高中物理教學中開放性問題的設計研究

居海軍 張平昭 于路軍

（江陰市青陽中學 江蘇 無錫 2144 01 ）

1 問題的提出

2011 年高考浙江省理綜試題的第16 題是一道關于變壓器的試題，具體如下：如圖1所示，在鐵芯上、下分別繞有匝數n1＝800 匝和n2＝200 匝的兩個線圈，上線圈兩端與u＝51 sin 314 t V的交流電源相連，將下線圈兩端接交流電壓表，則交流電壓表的讀數可能是

A．2．0V B．9．0V C．12 ．7V D．144 ．0V

圖1

代入數據得

交流電壓表測量的是有效值，考慮到實際有損耗，故實際讀數應該小于9．0V，故選項B，C，D錯誤，選項A正確．

對于此題選擇選項B的學生人數非常多，因為他們頭腦中只記得有個公式u1：u2＝n1：n2．教師可能會責備學生，用公式怎么不看適用的條件，只會死套公式，這個公式是適用于理想變壓器，而這道試題的模型不是理想變壓器，鐵芯中有漏磁（磁損），因此這個公式直接算出的數據并不是電壓表讀數．面對學生的錯誤，教師要反思自己的教學行為，新的物理學科課程標準要求全面提高學生的科學素質，培養學生的創新精神和實踐能力，但是新課程改革已經實施了七八個年頭了，學生的創新精神和能力好像與我們所期待的還相距甚遠．推行素質教育的今天，“題海戰術”依然大行其道，大量封閉性問題的訓練，給學生帶來了嚴重的思維定勢，使得學生缺乏變通能力和遷移能力．

2 物理開放性問題的界定及設計原則和策略

物理開放性問題是相對于封閉性問題來說的．封閉性物理問題是指問題有著完備的條件，明確的結論，解題策略單一，一般也稱為結構良好的物理問題．傳統的物理習題教學大多是針對封閉性問題進行訓練和考核的，用具體量化的分數考查學生的知識和能力．開放性物理問題一般都具有這樣的一些特征，即條件的開放性，解題策略的多樣性，結論的不唯一性以及評價方式的多樣性，一般也稱之為結構不良的物理問題．相比而言，封閉性物理問題在考查學生對基本知識如概念、原理、規律的記憶、理解、運用等和訓練學生基本技能方面起著重要的作用，開放性問題有利于考查學生的理解、推理、變通遷移的能力．

2．1 物理教學中開放性問題設計的原則

（1）問題設計要符合學生的認知發展水平

物理教學的設計必須以學生的已有知識為起點，開放性問題的設計應該體現學生的主體地位，無論是開放性問題內容的新穎程度，還是問題的難度都應該符合高中生的認知能力水平和特點．教師要把握好開放性問題設計時的難度和廣度，不能脫離學生的知識背景，無限制地開放問題，學生在課堂討論問題時，也不能天馬行空地無限制地發揮下去，教師要做好引導工作，把握教學節奏．

（2）問題設計不僅要注重預設，更要注重生成

設計開放性問題需要有一定的針對性，開放題的設計要體現培養多方位，多角度地解決問題的能力，這樣的設計必然要求教師有開放的思維．教師課前必須預設課堂上可能發生的問題，但是教師的預設不一定就是課堂上的生成，教師要把握開放性問題教學的適當時機和合理途徑，恰到好處地引導學生討論問題，并及時評價、總結．同時，教師在教學設計時應合理地配置封閉性問題和開放性問題在課堂教學中的比例，提高課堂教學的效率．

2．2 物理教學中開放性問題設計的策略

在開放性物理問題設計時，教師可以采用下列一些方法和策略設計及編制開放性問題．

（1）采取逆向分析，由問題的結論去尋找問題的條件，將封閉性問題轉化為開放性問題．如圖2，這道題本是一道選擇題，通過問題的倒轉可以設置一道供學生討論的開放題．根據圖2，探討有哪些方法可以調節小燈泡的亮度，并總結探討各個物理量之間的相互制約關系．

圖2

（2）弱化或隱去部分條件也是編制開放性問題的一種手段．如帶電粒子在電場或磁場中運動時，只要隱去帶電粒子的電性，問題就可能需要分類討論，斜面上物體受沿斜面的推力作用，隱去物體的狀態，就可以討論物體受到的摩擦力的大小和方向多種情況．

（3）可以在某一情境下，在原問題的基礎上與其他的問題進行合理、適當的聯系和擴充，從而形成開放性問題．有效地利用一個物理情境或模型展開討論，可以有效地提高課堂教學的效率．

只要教師肯動腦筋，開放性問題來源廣泛，物理教材或試題中的問題、生活實際、科技前沿中的問題等都可以通過適當的編制形成為物理教學服務的開放性物理問題．

2．3 開放性問題設計的策略在幾種課型中的運用

教師在不同的課型中設計和構建開放性的物理問題時，可以采用不同的教學策略．

（1）新課教學時，在同一情境或模型下設計開放性問題，以幾個相關問題驅動學生思考，不盲目灌輸物理概念和公式，注重學生學習知識的生成過程．

例如，在“變壓器”教學的設計時，可以采用定性分析和實驗探究相結合的方法，使學生定性了解變壓器原、副線圈電壓和匝數的關系，再利用實驗探究變壓器電壓和匝數的關系．在研究變壓器鐵芯的作用時，教師可以設計如下的開放性問題．如圖3，利用線圈的互感現象，怎樣增大副線圈中的電壓？

圖3

學生討論后得出幾種方式，即將副線圈2靠近原線圈1，或是放到原線圈的上面或下面，也可以利用鐵芯將原、副線圈串聯起來．原線圈的磁感線如圖4，鐵芯的作用可以讓學生觀察如圖5實驗所示．學生討論后可知鐵芯的作用是約束磁場，在什么范圍內約束磁場．分析變壓器因各種原因產生的損耗，提出理想變壓器的條件，建立理想變壓器的模型，在此基礎上進一步分析、推導理想變壓器原、副線圈的電壓與匝數關系、功率關系、電壓和電流關系．本節教學內容結束時，再利用圖5情境分析文章開始引入的圖1中的問題，該問題的解決就水到渠成，學生對理想變壓器模型的理解也會更加深刻．教師的課堂教學設計應為學生的主動學習和知識的構建創設開放性的環境．

圖4

圖5

（2）在實驗教學時，教師可以將課本中的一些驗證性實驗設計為開放性的設計型探究實驗，讓學生設計實驗的情境、模型、需要的器材和探究過程．例如，實驗“驗證自由落體運動機械能守恒”可以設計為先讓學生從生活中發現一些與機械能守恒相關的現象，抽象出其中的模型，列出實驗中需要的器材和探究的步驟．

開放性實驗的特點是根據實驗目的利用已有的實驗器材設計不同的方案，或者自選器材，運用不同的實驗理論和實驗方法設計完成多個實驗方案．例如“測電源的電動勢和內阻”實驗或“測電路中某個未知電阻的大小”實驗，教師可以引導學生設計多種實驗方案，選擇相應的實驗儀器，運用已學的實驗理論和方法進行多角度的實驗設計，訓練學生思維發散性．

近幾年的高考物理實驗題已從對學生的簡單實驗的記憶型知識的考查轉向對學生掌握實驗的思想、方法、原理以及實驗儀器的熟練使用的考查，對學生的開放性思維要求更高，具體要求落實到學生在平時的實驗中要動腦、動手，對實驗器材的用途和特點要非常熟悉，對實驗原理的理解透徹，能識別“變異”實驗的本質，對基本實驗衍生出的分支實驗也要有一定的了解．

（3）在復習課的設計時，弱化或隱去部分條件，將封閉問題開放，以問題帶動知識點的復習．教師應打破傳統的幾輪復習，物理知識不應被切割得太碎，要注重知識間的整體聯系，以開放的形式教給學生構建知識的圖式．心理學上認為，知識是一個整體的圖式存儲在大腦中，各知識間形成網絡狀聯系．教師應靈活地運用各種教學模式，重視學生內在的知識構建過程，開放性的問題能給每個學生自我展示的空間，激發其學習的熱情．

筆者2013 年去無錫市太湖高中聽公開課，一節“帶電粒子在復合場中的運動”復習課設計新穎、開放，給人耳目一新的感覺．教學中，執教者設計這樣的活動，即回顧力與運動的相關知識，分析帶電粒子在幾種單一場和復合場中能否實現下列運動［表格中有勻速直線運動、勻變速直線運動、（類）平拋運動、勻速圓周運動］，若能，在表格中畫出場的情況并填寫出帶電粒子完成各運動需要的條件，若不能，請說明理由．學生對給定的情境進行開放性地討論，探究粒子運動的各種可能性，將常見的粒子運動問題進行了歸類，形成帶電粒子運動的圖式結構，將知識點形成了體系．取得非常好的教學效果．

3 小結

從這些年的高考試題也可以看出考查的問題逐漸趨向開放性，教師轉變封閉、落后的教學觀念是新課程和新形勢的迫切要求．教師在教學設計和作業布置時，適當地引入一些物理開放性問題，有利于拓展學生思維的深度和廣度，有利于提高學生的變通和遷移能力．