基于实验的物理问题式教学

蔡冬阳

摘 要：突出物理学科特点，以物理实验呈现问题，把实验植入教学过程中的各个环节，形成实验问题链条开展教学活动。实验情境的设计注重新旧知识的相互联系，搭建学生思维起点的台阶，形成教学支架，使学生能够操作并乐于探究。教学过程突出学生的主体作用，构建师生“共振”的课堂。

关键词：基于实验；物理问题式；问题链条

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2016）3-0005-4

物理是一门实验和科学思维相结合的科学。在物理学中，概念的形成，规律的发现和理论的建立都是以实验为坚实的基础，同时也贴近生活实际，许多物理问题都与生活实际密切相关。物理教学就应“以物明理”，设计实验营造问题，通过实验诱发并解释问题。一个成功的实验往往比“千言万语”更能说明问题，更有说服力。

建构主义主张，教学要呈现知识的发生过程，加强知识和实际情景的联系，提高学生对知识的意义建构的理解能力。基于实验的物理问题式教学是以物理实验设计呈现问题，搭建思维起点的台阶，使学生感受到情景中的问题，有疑虑而提出问题，师生以问题链条为主线来展开教学活动。

1 设计实验营造问题氛围，作为教学的开端

“当学生对鱼没有兴趣的时候，自然排斥渔。只要学生对知识没有内在需求，教学就必然是灌输。”[1]“学生是意义的主动建构者，教师是学生意义建构的帮助者、促进者和指导者。”[2]这就要求教师在教学过程中应注意激发学生的学习需求，帮助学生形成学习动机，引导学生发现各种各样的问题，激发探索欲望和学习兴趣。以实验呈现问题引入教学，其直观性、形象性和真实性可以引发学生的好奇心和求知欲，让学生进入主动学习的状态，积极求解问题，促进学生的自主学习。

建构主义认为学生在日常生活和学习过程中，已经形成了相当的经验，每个人都以自己的方式看待事物。因此，教学不能无视学生已经形成的经验，不能简单、生硬地对学生进行新知识的灌输或填充。而是要把学生现有的知识经验作为新知识的增长点，强调他们对知识的处理和转化。这就需要教师设计引入实验时，要注意营造新旧知识的认知冲突，使学生头脑中形成悬念，或创设新旧知识相联系的问题情景，激发学生探索知识的欲望和学习的兴趣，再引导学生从原有的知识经验中“生长”出新的知识经验。

例如，高中学生刚开始学习“闭合电路欧姆定律”时，头脑中对电路的经验是：电池是没有内阻的，电路也只是部分的，电池个数越多，加在电阻两端的电压也较大。我们可以创设这样的实验引入新课。如图1所示，用一节新电池和两节旧电池对同一规格的小灯泡供电，让学生猜想哪个灯泡比较亮？实验结果出乎大多数学生的意料，一节新电池供电的灯泡较亮！这时，学生头脑中的旧经验和眼前的真实实验现象产生了“矛盾”冲突，自然就会产生问题：为什么通过一节新电池供电的灯泡电流比两节旧电池供电的灯泡电流大？影响通过灯泡电流大小的因素来自哪里？问题驱动任务，学生的探究欲望便会油然而生，学习的兴趣也会被触发。

又如，学习“牛顿第三定律”时，我们可以让学生做这样的小实验引入教学：两只手分别拿红绿两种颜色的气球并相互挤压产生明显的形变，让学生观察实验现象，并要求学生从红绿气球的形变和受力的关系来讨论这个实验能说明什么问题。这样的问题产生缘于学生动手所做的实验，思考的问题和学生自己已经掌握的知识相联系，能力要求接近学生“最邻近的发展区”，学生“跳一跳就可以摘到桃子”，学生自然有兴趣开展学习与探索。

2 设计实验形成问题链条，贯穿教学的过程

“最好的学习方法是让学生去现实世界的真实环境中去感受和体会，而不是仅仅聆听别人的介绍或讲解。”[3]建构主义认为，学生并不能直接把知识贮存到自己的记忆中，而是通过经验与外界的作用来建构新知识，这种作用是需要介质的。因此，物理教学活动应该注意提供介质——实验情景，让学生面临一个需要立即解决的真实问题，自始至终都围绕问题而展开。问题不仅是教学的开端，还应该贯穿教学的全过程。通过设计实验形成问题链条，让实验成为问题链条的最好媒介，使教学内容具有实验性和探究性，使学生都在实验的基础上解决问题，都需其有“理”的依据的思维方式。

根据前苏联著名心理学家维果斯基的“最邻近发展区”理论，我们可以认为，在学生的学习活动中，对于所要解决的问题和原有能力之间可能存在差异，但通过教学活动，学生在教师的帮助下可以消除这种差异，这个差异就是“最邻近发展区”。因此，我们在设计实验形成问题链条时，就要创设学生借助自身已有的知识去解决新的问题的实验情境。根据学生的“最邻近发展区”来建立教学中的“支架”，引导学生积极参与实验探究活动，通过师生、生生间的交流与沟通，达成对问题的理解和解决，支持学生不断地建构自己，不断地掌握、内化所学的知识，促进学生认知能力的提升。

例如，在“闭合电路欧姆定律”教学时，学生已从引入的实验中猜想：通过小灯泡电流的大小应该和电池的内阻有关。我们可以设计如图2的实验，当闭合S1、S2，滑片P向右移动的过程中，学生会观察到电源两端的电压增大，从实验现象思考问题：闭合电路的电压（电源电动势）由几部分电路电压构成？由此分析得出结论：在闭合电路中，可以分为内电路和外电路，有内电压和外电压。继而引导学生思考问题：闭合电路中，电源电动势与内电压和外电压有何定量关系？我们提供原电池实验，如图3所示。师生共同进行探究，问题是：只闭合S1，V1的读数表示什么？闭合S1、S、S2，V1和V2的读数又表示什么？他们之间有什么关系？调节滑动变阻器，从V1和V2的变化又可以说明什么？然后才得又如，在“牛顿第三定律”教学时，对于红绿气球的挤压实验，学生可以利用已学到的知识，即力的作用效果解释气球的形变是由于力的作用。从红绿气球都产生形变知道这种作用是相互的，从形变凹陷方向可知这种作用的方向是相反的。因而，学生可以从定性的角度理解力作用的相互性及相互作用力的方向。有了感性的认识，我们可以设计如图4的定量实验让学生做随堂实验，自己完成如下问题的探究：作用力与反作用力的大小关系、方向如何？学生完全可以从弹簧秤的读数，A、B弹簧秤受力方向总结出作用力与反作用力的大小及方向的关系。

这样的问题式教学完全基于学生的生活经验和真实体验，学生对问题的解决是学生实验探究的结果。通过基于实验的问题链的创设，学生对新知识的学习经历从感性认识到理性认识的过程体验。上述的“闭合电路欧姆定律”和“牛顿第三定律”的教学过程强调了实验的功能和问题的驱动作用，突出学生对知识的主动建构，避免老师简单、生硬地灌输和填充，体现“给学生些事情去做，而不只是给学生些知识去记”[1]的新教育模式。

3 设计实验拓展问题范畴，延伸教学的归宿

教育心理学认为，知识学习主要是学生对知识的内在加工过程，包括知识获得、知识保持和知识提取3个阶段。课堂教学是学生知识获取、锻炼能力和提高各种技能的主要途径，而知识保持和知识提取更大程度依靠学生课后对知识的回顾和巩固。因此，物理问题式的教学活动不仅应以问题为开端和主线，而且还应以问题为终结和延伸。我们应该充分利用课后的实验，拓展问题范畴，帮助学生加深对物理概念或物理规律的理解，使学生在延伸迁移环节中举一反三，触类旁通。

例如，“闭合电路欧姆定律”的课后，我们可以设计如图5的实验，提出探究问题：比较新旧电池的内阻。要求学生分别测量新旧电池供电条件下的路端电压，并根据灯泡和电池的参数求出新旧电池的内阻。体验相同电源电动势条件下的不同供电电压，理解电源内阻对路端电压的影响，熟悉闭合电路欧姆定律表达式及其应用。

又如，学习“牛顿第三定律”后，我们应该提出一些问题让学生自己通过小实验或实践活动深度理解定律内容，如“小孩和大人掰手腕，小孩总是输”，“鸡蛋碰石头，鸡蛋破裂，石头没事”是否不符合牛顿第三定律？如何分析？引领学生学以致用，解决生活中的实际问题。“自由落体运动”的课末，一定要预留时间让学生做一做如图6的实验，以“如何算出你的反应时间”的问题作为教学的结束。让学生带着问题去回顾自由落体运动规律及利用自由落体运动模型解决实际问题，使学生对当前学习内容所反映的规律与其他事物的内在联系达到较深刻的理解，提高学生对知识的迁移应用能力。

4 基于实验的物理问题式教学应该注意的几个问题

（1）教学要以实验呈现问题，以问题链条为主线，突出实验在教学中的作用。在课前、课中、课末和课后尽可能地设计物理实验植入教学，形成问题链条，使问题生成于实验也解决于实验。给学生提供丰富的、基于实验的感性认识和理性认识，让学生在实验中学习物理知识，使学生勇于实验、乐于探究、勤于思考，促进学生对知识的主动建构和迁移应用。

（2）实验的设计要考虑学生的实验能力和新旧知识的联系，要使学生能够把已有的知识迁移到后续的学习中，去解决新问题。设计的实验要重视新旧知识之间的联系，结合学生原有的实验能力和思维能力，使实验具有可操作性和问题生成性。学生才有参与实验、积极操作的欲望，才有可能通过实验发现问题和解决问题，这样的课堂才有效率。

（3）突出学生的主体作用，构建师生“共振”课堂。知识不是通过教师传授得到，而是学生通过一定的情境，借助教师和同学的帮助，通过意义建构的方式而获得。要把学生始终作为“问题式”课堂的教学主体，引导学生通过实验发现问题；通过讨论把问题深化以加深学生对所学内容的理解；通过实验诱发学生自己解决问题和总结规律，实现“以讲授为主”的课堂向“共振式”课堂的转变。

参考文献：

[1]张卓玉.构建教育新模式[M].长沙：湖南教育出版社，2013.

[2]曹宝龙.学习与迁移[M].杭州：浙江大学出版社，2009.

[3]（美）加侬，柯蕾.宋玲，译.建构主义学习设计[M].北京：中国轻工业出版社，2008.

（栏目编辑 赵保钢）