而缩小误差是实验教学不可缺失的一环，也是体现实验教学效率高低的重要标志。要搞好这一环节的教学，更应精心设置问题。以问题引导学生不断学会误差分析，正确进行数据处理，提高实验结果精度。

为典型起见，笔者先带领学生对图1所示电路进行误差分析，设置了如下问题让学生讨论：

【问题7】图1中为什么要使用滑动变阻器？

【问题8】如何处理数据才能缩小偶然误差？

【问题9】图1中产生系统误差的根源是什么？

【问题10】用图1电路测出的电动势和内阻的值跟真实值相比是偏大还是偏小？为什么？

【问题11】如何缩小图1中的系统误差？

学生对问题7、问题8和问题9都能较顺利地作出正确回答，但在回答问题10和问题11时表现出困难。对这两个问题分析，通常是从直观性出发，单纯用U=E-Ir图象法。笔者在教学中感到，单纯用U-I图象法，不能全面深刻地解决问题，比较好的方法是函数辅以图象法。

五、问题激活求异思维，提升实验创新意识

问题是激活求异思维的钥匙。笔者在每次实验教学的常规任务完成之后，均习惯于设置一些立足基本原理的变式拓展性问题，供学生进行发散思考。

【问题12】上面我们已学习了两种通过测量电流和路端电压而得到电源电动势和内阻的实验方案，还能否设计出其他实验方案呢？能否省去一只电压表或电流表呢？

设计图3和图4电路的学生顿时活跃起来，展示出了自己的电路图。尽管他们设计的电路有错误，但却成了课堂上生成的宝贵的教学资源。为了让设计图3和图4的学生自己发现电路中存在的错误，同时也为强调实验原理的重要性，紧接着笔者提出了如下问题。

【问题13】请设计图3和图4的同学再思考一下：自己设计的电路所依据的原理是什么？是否具有可操作性？

设计图3和图4的学生，在寻找对应函数关系、拟订操作步骤时，很快发现因需外电阻的读数而应将滑动变阻器改为变阻箱，如图5和图6所示。

【问题14】如何根据变阻箱值和电压表值或电流表值得到两电路的电源电动势和内阻？

学生展示如下：对图5电路，U=E量-■r量，则有■=■+■·■。根据实验数据，作出■-■图象，如图7所示。利用图象的纵截距先得出电动势的测量值E量，再由其斜率得到内阻的测量值r量。

对图6电路，E量=Ir量+IR，则有■=■+■·R。

根据实验数据，作出■-R图象，如图8所示。利用图象的斜率先得出电动势的测量值E量，再由其纵截距得到内阻的测量值r量。

【问题15】图5和图6所示的两种电路是否存在系统误差？原因是什么？

学生有了前面实验分析误差的思考方法和思维深度，很快得出：图5和图6两种电路都存在系统误差，前者仍然是因为电压表的分流作用，后者则是因为电流表的分压作用。

【问题16】两电路的电源电动势和内阻测量值与真实值相比是偏大还是偏小？

笔者启发学生，考虑电压表的分流作用和电流表的分压作用，寻找与上述图7和图8两图象真正对应的函数式，从而解决该问题。

为了提升学生的思维品质，笔者进一步提出了如下问题：

【问题17】同学们可将图5与图1、图6与图2进行对比，能否找到它们实验原理上的本质共同点，从而将图1和图2的电路误差分析结果，分别直接迁移到图5和图6电路中来，以快捷地分析出图5和图6电路的系统误差。

【问题18】创新的思路是在实践中逐步延伸和拓展的。同学们课后思考一下，能否将前面学过的电压表和电流表改装方法嵌入上述测量电路而构成新的电路？

设置此问题，意在让学生初步体会到知识的演化与方法的重组也是创新的一条重要而有效的思路。

本课设置了18个连续性问题，成功地完成了实验教学任务。改变了过去实验课上学生目标明而过程乱，讨论有而深度无，内容多而创新少，带着期盼高兴而来、背负失望扫兴而归的低效局面，明显提升了教学效率。■

（作者单位：江苏省高邮中学）