基于问题导学的初中物理实验教学

陈苍鹏

(杭州市十三中教育集团(总校)，浙江 杭州 310012)

问题就是矛盾,是教学的思路,而物理教学常常通过实验来解决问题的．如何把两者有效地整合为一体,是物理教学中常常思考的两个问题．

1 问题导学的内涵及在实验教学中的作用

1.1 问题导学的内涵

问题是教学活动的动力和起点,也是贯穿于教学活动的主线．问题是一种情景,一般包含三个要素:第一,初始情景,即问题的条件;第二,目标状态,即问题的结论叙述;第三,障碍,需要一定的方法才能找到结论．任何一个问题都要具备这三个要素,而且这三个要素是一个有机的整体,问题的条件与目标需要绕过一定的障碍才能达到．良好的问题一般特征:初始情景清晰、问题目标明确、可能的操作与运算都是确定的．[1]

问题导学是指教师对特定的教学任务中进行分解设计,以问题的方式呈现,在问题的引导下,学生进行问题解决的过程．问题导学是一种教学设计和课堂组织策略,有助于培养学生的问题意识与问题解决能力,对于提髙教学质量有很大的益处．

物理是一门实验为基础的学科,可以运用问题导学来促进物理实验教学的有效实施,通过问题与实验,提高学生的实证意识与批判意识,从而提高物理的思维能力．学习物理的过程实际上就是解决问题的过程,通过问题导学与实验探究变灌输式为引导式的方式,感受物理知识获得、问题解决的策略与科学方法的多样性,增强学生学习物理探究过程实验体验与问题思考．

1.2 问题导学的在实验教学中的作用

教师要充分认识学生“问题导学”在教学中的意义,问题导学是有效推进实验教学的一个手段与载体,只有“问题”才能更好地促使学生思考,学生才能更好地进行实验探究,有效地进行变量控制、分析与综合、概括与推理等方法,提高问题意识,从而提高问题解决能力,进而培养学生的质疑能力和思辨能力．

(1) 问题导学具有支撑实验教学的作用.

问题导学目的是引导学生在问题解决的过程中锻炼思维、培养技能、提高能力．在实验教学中,问题导学的关键是创设好问题情境,教师要根据实验教学目标、学生实际、教学内容精心设计问题情境,为“问题”设计好“初始情景”与“问题目标”,同时设计适度的障碍,即“跳一跳,摘到桃”,符合学生的最近发展区,指引学生有效开展实验,掌握解决问题的方法．

(2) 问题导学具有引领实验教学作用.

问题导学具有引领学生自主探究的作用．学生面对复杂的物理问题,往往会遇到“障碍”而产生“困惑”,此时,可以引导学生通过问题导学进行自主思考与小组交流,在问题引导下,自主设计实验方案、开展实验活动,获取有关数据并进行数据处理,进而得出结论．这时候的问题导学将学习任务分解为一个个较小的问题,帮助学生理解问题、分析问题和解决问题．

(3) 问题导学具有发现实验问题作用.

问题导学不是要教师直接提出问题,而是通过创设实验情景启发学生自己提出问题,以及自己设计问题解决的方案．问题导学在于帮助学生在实验过程中及时发现新的问题,引导学生及时记录实验现象并思考产生新问题的原因,进而引导学生考虑问题解决的方案,在解决实验问题的过程中来提高解决问题的能力．

2 基于问题导学的实验教学基本思想

2.1 以生成问题作为实验教学的出发点

问题是解决学习任务的线索,一节课中,贯穿于学习始终往往是一个环环相扣的“问题串”．在实验教学中,不仅仅是为了实验而做实验,也不仅仅是利用实验“激发兴趣”,更为重要的是要充分利用实验情境诱导学生思考,在实验情景中发现问题、生成问题和提出问题,这才是实验教学的出发点,从而使学生自主产生 “问题串”．这样就有利于学生的思维发展以及提高学生的问题解决能力,同时为新问题的引发创设情境、奠定基础．

案例1.声音在空气中的传播

师(设置问题情景):我们知道了声音在固体、液体中能传播,那么在空气中能传播吗?

生:能,老师说话,我们都能听到,就是通过空气传播而来的．

师(追问):老师说话的声音,一定是通过空气传播到同学们的耳朵?

生(思考与交流):也有可能通过墙壁、桌子、地面、人体骨骼等固体传播而来,当然也可能是空气传播而来．

师:嗯,这样的话就难以断定是哪一种物质传播出来．那么如何设计实验来进行探究空气也能传播声音呢?

生1(思考与交流):能否把这些固体物质移掉?

生2:墙壁、地面怎么移掉呀?

生3:能否移掉空气?可以的,把空气抽掉!

师(竖起大拇指):很好,接下去利用“玻璃罩钟、电铃”等器材进行实验,验证自己的想法．

本案例中的实验教学是以问题情境为起点,通过学生自主思考,产生问题,建立假设(或猜想),选择问题解决的策略、制定与实施实验方案,获得事实与证据,以达到问题解决．以上过程就产生一系列问题串,前后富有逻辑,很有利于培养学生的思维能力．

2.2 以解决问题作为实验教学的归宿点

问题解决和实践能力是相辅相成的,实践能力的养成就是通过问题解决来实现,不解决问题,那就很难培养学生的实践能力．问题解决能力也是实践能力水平高低的一个标志,问题解决能力越强,其实践能力也会越强．实践能力是重要的核心素养,也是我们教学中的一个重要目标．实验教学中,要求实验目标指向非常清晰、操作具有很强的程序性、认知活动相当活跃,这些特征与问题解决不谋而合．所以我们要把问题解决作为实验教学的归宿点．

案例2.声波

声波对于初中生来说,具有高度的抽象性,学生往往会误会其中的原理．

师:声音是以什么形式在介质中传播呢?

生(多数学生的观点):以老师的声音为例,老师的声音从前方传到我这里的,因此,声音会像子弹一样从老师那里射过来的．

师:我们先来做一个实验:将一支(或多支)点燃的蜡烛放在喇叭口附近,当喇叭播放较强的声音时,请大家观察蜡烛烛焰的摇晃情况．

生:看到烛焰左右摆动．

师:这是为什么呢?与大家提出的“声音会像子弹一样从老师那里射过来的”的观点一致吗?

生:不一致．烛焰在原位置左右摆动．

师:回忆一下,声音是怎么产生的?从中能悟到什么?

生(思考与交流进行问题解决):物体的振动产生声音．当喇叭向外振动时,压缩邻近的空气使空气变密,喇叭向里振动时,使邻近空气变疏,振动不断,空气疏密变化也不断进行,使空气气压发生不断的改变,从而使烛焰发生左右摆动．

可见,实验教学的价值就是把学生置于具体的、有意义的问题情境中,引导学生通过独立思考、合作探究、师生互动等方式解决真实的问题．[2]

2.3 以拓展问题作为实验教学的突破点

在问题背后与解决问题的过程中往往蕴含着让学生难以认识到的新问题,通过实验观察、思考、交流来理解问题的本质,从而进一步完善学生的认知结构,拓展学生的思维空间,促使学生的思维更具有流畅性、深刻性、批判性和灵活性,提升学习力,因此,我们要在问题解决的基础上,把拓展问题作为教学的突破点．

案例3.碘升华

在教材上,碘升华实验是用酒精灯直接加热“碘升华管”的方法．固态碘开始是在“碘升华管”的底端,稍稍加热、冷却后,看到固态碘“跑”到上端去了．于是下结论:固态碘可以直接变成气态碘,这个现象称之为“升华”,气态碘遇冷变为固态碘的过程,称为“凝华”．

师:同学们对以上实验及其结论有怀疑吗?

生:没有,书本上也是这样的．

师(PPT呈现碘的小知识,问题拓展):碘的熔点为113.5℃．

生(交流):酒精灯外焰的温度远远高于113.5℃,这样加热到冷却,整个过程可能是“固态碘→液态碘→气态碘→液态碘→固态碘”．那么实验与结论不一致．

师(问题拓展):那么,液态碘为什么会看不到呢?

生:可能是碘的质量太小,加热温度过高,一旦出现就会立即汽化了．

师(问题拓展):有什么办法不要出现“液态碘”而只是出现“固态碘→气态碘→固态碘”呢?

生(思考与交流):我们采用“水浴法加热”,即把“碘升华管”的下端泡在热水(可以是开水)中一会儿,然后取出冷却即可．这样加热,水温肯定低于碘的熔点,可以避免出现液态碘．

学生立即着手做一做这个实验,结果效果很好．

这样的实验,是把碘升华的过程充分予以暴露,把如何避免产生“液态碘”作为问题拓展点,从而有力地推动学生思维活动以及小组合作,从而开阔了思维,揭开了物理现象的本质,具有深刻的探究性．[3]

3 以问题为导向的实验教学策略

3.1 合理确定实验导向问题

一个实验涉及的问题往往会比较多,有装置本身问题、仪器质量问题、天气问题、学生本身问题等等,教师为了体现“学为中心”的理念,一堂实验教学课,过多追求“生成性”的问题,往往失去课堂的核心问题与重点问题,往往会被各种“问题”所牵制而分散精力,结果重点难点就不能突出出来,一节课的教学任务会不能如期完成,长此以往,很容易造成教学质量低下．

案例4.凸透镜的焦点

在学习凸透镜焦点时,通常通过以下实验来教学:让凸透镜正对太阳光,拿一张白纸在它的另一侧来回移动,直到纸上出现最小、最亮为止,再测出光斑到凸透镜的距离．[4]

师:实验之后有什么问题吗?

生1:光斑到凸透镜的距离,能不能算焦距?

师:可以近似的看成焦距．理论上说,焦距应该是焦点到光心的距离．

生2:那么考试的时候怎么办?

生3:按照本实验,焦点应该是最小、最亮的光斑,这个光斑是有一定的体积的,焦点有体积吗?

师:是的,本实验中,把这个光斑看成焦点,也是一种近似处理,焦点不能算作有体积的,焦点是一个点．光斑有体积的主要原因是由于太阳光是复色光,不同的色光折射率不同引起的,当然凸透镜本身的厚度等因素也是其中的原因．

生4:考试中焦点有体积吗?应该没有吧?

如果教师一直被这种“考试时……”这样的问题牵着走的话,那么这节课进度会很慢,学习容量会比较小,不利于教学．不过,学生所提的问题中,也有不少是主流问题,比如“光斑”的近似处理,焦距的近似处理,都是很好的问题,在教学中,把这些问题应该予以肯定,引导学生思考,并引导学生提出有效的物理问题．

3.2 及时捕捉实验生成问题

发现问题是科学研究起点．爱因斯坦说,发现一个问题比解决一个问题更重要．在实验中培养学生的发现问题、捕捉问题能力,捕捉问题的是推进观察和思考的动力．观察与思考是捕捉问题的关键所在．培养学生养成捕捉问题的习惯,要善于观察实验现象,并能够从中找到自然规律,对实验现象及时提出问题并解决问题,分析出事物的本质因素．

案例5.干冰升华实验

教师用坩埚钳把干冰从保温杯中取出并举起让学生进行观察,结果发现干冰周围出现大量的白雾,不久,在坩埚钳上又看到一些白花花的冰晶．

师:这些白雾是什么?为什么会出现白雾?

生:干冰熔化了,出现液态的二氧化碳．

师:常温下,能形成液态的二氧化碳吗?

生(思考与交流):是呀,不可能是液态的二氧化碳,应该是干冰升华迅速降温出现的现象,是空气中的水蒸气遇冷液化、水再凝固成冰晶,甚至水蒸气直接凝华成冰晶．

学生思考交流之后重新观察实验的全过程,发现了干冰升华所带来的多元的物态变化,而不是简单的干冰升华变为气态的二氧化碳．

因此,培养学生这种捕捉问题的能力在物理教学中显得尤为重要．而科学问题的提出能够有效地带动学生思维,使学生的学习更加积极主动,同时也能够提高学生辩证思维和创造性思维的能力．在解决问题的同时,学生思维的判断及灵活性得到进一步锻炼,进而形成创造性的科学精神．

3.3 适时解决实验不足问题

实验教学中,难免存在不足的问题,其中有的是因为实验仪器不足,有的是因为实验设计不足,有的可能是实验原理选择不当所致等等．在教学中,要适时解决因实验不足带来的教学问题,通过其他方法来弥补或改进其中的不足．这时,问题导

学有其存在的价值,我们可以结合实验设计问题,形成问题台阶,层层递进,逐步攻克实验中的不足．问题导学可以从实验本身出发,也可以从学生较为熟悉的问题出发逐渐延伸到核心问题,并适时进行启发与引导,帮助学生冲破瓶颈．

案例6.乐音与噪音

声音可分为乐音与噪音．把悦耳的使人感觉到轻松愉快的声音称为乐音;把听起来使人烦躁不安的声音称为噪音．教师通常通过举例,比如马路上汽车过来的声音、工地发出的嘈杂的声音等都是噪音．除此之外,老师也会通过实验来加深理解噪音的含义,比如用力拍打桌子发出噪音,用唱歌的方式来演示乐音等．

这样的教学,实际上不需要老师教学生也会知道,学生对知识的理解仍然停留在概念的表面上．这是因为这样的实验不足以引发学生思考与深化．我们可以利用“DIS数字化信息系统”来进行实验,学生一边“唱歌”、“奏乐”、“拍打桌子”、“吼叫”等方式进行实验,一边在电脑显示屏上观察乐音波形(图1)与噪音波形(图2)．之后可以引导学生进一步思考．

师:从图1或图2中,可以发现声波有什么特征?

生:有一定的波长、振幅、周期．

师:乐音与噪音有什么不同之处?

生:乐音与噪音一个重要区别是物体振动有没有一定的规则,乐音振动有规则、噪音振动不规则．

图1 乐音的波形

我们可以看到,由于仪器设备不足的原因,教师对此教学只是表面性的进行实验,如果条件许可的话,采用“DIS数字化信息系统”进行实验,就能很好地解决了本问题,学生对于声波、乐音、噪音,以及声波的基本特征等都可以进一步作出分析,学生对问题的理解就从感性上升为理性理解．

总之,基于问题导学的实验教学,实际上就是取“问题”与“实验”所长,是一种整合性教学,把两者的优势予以统合,提高实验教学的效果．我们在物理教学中,更多的是以实验作为基本方法,激发学生学习兴趣,更重要的是引发学生在实际情境中思考事物的本质,而问题导学,也是通过创设情境,把学习任务逐级分解利于学生思考与理解,起到思维“导航”作用．因此,在物理实验教学中,若能很好地设计问题与设计实验,对于物理教学的推动是较大的．

1 张大均.教育心理学[M].北京:人民教育出版社,2003:184.

2 谢杰妹.初中科学问题生成与问题解决的互动策略[J].教学月刊·中学版,2013(4):16-17.

3 柏玉生.基于实践的物态变化实验的改进路径[J].物理教学,2017(5):39-40.

4 朱清时.义务教育教科书·科学·七年级下册[M].杭州:浙江教育出版社,2013:75.