基于問題教學(xué)培養(yǎng)物理科學(xué)思維能力

【摘 要】本文法論述基于問題教學(xué)培養(yǎng)科學(xué)思維的方法，提出情景創(chuàng)設(shè)幫助學(xué)生進(jìn)入角色、提出問題積極引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)分析與解決問題、達(dá)成能力提升目標(biāo)等做法，以培養(yǎng)學(xué)生的物理思維能力。

【關(guān)鍵詞】物理教學(xué) 問題教學(xué) 科學(xué)思維

【中圖分類號(hào)】G? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2019）06B-0041-02

基于問題式的教學(xué)形式，是將學(xué)生作為主體，在老師的引導(dǎo)下，分析解決問題，從而獲取知識(shí)，潛移默化地養(yǎng)成科學(xué)思維的模式。它是積極改變之前教學(xué)模式，試圖去開發(fā)學(xué)生的自主性和主觀能動(dòng)性的新模式。在學(xué)習(xí)的過程中，我們能夠認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)的動(dòng)力來自于學(xué)生對(duì)未知世界的好奇心，即對(duì)未知事物產(chǎn)生疑問，有了疑問便有了求解問題的動(dòng)力，這樣，科學(xué)的學(xué)習(xí)思維便油然而生。

一、創(chuàng)設(shè)情境，進(jìn)入探索角色

物理的學(xué)習(xí)講求有具體的實(shí)情實(shí)景，沒有實(shí)際事物的支撐，學(xué)生在學(xué)習(xí)未知新知識(shí)的時(shí)候很難在腦海中形成思路，這對(duì)物理的學(xué)習(xí)來說是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。要想做好這一環(huán)節(jié)，順利引導(dǎo)學(xué)生接納新知識(shí)，發(fā)現(xiàn)物理中的有趣問題，就需要老師做好學(xué)習(xí)情景的創(chuàng)設(shè)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入新知識(shí)的探究角色中去，使學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問題，開展探究活動(dòng)。

（一）呈現(xiàn)事實(shí)，引發(fā)矛盾。物理學(xué)科的魅力在于能用科學(xué)解釋自己的一些常識(shí)，通過一些物理實(shí)驗(yàn)的實(shí)際演示，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)事情的內(nèi)在本質(zhì)和自己腦海中已存在的想法大相徑庭，從而為之驚呼，引發(fā)自己探究的思維興趣。因此，在創(chuàng)設(shè)情境的時(shí)候，教師可以采取事實(shí)呈現(xiàn)的形式，引起學(xué)生思考，讓學(xué)生在不同于自己固有思維的情況下發(fā)現(xiàn)新的問題，產(chǎn)生新的矛盾，從而激發(fā)學(xué)生的科學(xué)探究思維。

比如，在講解伏安法測(cè)量電阻的大小這一實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師在課堂中分別呈現(xiàn)外接法和內(nèi)接法兩種不同測(cè)試方法所產(chǎn)生的現(xiàn)象。但在學(xué)生固有的思維中，伏安法測(cè)電阻就是依據(jù)? 這一恒等的關(guān)系進(jìn)行測(cè)定，只要分別測(cè)出經(jīng)過 R 的電流 I，以及電阻兩端的電壓 U 就可以算出阻值。但是不同的試驗(yàn)的結(jié)果卻出現(xiàn)較大的差異，這就引出了問題，引發(fā)了矛盾，激發(fā)學(xué)生思考。由此讓同學(xué)們明白這一等式確實(shí)是沒錯(cuò)的，但是在實(shí)際測(cè)量中無論是內(nèi)接還是外接都會(huì)引入儀器的內(nèi)部電阻 Ri 或者? Rv，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)誤差。在外接法中實(shí)際電流 I=Ir+Iv，而電壓? U=Ur，所以實(shí)際的電阻值 ;在內(nèi)接法中則串聯(lián)了電流表內(nèi)阻 Ri，所以實(shí)際的阻值 R=Ri。

由此可見，正是在實(shí)際的事實(shí)演示面前，學(xué)生的思維受到了沖擊，對(duì)自己不相信不理解的事物產(chǎn)生了濃厚的興趣，生成了自主探究的欲望。在情境的設(shè)置中，學(xué)生不由自主地被引入探究事實(shí)的角色中，能夠全神貫注地學(xué)習(xí)新知識(shí)。在試圖解決固有思維和物理事實(shí)的矛盾過程中，他們的科學(xué)思維得到了升華。

（二）提出方案，自主實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)物理教學(xué)中，總會(huì)陷入這樣的情景：教師布置實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)任務(wù)，讓學(xué)生了解大致的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，隨后進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)，至此結(jié)束了實(shí)驗(yàn)的課程。但是這樣并不利于學(xué)生思維的養(yǎng)成，因?yàn)樵陬A(yù)習(xí)的過程中已經(jīng)告訴了學(xué)生這個(gè)實(shí)驗(yàn)是以什么步驟進(jìn)行的，學(xué)生根本不用腦。因此教師可以進(jìn)行改進(jìn)，給學(xué)生創(chuàng)設(shè)情境后提出一些實(shí)驗(yàn)方案，給他們思維發(fā)展的自主空間。

比如，在講授有關(guān)光的波粒二象性的內(nèi)容時(shí)，提出問題，引導(dǎo)學(xué)生思考實(shí)驗(yàn)方法。提問：同學(xué)們對(duì)于偏振片的作用怎么理解？要想驗(yàn)證光的波動(dòng)性需要幾塊偏振片？如何進(jìn)行試驗(yàn)？針對(duì)相關(guān)的問題，學(xué)生認(rèn)真地進(jìn)行思考。因?yàn)槠衿荒芡ㄟ^一個(gè)振動(dòng)方向的光，這是波的特性使然，所以要想驗(yàn)證光的波動(dòng)性，需要兩片偏振片。實(shí)驗(yàn)如下：

首先通過一片偏振片使其只具有一種方向上的振動(dòng)，然后用另一塊偏振片放在前一塊的后面，緩慢的旋轉(zhuǎn)偏振片，可發(fā)現(xiàn)當(dāng)后面一塊偏振片的偏振方向與前一塊夾角 α=90°或者 270°時(shí)，I=0，光強(qiáng)最弱;當(dāng)慢慢地轉(zhuǎn)向到與前一塊夾角 α=0° 時(shí)，光強(qiáng)逐漸增加，直到 I1=I2，從而驗(yàn)證了光是一種橫波，體現(xiàn)了光的偏振現(xiàn)象。

由此可見，正是這種不同于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，給學(xué)生帶來了更多的思考空間。通過情境的設(shè)計(jì)，加上老師的預(yù)設(shè)方案引導(dǎo)，啟迪學(xué)生進(jìn)行物理思維，讓他們?cè)谧灾魈骄繉?shí)驗(yàn)中，比較和驗(yàn)證哪種方案是最合適的，比較出每種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，從而對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有更深刻的思考和了解。

二、提出問題，引導(dǎo)主動(dòng)學(xué)習(xí)

在實(shí)際的物理學(xué)習(xí)中，學(xué)生總會(huì)遇到各種疑問和困惑，但是有很多學(xué)生并沒有表達(dá)出來，因此問題得不到解決，也降低了學(xué)習(xí)的積極性。因此，教師要想辦法鼓勵(lì)學(xué)生將自己的疑惑表達(dá)出來，進(jìn)行有針對(duì)性的輔導(dǎo)，在這些問題中找到共性點(diǎn)和不同點(diǎn)。借助學(xué)生的問題為他們創(chuàng)設(shè)主動(dòng)學(xué)習(xí)的環(huán)境，增強(qiáng)物理思維能力。

（一）接近實(shí)質(zhì)，發(fā)現(xiàn)問題。在引導(dǎo)學(xué)生提出問題的時(shí)候，教師需要明白并不是所有的問題都是有根據(jù)的，有些問題對(duì)教學(xué)沒有意義和幫助，這時(shí)候就需要教師將這些學(xué)生提出的問題進(jìn)行劃分，對(duì)沒有實(shí)質(zhì)性意義的問題，需要引導(dǎo)他們轉(zhuǎn)變思路，將思路引到實(shí)質(zhì)性內(nèi)容上來。只有逐漸地去引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)提出問題，才能更好地幫助他們發(fā)現(xiàn)實(shí)質(zhì)性問題，學(xué)到真正的知識(shí)。

比如，在講解向心力的內(nèi)容時(shí)，同學(xué)們總有疑問：“在某一個(gè)圓周運(yùn)動(dòng)中是什么力提供向心力？為什么勻速圓周運(yùn)動(dòng)中物體的速度也在不斷地變化？”這兩個(gè)問題被提出就是因?yàn)閷W(xué)生沒能真正地理解圓周運(yùn)動(dòng)的概念。保證物體做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力并不是單獨(dú)的指某一個(gè)力，而是物體受到的所有力之和 F，并且 F 的方向指向圓心。根據(jù)牛頓定律 F=ma，此時(shí)有一個(gè)固定不變的加速度 a，因此物體的速度一直在變化，只不過變化的并不是速度的大小，而是速度的方向，加速度 a 的方向與速度 v 的方向保持正交。由此就可以導(dǎo)出 F=mω2r，更加深刻地掌握?qǐng)A周運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)與向心力的關(guān)系。

由此可見，正是通過教師的引導(dǎo)學(xué)生才能真正發(fā)現(xiàn)物理學(xué)科中的實(shí)質(zhì)性問題，才能學(xué)習(xí)到知識(shí)的精髓與核心。通過不斷地提出問題，不斷地改善思考問題的思路，學(xué)生才能很好地形成具有意義的科學(xué)思維。只有將思維放在真正有意義的問題上，科學(xué)思維才能被提升。

（二）提煉信息，概述表達(dá)。在問題式教學(xué)的過程中，學(xué)會(huì)提煉自己所發(fā)現(xiàn)的問題的實(shí)質(zhì)性信息，將這種實(shí)質(zhì)性信息用簡(jiǎn)潔的形式表達(dá)出來，這是很重要的環(huán)節(jié)。教師要清楚地認(rèn)識(shí)到，要想培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，不能僅僅引導(dǎo)學(xué)生提出實(shí)質(zhì)性問題，而且要讓學(xué)生學(xué)會(huì)表達(dá)問題，對(duì)問題進(jìn)行概述，這樣才有清晰的頭腦，進(jìn)而去進(jìn)行分析。

比如，在講授“宇宙航行”這一小節(jié)的內(nèi)容時(shí)，要求同學(xué)們掌握三種宇宙速度的概念與含義。因此，就需要學(xué)生們對(duì)概念信息進(jìn)行提煉，掌握其本質(zhì)。首先要清楚一顆人造衛(wèi)星繞地旋轉(zhuǎn)時(shí)有三種可能的狀況，一是繞地球勻速圓周運(yùn)動(dòng);二是速度加快，逃離地球的引力;三是速度更快脫離太陽(yáng)系。之后進(jìn)行推導(dǎo)，衛(wèi)星繞地運(yùn)動(dòng)時(shí)萬有引力作為向心力，向心力 ，引力 ，其中，r 是衛(wèi)星運(yùn)行的半徑，因此可以得出 ，R 為地球半徑，因此可以推導(dǎo)出第一宇宙速度 v1=7.9 km/s。

由此可見，正是開發(fā)學(xué)生的問題概述能力，才能從真正意義上梳理清晰學(xué)生的思維。學(xué)生只有真正認(rèn)識(shí)到自己要解決的問題是什么，才能有針對(duì)性地去解決問題。也就是說，學(xué)生只有學(xué)會(huì)提煉問題的主干，抓住問題的核心，對(duì)問題進(jìn)行簡(jiǎn)要的高度概述，才能從思維上鍛煉自己的科學(xué)邏輯，提升物理科學(xué)思維能力。

三、解決問題，達(dá)成能力目標(biāo)

在問題式教學(xué)中，經(jīng)過了問題的發(fā)現(xiàn)與提出之后，最終才能進(jìn)行問題的解決，這也是問題式教學(xué)的重中之重。解決問題的形式可以分為兩個(gè)階段，首先動(dòng)手操作進(jìn)行猜想的驗(yàn)證，其次是對(duì)猜想過程的反思?xì)w納，進(jìn)一步提升自己的認(rèn)知。不管是哪個(gè)學(xué)科的哪種問題，都是經(jīng)過這樣的過程，才使問題得到解決。

（一）動(dòng)手操作，驗(yàn)證猜想。實(shí)踐出真知，這是一條適用于萬事萬物的真理。在進(jìn)行物理知識(shí)的學(xué)習(xí)探究中，教師應(yīng)時(shí)刻牢記這一規(guī)律。在教學(xué)中提出適當(dāng)?shù)膯栴}，以問題作為引導(dǎo)，讓學(xué)生去搜集資料、制定實(shí)驗(yàn)方案，然后動(dòng)手操作，并在實(shí)際的操作中一條條去驗(yàn)證自己的猜想。只有這樣做，才能逐漸培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。

比如，在講解牛頓第三定律的內(nèi)容時(shí)，提出問題：“作用力和反作用力兩者有什么必然的關(guān)系？平衡力又是怎樣的關(guān)系？”基于這一問題學(xué)生開始探究。首先拿來兩個(gè)相同的彈簧拉力計(jì)，用兩個(gè)拉力計(jì)互相拉扯發(fā)現(xiàn)其示數(shù)是一樣的，這就說明 T1=T2，但是 T1 和 T2 的方向是相反的。之后一位同學(xué)用力拉住測(cè)力計(jì)的勾，并迅速撤力，發(fā)現(xiàn)撤力的同時(shí)彈簧收縮，拉力計(jì)示數(shù)變?yōu)榱?，這就驗(yàn)證了相互作用力同時(shí)產(chǎn)生同時(shí)消失。而對(duì)于平衡力來說，就不一定是這樣了，在一個(gè)同學(xué)在手上放了一塊橡皮，橡皮靜止，因?yàn)槭值膹椓拖鹌な艿闹亓ζ胶猓琓=mg，而同學(xué)迅速收手后橡皮落地，說明重力還在，所以平衡力不一定同時(shí)消失。

由此可見，學(xué)生通過自己進(jìn)行資料的搜集，方案的進(jìn)一步確定，親自動(dòng)手去驗(yàn)證自己的物理猜想，能很好地鍛煉學(xué)生的物理思維，加深對(duì)物理內(nèi)容的理解。

（二）反思?xì)w納，深化認(rèn)知。物理的學(xué)習(xí)不可能是一蹴而就的，只有不斷地進(jìn)行一次次的反思總結(jié)，才能達(dá)到深化認(rèn)知的目的。因此，教師要引導(dǎo)學(xué)生基于問題，對(duì)學(xué)過的知識(shí)進(jìn)行反思?xì)w納總結(jié)，更加深刻地理解和掌握，之后才能靈活地運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)。

比如，在講解庫(kù)侖力的相關(guān)知識(shí)后，教師提出問題：“庫(kù)侖力的公式與我們之前學(xué)過的什么公式相似？它們之間有什么區(qū)別？”同學(xué)們進(jìn)過反思?xì)w納后得出，庫(kù)侖力和萬有引力的公式相似，后者表示兩個(gè)物體之間的相互吸引力的大小，前者求的是電荷之間的引力或斥力大小。兩者求解的式子十分相似，結(jié)果分別由物體的質(zhì)量 m1 和 m2，電荷帶電量 q1 和 q2，以及物體間的距離決定，從而深化對(duì)物理定律的認(rèn)知。

由此可見，不斷地對(duì)已經(jīng)學(xué)過的知識(shí)進(jìn)行反思總結(jié)，可以很清晰地發(fā)現(xiàn)不同部分物理知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系，深化對(duì)物理知識(shí)的理解，提升學(xué)生自主歸納總結(jié)的思維能力。

綜上所述，基于問題的教學(xué)模式對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的物理科學(xué)思維有積極的作用。引導(dǎo)學(xué)生基于教師提出的問題進(jìn)行思考，可以很好地鍛煉學(xué)生思考問題、解決問題的綜合能力，進(jìn)而提高其物理綜合素養(yǎng)。

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【作者簡(jiǎn)介】陸燕平（1982— ），女，漢族，賀州人，本科學(xué)歷，中學(xué)一級(jí)教師，現(xiàn)就職于防城港市北部灣高級(jí)中學(xué)，研究方向：物理教學(xué)策略。

（責(zé)編 盧建龍）