物理探究式教學中創設問題情境的研究

摘要:本文分析了物理探究式教學中問題情境創設研究的背景，闡述了創設問題情境研究的意義，并按內容和教學過程的標準對問題情境進行分類，并且通過大量的案例探討了情境創設的途徑。

關鍵詞:物理;探究式教學;問題情境

中圖分類號:G633.7 文獻標識碼:A 文章編號:1003-6148(2010)1(S)-0065-4

1 問題的提出

通讀新課程標準和人教版的新教材，給人的總體印象是突出了對學生素質的全面培養，突出了教學的個性化、多樣化、綜合化，突出了知識建構的過程，尤其是在教學的方法上，強調了科學探究。同時新教材也強化了問題意識，引導學生有效思考，突出了“科學探究”，強調過程與方法，突出“情境的創設”，注重學生學習興趣的培養。因此，對課堂教學方式的改革和適應性研究勢在必行。在倡導的探究式教學中有一個主題就是要有效引導學生思考值得探究的問題，而問題總是附在情境中，看來對物理教學中創設問題情境的研究顯得尤為必要和重要。

2 什么是問題情境

情境是與某一事件相關的整個情景、氛圍、背景或環境。情境與知識的形成、應用和轉化等都有密切關系。一位德國學者曾用這樣一個比喻來形容情境和知識的關系:“將15克鹽放在你的面前，無論如何你難以下咽。但當將15克鹽放入一碗美味可口的湯中，你早就在享用佳肴時，將15克鹽全部吸收了。”情境與知識，猶如湯與鹽。鹽需溶入湯中，才能被吸收;知識需要溶入情境之中，才能顯示出活力和美感。

問題情境就是一種具有一定的困難，需要學生努力去克服(尋找完成任務的途徑、方式)，而又在學生能力范圍內(努力可克服)的學習情境。一個好的問題情境應使教學內容具有新奇性，從而使學生產生好奇心和求知欲，有效地激發學生的探求欲愿和興趣，有助于培養學生的創新意識和提出問題的能力。

3 創設物理問題情境的目的和意義

首先，創設問題情境有利于學生充分感受知識的建構過程，體驗自己獲取知識的成就感，準確把握學習內容。在無情境化的教學中，學生直接接觸現成的結論，知識就如橫空出世一般突然呈現在學生面前。由于不知道知識是為了解決什么問題，是如何得來的，這就給學生深刻理解學習內容帶來了障礙，不利于學生思維的發展。

其次，創設問題情境有利于學生順利實現知識的遷移和應用。通過具體情境中的學習，學生可以清晰地感知所學知識能夠解決什么類型的問題，又能從整體上把握問題依存的情境，這樣學生能夠牢固地掌握知識應用的條件及其范圍，從而靈活地遷移和應用所學的知識。

最后，創設問題情境有利于激發學生的學習興趣。學習興趣在學習過程中具有極大的推動作用，學生對某科的學習越感興趣，則學習越有信心，學習成績也會越來越好。據研究，學生剛開始學習物理時，普遍對物理有著濃厚的興趣，但隨著學習進程的延伸，有相當學生的興趣開始減退，并導致一批學生掉隊。其中原因雖然很多，但假若教師能給學生學習創設形式多樣且輕松愉快的情境，則被動的“苦學”就會變成主動的“樂學”，教學也就容易實現并取得成功。

4 問題情境創設的途徑

按不同的標準，問題情境的創設分類不同。

4.1 若按內容可分為以下幾種:

(1)以差異性實驗創設問題情景

學生對物理問題往往只從某一角度理解，若變換角度，理解物理概念和規律就顯得困難。為此，就需從不同角度對同一物理問題創設情境。精心設計差異性實驗就是手段之一。差異性實驗是指結果出人意料之外的、與學生先前概念或常識相違背的科學實驗。這些實驗展示的現象，與學生已有的潛概念發生矛盾，能引發學生強烈的認知沖突，使學生頭腦中產生各種各樣的疑惑。

案例:在進行《自由落體運動》的教學時，老師可創設以下實驗:(1)沒有抽氣時，羽毛比錢幣慢很多;(2)抽去部分空氣后，兩者下落的時間差減小;(3)盡量抽空后，兩者幾乎同時落地。學生通過觀察這個差異實驗現象后，自然就會提出“影響物體下落快慢的因數不是原來認為的質量而是什么呢?”這個問題。

(2)以生活經驗來創設問題情境

家庭、學校、社會都有大量學生感興趣的物理問題。在生活中，學生已經接觸到許多與科學有關的生活經驗，其中可能有一些與自己先前概念和認知結構相矛盾的體驗和相關的問題。教師在教學時要“使物理貼近學生生活，聯系社會實際”，恰到好處地利用學生已有的生活經驗來創設問題的情境。

案例:在進行《自由落體》一節的應用教學時，可讓學生來揭穿這樣一個江湖騙局:江湖上有人用兩手指夾著一張100圓的嶄新鈔票，他放手后，你能用兩手指在鈔票中央處將鈔票夾住，鈔票就歸你。先讓同桌的同學相互做做看，結果總是夾不住。接著提出:同學們能揭穿這個騙局嗎?學生自然就會圍繞這一騙局展開討論思考，直到找到答案。課后檢測證明學生對《自由落體》這一節的知識有很好的掌握，而且對物理的興趣倍增。

其實，學生的生活實際、學生熟悉的生產實際往往和中學物理知識聯系緊密，老師要善于挖掘素材，捕捉與本節知識相聯系的生活、生產實際，創設出合理的物理情境，讓學生在此情境中充分感受知識的建構過程，從而愉快的獲取知識，有效地提高學習物理的能力。例如，加速度教學可圍繞百米賽跑，賽車和飛機賽跑等生活實例來設置情境;磁場和電磁感應的教學可圍繞學生熟悉的小型電動機和發電機來設置情境等。

利用學生的生活經驗來創設引導學生自我發現問題情境。但要注意:一是要選擇與學生生活經驗相關的教學素材;二是盡可能讓學生發散性地提出相關問題;三是要引導學生對問題進行討論與篩選，選擇切合教學要求的問題來進行討論，而并不是刻意追求解決所有問題。

(3)以科學模擬研究來創設問題情境

學生學習物理與科學家研究物理是有區別的。中學生學習物理主要是通過學習前人發現的物理知識來掌握知識與技能，學習研究的過程與方法，培養情感態度與價值觀。學習物理可以采用科學模擬研究的方法。利用這種模擬物理學家研究來創設學生發現問題的情境，可以使學生以研究者的角色進入學習，學會科學地看問題、想考問題，逐步了解物理學的探究過程和方法。

案例1:\"通過實驗研究質量相同、大小不同的物體在空氣中下落的情況，從中了解空氣對落體運動的影響\"。在教學中可以創設模擬研究的情境:對亞里士多德關于物體下落的觀點進行討論。學生可能會提出五花八門的有關物體下落的問題，老師要引導學生討論并把問題歸結到“物體下落的情況與哪些因素有關”的研究課題上來:影響物體下落的因素可能是什么?可能的因素是空氣、物體質量、物體大小、物體的材料、下落的地點等。如何來研究這種多種因素影響的研究課題呢?通過討論，引導學生利用“控制變量法”研究“質量相同、大小不同的物體在空氣中下落情況”。

案例2:“奧斯特發現了電流會產生磁場，怎么用實驗來探究磁場是否能產生電流呢”。在教學中可創設模擬法拉第研究的情境:(1)把閉合導線直接繞在磁鐵上;(2)把兩個線圈繞在同一個鐵芯上，一邊接上直流電;(3)把閉合導線一部分置于磁場中，靜止、平行于磁場運動，垂直于磁場運動，任意方向運動;(4)閉合線圈不動，磁鐵沿各個方向運動。通過這些模擬實驗，引導學生提出“利用磁場產生電流的條件究竟是什么?”并沿著法拉第的思維方法尋找到答案“閉合回路的磁通量發生變化”。

(4)以新舊知識的聯系來創設問題情境

物理概念反映了物理現象和過程的本質屬性，而物理規律描述了物理現象和過程在一定條件下必然發生的本質聯系。這些知識的聯系也往往是物理教學時創設問題情境的素材。教學中可以利用物理知識的聯系來引導學生對相關知識進行推理分析，培養學生聯想、逆向思維的能力與習慣以及善于發現和提出問題的能力。

案例:學習了力的概念，又學習了運動的知識，教學中要通過演示實驗或者學生實驗或者講解事例，揭示力與運動這兩個知識點的一些誤區，并引發學生討論，讓他們自己產生“力是產生物體運動的原因嗎?”的疑問，并提出探究力與運動關系的課題。

(5)以作業活動來創設問題情境

物理作業活動不僅包括傳統的習題練習，而且還應該包括實驗、科學設計、科學制作和社會調查等等。通過作業活動，學生不僅能鞏固和深化所學知識，學習探究的方法，培養研究的能力，而且更重要的是可以把學生引入問題情境中，學生可以在較大程度上自主完成建構問題、設計解決方案、體驗問題、解決過程、進行自我評價等活動。因此，應通過學生作業活動引導學生提出問題。

例如，學生對物理習題的錯誤解答，不同學生的“錯誤”及“錯誤原因” 都可能不同，引導學生分析各種錯解的原因，逐步讓學生學會糾錯的能力。在這些學習過程中，學生頭腦中會萌發一些問題。教師可以要求學生適時記下相應的問題，在教學中可以討論和解決這些問題。

4.2 若按教學過程來分，又可分為以下幾種:

(1)創設導入情境

一般用于授課開始。方法以教師提問、實驗或習題解答為主，內容多有基本概念復習，定理定律應用，公式運用解題等。目的在于激發學生興趣，自然引入新課。

案例1:講自感現象，可用干電池、開關、自感線圈、導線和幾個同學組成如圖1所示電路，當開關突然斷開，請問同學有何感受。學生經歷這樣一個的情境，問題自然就因驚奇而起。以這種方式引入課題，學生參與面較廣，體驗深刻，能很好激起學生的探究欲望。且器材簡單易得，改裝方便(圖中的自感線圈也可用日光燈的鎮流器替代)。

案例2:講“物體的沉浮條件”，教師可先做一演示實驗:將一木塊浸沒水中;將一鐵塊浸沒水中;將一石臘浸沒水和酒精混合液中，并提出物體沉浮條件是什么。三種情境擺在學生面前，使學生產生強烈的求知欲望，迅速進入課題，展開思考。

案例3:講“力的分解”，教師可展示旅游觀光纜車的視頻材料，學生觀察后提出懸掛纜車的纜線若做成直的應該更節省路程，為什么反而做成彎曲的呢?事實證明學生當時急切想知道這一問題的答案，激起了學習本節內容的強烈欲望。

(2)創設遞進情境

用于講授過程。目的是通過由淺入深，由簡到繁使學生掌握概念，學習研究物理問題的方法。此情境的創設要注意層次清楚，要符合解疑推理的邏輯性。

案例1:如在“透鏡”一節中，第一次創設情境:平行主光軸的平行光線射入(凸、凹)透鏡后方向怎樣改變?經實驗得出答案。再創設第二次情境:不平行主光軸的平行光線射入(凸、凹)透鏡后又會怎樣改變?又經實驗得出答案。再創設情境:非平行光線射入(凸、凹)透鏡后又怎樣改變?再次以實驗證明。最后總結得出結論，這樣學生對透鏡的認識就較為明確。

案例2:如構建“加速度”這一概念時，可比較以下四個情境中速度改變的快慢。

問題:(1)轎車與列車誰的速度變化快?為什么?(2)轎車起動與汽車剎車誰的速度變化快?為什么?(3)汽車剎車與博爾特起跑誰的速度變化快?為什么?

這三個問題層層遞進，學生經歷一個由淺入深的過程，深刻地感受了得出加速度的定義的過程。

(3)創設強化情境

目的是為鞏固課堂所學知識;加深對物理概念、定理定律、公式的理解而設置情境。

案例:為加深對加速度的理解和掌握，可設置這樣的情境。比較三種車系的加速性能誰好?要解決這個實際問題，需學生獨立去識別和選取有用信息，并根據加速度定義，算出各自的加速度，做出判斷。學生經歷這樣的情境并解決問題后，才真正體會到學習物理是有用和有趣的。

(4)創設隨機情境

目的是在講授過程，為擴大學生思路，使其能舉一反三、觸類旁通。但要注意，隨機創設應緊緊圍繞教學目標。

案例1:進行“壓強”復習教學時，可就液體壓強P=ρgh，固體壓強p=F/s的物理意義的挖掘，在習題練習中創設情景:一定質量的水裝入不同容器，容器底部壓強;手對圖釘帽的壓強和圖釘尖對墻壁的壓強，通過對這些情景問題的辨析，強化對壓強這一物理概念本質的理解和掌握。

案例2:如在講解連通器內只有一種液體且靜止時液面總保持平衡的問題后，可提出設問:不同液體液面相平嗎?學習漂浮物體的重力和浮力的關系后，設問:一條船從海里開到河里是浮起一些還是沉下去一些?以培養學生從不同角度對物理概念作全面分析的思考能力。

5 關于問題情境創設的幾點思考

5.1 情境的素材要有針對性

問題情境的創設，必須基于學生的已有知識、經驗和對教材內容全面的、科學的分析。要深入分析和挖掘教材內容中蘊涵著的情境素材，用生動的語言創設符合學生最近發展區的問題情境，才能激發學生探究的興趣。

5.2 問題要有方向性

教師創設情境要把問題設在學生有疑之處，這樣的問題才能引起學生的認知沖突，激發學生探究的興趣。而問題一旦得以解決，學生就會有“柳暗花明”的感覺，有極大的成就感，從而激起進一步探究的欲望。

5.3 情境創設要有懸念

“懸念”是一種認知的張力，它激勵著人們學習知識、認識事物、研究問題、探索規律。“學起于思，思起于疑”就是指探求欲一般由好奇心發展而來。所以創設問題情境要充滿疑問和問題，具有挑戰性，打破學生原有認知基礎，引發認知沖突，即充滿懸念，從而激起學生強烈探求欲望，進而調動學習的熱情和求知的探索精神。

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(欄目編輯張正嚴)