创设问题情景 优化实验教学

王磊

【中图分类号】G633.7 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）12-0180-03

物理是一门以实验为基础的自然科学。物理新课程标准中强调“物理实验是进行科学探究的主要方式”，它的功能是其它教学手段所无法替代的。目前，教材中许多实验都是十分经典的，但由于受到其篇幅、内容设计方案的限制，部分实验仅侧重于知识的验证和基本操作技能的训练，模式单一。因此，在实验教学中应尽可能创造条件，多开展课堂内的体现学生自主性的探究活动，提高实验的可观察性，增强实验的趣味性、探索性，体现实验的现实性、社会性，更好的促进学生掌握知识，发展智力，提高动手、动脑能力，培养学生的创新意识和探究能力。

一、反思当前实验教学存在的问题

实验作为物理教学的重要基础、重要内容、重要方法和重要手段，在教学中具有举足轻重的地位和作用。但是，在如今的实验教学中，仍存在着一些明显的不足，至使实验的教学功能得不到充分的发挥，主要表现有：

“只注重实验的数量，不注重实验过程的教学质量”；

“学生实验只注意动手能力的训练，不重视思维能力的培养”；

“测量、验证性实验较多，探索、设计性实验较少”；

“只重视获得实验结论，不重视展示实验过程”；

“只注重实验的操作或演示，忽视实验过程的问题设置”；

“实验操作内容单层次、单侧面，没有形成结构”；

“实验演示过程只重视教师主导作用，不重视发挥学生的主体作用”；

“实验教学过程收敛有余，发散不足”等。

教学调查表明，这样的实验教学使多数学生产生“实验只是看看有味，做做有趣、实际并没有多大意思（或作用）”的反应。

二、在实验教学中创设问题情景的迫切性

实验教学就是从尊重学生的認知规律出发，为学生的学而精心设计，充分调动学生学习的积极性，教师只充当知识的导航者。课上，无论是演示实验，实验方案设计，还是验证实验，都贯穿了学生主动参与的思想，并体现了物理学科特点，以实验、观察为基础，培养学生大胆猜测，尊重实验，实事求是的科学态度。但是在实验教学中我们只是凭着物理实验本身具有的形象鲜明的特点，自然地激发和满足了学生的知觉好奇，而忽视了思维由形象向抽象的提升，以及更高层次的思维动机的激发和强化。

例如教学“物体内能的改变方式之一——做功”时有个演示实验：压缩厚玻璃筒中的空气，使空气内能增加温度升高，从而使筒内易燃物着火。实验中明亮的火花给学生以鲜明深刻的印象。然而，实验的研究对象是什么（空气）？为什么要放入易燃物（显示气温的升高）？实验要说明什么？对这一系列重要的问题，在火花闪过之后学生常常仍不清晰、不明确，强烈的视觉感受反而抑制了对重要问题的关注与思考。但若改变教材上一举成功的做法，而是实验时厚玻璃简内先不放易燃物，压缩筒内空气。要求学生仔细观察空气的内能有无增加。学生就会感到困惑：空气内能增加与否怎能看得见？！此时自然地引出一个实验设计的问题情境：怎样变“不可见”为“可见”？顺着这样的思路展开过程组织实验教学，由于实验是学生主动参与设计的，设计目的明确，实验后学生无论是对实验所揭示的结论还是实验的设计思想均留下了深刻的认识和理解，甚至终生难忘。

三、优化实验教学的有效途径

重视问题情境的创设和思维动机的激发是优化实验教学过程的一条有效途径。物理实验教学应以实验为载体展开过程，以问题为线索，力求实验与思维有机结合，层层递进，使学生始终处于积极参与的状态之中，这样既优化了实验教学的过程，展现了物理学自身的魅力，又符合素质教育对物理教学的要求。

1.创设问题情境，展现实验的设计思想

设计思想是为了解决问题而思维的结果，对于课本上大量的演示实验和学生实验，我们不能采取简单的“拿来主义”，照方抓药，机械操作，而应该通过创设问题情境，如：“应该进行怎样的设计？”“为什么要这样做？”“换一种方法能不能做？”等等，有意识地创造一种探索的氛围，尽量展现实验的设计过程，使之成为师生共同参与的“亚研究”过程。以此来渗透物理思想，启迪学生思路。

例如“影响动能大小的因素”实验，我先给学生提供实验器材，让学生体验如何根据实验目的去确定研究对象。接着提出如下问题，引导学生自己得出答案。

问题1：通过生活实例你猜想影响动能大小的因素可能有哪些？

问题2：怎样体现物体的动能大小？

问题3：如何用控制变量法来设计实验？

问题4：小车的质量容易改变（或控制），那么如何来改变（或控制）小车达到水平面的速度呢？

对于物理学中的经典实验，我们也应积极创设问题情境，引导学生去追溯物理学家思考研究的源头，他们那精巧的设计，独到的方法、深刻的分析，都是值得我们继承和发扬的瑰宝。例如伽利略研究物体机械运动的规律，曾无数次进行斜面实验，为什么选用斜面？（冲淡重力，放大时间）；研究压力作用效果时，为什么要选用容易发生形变的接触面材料？（容易观察压力的作用效果）等等，从中吸取物理思想的营养。

2.创设问题情境，拓展实验内容

物理规律的表现形式是多层次、多侧面的，各种物理现象也是丰满、立体的，但教材为我们提供的实验方案却往往着眼于单层次、单侧面的实验内容，因而有着较大的局限性或单调性。为此，我们有必要对原有的实验内容方案进行适当的拓展和补充，积极创设问题情境，尽量让学生能从多层次、全方位地去认识物理规律的全貌。

例如“伏安法测电阻”是一个重要实验，在完成这个实验时不需要直接给出书本的电路设计图，而是希望通过分析让学生设计出符合要求的电路图，针对学生设计的电路中是否使作滑动变阻器进行提问：电路中不行滑动变阻器行不行？为什么要用滑动变阻器？从而让学生明白加入滑动变阻器的主要作用。等学生完成实验后让学生思考：如果用“伏安法”测电阻实验中，电压表损坏（或电流表损坏），能否只用电压表或电流表、阻值已知的定值电阻R0、电源、开关与导线若干，重新设计一个测量未知电阻Rx的方案，要求画出电路图，写出表达式。通过这种实验拓展，来培养学生的实验设计能力。

教学实践表明，只有建立在如此丰厚的实验基础上的物理概念、规律或模型，才能使学生建构起良好的认识结构。

3.创设问题情境，优化实验的演示过程

在实际教学中，我们通常有这样的疑惑：为什么这个实验我演示过了，还是有那么多同学不记得呢？从教师的角度，我做到了应该做的事情，可从学生学的角度，这个问题难道不是该问教师自己吗？为什么我的演示实验做过了，我的学生还是不能记住结论、理解应用呢？专家也指出，在基础教育阶段，照方抓药式的被动感和偏于验证性质的实验活动，在提高学生对科学的兴趣、诱发探究积极性和培养自主学习的信心等方面并不很有效。我时常关注相关同行公开课的教学设计，除了在教具的创新设计外，发现在教材的演示实验中进行各种优化（增补、修改、变换顺序等），是强化实验效果、提升课堂有效性的良方。传统的演示实验教学常只让学生看看表演，先是“教师做、学生看”，后是“教师讲，学生听”，而忽视了学生主体的思维动机的激发，这样实验得出的物理规律教师认为是“显然”，可是对于学生来说，有时候却是“漠然”。因此，有的演示实验之所以未能起到很好的作用，往往不是演示实验本身失败了，而是教师不能为演示过程创设良好的问题情境所造成。教材中的有些实验用常规的方法很难成功，但利用身边的物品加以改进，效果明显。

例如：在光的传播教学中，光在不同介质中的传播演示效果不好。改用激光笔在果冻中演示光在固体中的传播光路。在透明塑料杯的清水中加入少许墨水，可演示光在液体中的传播光路。在透明塑料杯中点香充满烟雾演示光在空气中的传播光路，光路非常清晰。又如在演示“滚动摩擦比滑动摩擦小”的实验时，通常是把一个方木块放在桌子上滑动和在桌子上放上几支圆柱形铅笔，再将木块放在铅笔上滚动的方法，来比较得出滚动摩擦力与滑动摩擦力小。这种方法学生会误认为滚动摩擦力小是因铅笔和木块的接触面积少造成的。我在教学中改进的方法是：取一小车放在水平木板上，用弹簧测力计水平拉动小车做匀速直线滚动，再把小车的轮子“卡死”不转，用弹簧测力计水平拉动小车做匀速滑动，比较两次测力计的示数，得出滚动摩擦力与滑动摩擦力小的结论。这样做没有改变小车和木板的接触面积，学生也就不会有上面的误解了。

4.创设问题的情境，加大实验的分析力度

物理实验的演示不但要演示操作、演示观察，更要演示对实验现象的分析。许多教师急于开始和完成操作，急于用实验现象、物理事实建立概念与归纳规律，而忽视了对实验现象和观察结论的分析，没有充分拓展实验现象的本质属性和现象之间的因果关系，导致物理规律得出较为生硬，牵强而不自然，实验教学效果不理想。如在做测量机械效率实验时，学生通过分析发现提起重物不同，机械效率也不同，提出问题：这是误差因素吗？或是偶然现象，或另有规律；与重物大小有关吗？等等一些问题。教师通过有用功、额外功的分析，引导学生自己设计实验。学生很快设计出实验：探究在同一滑轮组下提升不同重力的重物，分别测出机械效率进行比较；探究不同的滑轮组下提升相同重力的重物，分别测出机械效率进行比较。从而得出了增大机械效率的方法。从实验探究过程中学会学习，学会思考，这正是现代教育所追求的目标。因此，实验前、实验中或实验完毕后，我们要以实验现象为依据，创设问题情境，加大实验的分析力度，启发学生运用逻辑推理及归纳法对现象进行分析、综合、抽象和概括，透过物理现象寻找物理本质，帮助学生形成正确的物理概念或发现物理规律。

5.创设问题情境，培养学生的迁移能力

知识迁移能力成為学生可持续发展的重要条件。在物理教学中创设问题情境，培养学生的学习迁移能力，不仅可以提高课堂教学的效益，而且能为学生的终身学习和解决实际问题打下良好基础。因此实验完成之后，不但要引导学生对实验进行分析、总结，并且要对实验进行恰当的延伸，尽可能扩展实验的成果，通过创设问题情境来借题发挥，“一题多解”、“一题多变”、“一物多联”等，从不同角度，用不同方法进行变式实验，这对深化理解物理知识，克服思维定势，促进知识的迁移和运用都十分有益。如演示“瓶吞鸡蛋”后，让学生思考如何将蛋完好无损得取出？又如在一个电路设计题中，给出两根相同的电热丝，一个单刀单掷开关，一个单刀双掷开关，电源，导线若干，我要求学生设计一个尽可能实现多档调温功能的电路。学生一开始无从着手，于是我从电阻丝的连接方式引导，两个电阻丝串联阻值最大，一个电阻丝次之，两个并联阻值最小，再讨论产生的热量Q=U2t/R，可知当U一定，t相同时，Q与R成反比（这是设计该题的核心）。这样学生在引导下很容易设计出三种电路图。

总之，不能认为有了实验就一定是好的教学方式，学生一定会学得生动，优化实验教学过程，与其说是操作技术问题，还不如说是教学观的问题，确认学生是学习的主体，增强学生的参与意识，积极创设问题情境，充分唤起学生的思维，引导学生对实验进行解释分析，并发展实验的成果，是优化实验教学过程，提高实验教学质量的根本途径。