基于“問題解決型”的高中物理教學模式實踐

趙惠松

（浙江省桐鄉市鳳鳴高級中學，浙江 桐鄉 314500）

基于“問題解決型”的高中物理教學模式是教師在教學過程中通過設置一定的問題情境，提供引導和給予所需的有關資源，讓學習者在問題情境中探索解決辦法，從而使學習者通過自身的努力獲取問題解決技能、優化問題解決策略和內化物理學科知識.通過這樣，可以在一定程度上提高學生的科學素養.

“問題”是該教學模式的第一基本要素，在問題解決型教學單元中，“問題”起著舉足輕重的作用，它是學生學習的起點.在該教學模式中，學生（學習者）是第二基本要素，它是整個教學環節的中心，問題是為學生服務的.如果離開了學生的積極參與和對問題的積極探索，“問題解決型”的教學模式就不能成功，也失去了教學的意義.本教學模式的第三基本要素是教師（指導者），教師要為學生創設一定的問題情境，提出相應的問題，當然問題也可以由學生本人或通過討論提出.在整個問題解決過程中，教師還是一名引導者和教練員，是學生問題解決的評價者和資源的提供者.

基于“問題解決型”的高中物理教學模式有其獨立的內容和流程，下面以人教版高中物理選修3-1教材第一章中“電容器的電容”為例來闡述該教學模式的基本內容和操作策略.

（1）從學習順序來說，問題應該是初次遇到的、新穎的、生動的.

過去的教學，基本上是為教師好教而設計的，是一種以教師或課本為中心的教學.實踐表明，這種教學難以適應現代青少年的生存狀況，它是我們的教育難以帶來人自身的創新和拓展，教師苦教，學生苦學的狀況，正在受到沖擊.現代教育觀認為，學生不僅是教育的對象，更應當是一種教育資源.學生的全部既有經驗、智慧、知識和學習的內在積極性，都應當為教師的教學所用，應當成為動力之源、能量之庫.由此可知，問題的來源和問題的解決都應該利用好學生這種活性資源.

筆者在高中物理選修3-1教材“電容器的電容”的教學前，曾找幾個學生，先讓他們對本節內容預習幾分鐘，然后圍繞3個問題展開話題：① 預習后你想到了什么？② 你沒有弄清楚的是什么？③你對本節內容的學習有什么建議？通過聊天，可以得到很多信息，這些信息都是在學生前知識和前概念的基礎上獲得的.為了能客觀反映事實，這些學生分別是在學業水平好、中、差各個層次中選擇.通過這樣的聊天，我們在課堂上呈現問題情景的方式能盡可能地與現實中的一樣.

在“電容器的電容”的教學中，我們可以設置這么幾個問題：

問題1：電容器有什么作用？

問題2：電容器內部結構是怎么樣的？是不是很復雜？

問題3：電容器是如何儲存電荷的？

問題4：電容器外殼上的“100μF 6.3V”表示什么意思？

問題5：平板電容器的電容與哪些因素有關？

問題6：電容器有哪些種類？

（2）學生研究某些問題時可以根據自己的學習程度，自主判斷或推理.

上述問題“電容器有什么作用”的研究中，教師可通過以下的演示實驗：用耐壓為380V，電容為400μF的電容器插入市電充電，后短路放電，可以觀察到電火花.教師在學生得到感性認識的基礎上，引導學生進行自主判斷，最后得出電容器的作用是儲存電荷這個結論.

在解決“電容器內部結構是怎么樣的？是不是很復雜？”這一問題時，教師可以事先提供一些紙介電容器（如日光燈起輝器里的電容器），讓學生動手拆卸電容器.通過學生親手實踐，使他們認識到電容器是由兩個正對的金屬板組成，中間夾著絕緣物質——電介質.

（3）學生在個人化學習中所獲得的知識和技能再返回于師生互動研討上，可以強化學習效果.

在研究“電容器外殼上的‘100μF 6.3V’表示什么意思？”時可以這樣安排教學片斷：

投影并分析：各種電容器外殼上除了商標和型號外還有兩個數據“100μF 6.3V”，不同的電容器這兩個數據也不相同.下面我們一起來討論一下這兩個數據的含義.

圖1 電容器充放電示意圖

實驗演示：連接好實物圖（電路圖如圖1），對電容器進行充、放電，觀察現象，特別是觀察電流表的偏轉角度；改變電源電壓，重復對電容器進行充、放電，觀察每次充、放電時電流表偏轉角度的變化.

師：在這個實驗中你觀察到了什么現象？得到什么結論？

現象：電源電壓小，電流表指針偏轉角度較小，反之則較大.

結論：電流表指針偏轉角度的大小可以判斷電容器帶電量的多少，由實驗可知，電容器兩極板所帶電荷量Q隨兩極板電勢差U的變化而變化，兩極板電勢差U減小，它所帶的電荷量Q也減小，反之亦然.

師：我們把電容器所帶電荷量Q和兩極板間的電勢差U的比值，叫做電容器的電容，用C表示，

上式表明，要使電容器兩極板間的電勢差U達到一定值，所需電荷量Q越大，電容器的電容就越大，由此可知電容C表征了電容器容納電荷的本領大小.

實驗演示：規格不同的兩個電容器用同一電源充電，再進行放電.

師：在這個實驗中你觀察到了什么現象？

圖2

現象：不同電容器充、放電時，電流表指針偏轉角度不一樣.

結論：不同的電容器在電壓相同的情況下儲存電荷的本領是不一樣的.

實驗演示：如圖2所示，底面積不同的兩個容器裝水，在水的高度差相同的情況下，右邊的容器所裝的水量多.

師：類比一下，電容器的電容與裝水容器的高度、底面積中哪個量相似？

師生研討，得出結論.

結論：電容器的電容C與裝水容器的底面積相似.

師：容器底面積是容器的性質，只與容器本身有關；相類似，C是電容器的一種特性，只與電容器本身有關.

師生互動，得出結論，C由電容器本身決定，與Q和U無關.

師：在國際單位制中，電容的單位是法拉，簡稱法，符號F.1F＝1C/V.法拉的單位太大，常用的電容單位還有微法（μF）和皮法（pF）.1F＝106μF，1F＝1012pF.師：現在大家應該知道了上面第一個數據的含義了吧，它是電容器的電容，表示電容器儲存電荷的本領大小.

師：如果有一個容積為100mL的容器，能不能裝200mL水？

師：那么電容器儲存電荷有沒有限度呢？

討論：相類似，電容器儲存電荷有一定的限度，電容器外殼上所標的數值為電容器的額定電壓，即電容器在這個電壓下可以長時間工作.

（4）學生在研討和個人化學習中進行自我總結，并將學習所得融入到自己原有的知識和技能中.

圖3

在處理“電容器是如何儲存電荷的？”時學生在研討后將所得融入到原有知識中，從而提高了學生解決問題的能力.教學片段如下：

師：為了解決這個問題，我們來做下列的實驗.

實驗演示：連接實物圖（電路圖如圖3所示），開關先合在1處，觀察現象，再合在2處，觀察現象.

師：現在我們來討論一下，為什么開關合在1處時電流表指針偏轉后又恢復，合在2處時電流表指針偏轉后也恢復原狀？并注意指針的偏轉方向.電容器又是如何儲存電荷的？

學生思考并得出結論.

結論：開關合在1處時，電流表指針偏轉，說明電流表中有電荷通過，最后到達極板，電源使電容器二極板分別帶上等量異種電荷，也就是說電容器儲存了電荷.我們把電容器的一個極板所帶電荷量的絕對值，叫做電容器的帶電量，用Q表示.當電容器兩板電勢差等于電源電壓時，電流為0，所以電流表又恢復原狀；合在2處時電容器兩板正負電荷互相中和，有電流產生，電流表指針偏轉，方向與第1次時相反，后電容器不帶電，兩極板間電壓為0，電流消失，電流表恢復原狀.

師：我們把使電容器帶電的過程叫做充電，使電容器正負電荷互相中和的過程叫做放電.

圖4 電容器充放電微觀解釋

多媒體演示：電容器的充、放電.（微觀解釋，如圖4所示）

師：由于充電，電容器兩極板帶等量異種電荷，兩板間存在電場，此時電容器所儲存的能量叫電場能.

師生共同交流：充電：電能——電場能；放電：電 場 能——電能——內能.

基于“問題解決型”的高中物理教學模式，有助于培養學生的主體意識、主動精神、創造欲望、創造思維和創造能力.這種模式的優點在于，更多地開發了學生這一資源，通過使學生更多地介入教學各個環節，從而改善教學的效果以及學生對學習的體驗.它有助于革新教師的教學理念，確立教學工作必須圍繞學生的“學”，力戒從教師的“教”出發的思維習慣.但不可否認的是，任何創新都會隨著社會的進步，環境的變化而落伍被淘汰，所以盡管是最新的理論與實踐，都應該與時境的遷移相適應.所以我們在實施該教學模式過程中，也要不斷地進行調整，使它能適應于時代，適應于社會，適應于學生.

1 郭思樂.素質教育的生命發展意義［J］.教育研究，2002（3）：9－13.