教学设计要注重问题情境的创设，本文主要内容关键词为：情境论文,教学设计论文,注重论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
美国当代著名教学设计理论家梅涅尔指出：“教学设计是一种开发学习经验与环境的技术，这种学习经验与环境旨在促进学习者获得特定的知识与技能。”因此，教学设计的主旨是通过精心创设的教学系统提供最有利的学习条件，最大程度地开发学习者的潜力。问题是物理的“心脏”，是现状（教学开始前）与预期状态（教学结束后）之间存在的差距或矛盾，也是激活学生思维的动力。所以教学设计的过程实质上是一个创设问题情境的过程。所谓问题情境，是指一种具有一定困难，需要学生通过努力克服（或寻找达到目标的途径），且力所能及的学习情境（学习任务）。任何学习的愿望，总是在一定的情境中发生的，只有具有这种问题性的情境，才具有强大的吸引力，对学习具有强烈的激发作用。作为成功的教学，其关键就在于问题情境的创设，本文从设计问题的模型、探索过程和矛盾冲突等方面谈谈笔者的认识。
一、设计问题的模型
关于模型，有个趣味漫画故事可形象说明。如图1所示， 一个奇异外星人来到地球，要研究人是什么样的“动物”。有人给了他一只老鼠和一个人型模特儿。外星人茫然注视着模特儿和老鼠。它们之间几乎没有什么共同点（除了两者都有髭须）。因此他完全想象不出人类究竟是什么样子。其实，模特儿是人的外形模型，老鼠是人的内体功能模型，虽然他们都不是人，但结合起来可得到人的概念。可见，模型就是对原型的本质特征的简化描述。
物理模型方法是指通过建立和研究客观对象的简化模型来揭示对象的本质特征和规律的一种方法。它不仅是处理物理理论问题的一种经典方法，而且有着极其重要的方法论意义。物理模型方法不仅有利于揭示事物系统的内在规律，而且抓住了事物系统在思维结构上的共同点，有助于培养学生统一的观点，达到认识上的概括化。物理模型的形成过程有助于增强学生运用物理知识的能力，培养学生思维的深刻性，形成抽象意识。物理模型的抽象性有助于把握事物的动态变化，预测发展趋势，有利于探索开拓，打破常规，步入新的创造境地，形成学生的创新意识。
利用模型解决物理问题的过程一般为：
例如，碰撞问题是力学知识的综合应用，力学中的三对重要关系（力和运动、功和能、动量和冲量）在碰撞问题中都有深刻的体现。为此，在学了碰撞后，可向学生提出如下问题。
问题1 如图2所示，质量为m的滑块A静止在光滑水平面上，滑块的光滑弧面底部与桌面相切。一个质量也为m的物体B以速度v[,0]沿水平面冲向滑块，设物体B不能越过滑块A，求：（1）物体B能到达的最大高度；（2）滑块A的最大速度。
引导学生分析得出物体B沿弧面达到最高点时，物体A、B 相对静止，具有相同的速度。从开始到物体B沿弧面到达最高点过程中， 系统水平方向动量守恒，等效于“完全非弹性碰撞”模型，系统减少的动能转化为物体B的势能，从而可解决第一问；再经力和运动分析，可知物体B回到最低点时滑块A的速度最大，系统全过程等效为“弹性碰撞”模型，从而可灵活解决第二问。
若是高三复习，可再给出如下两个问题。
问题2 如图3所示，MN、PQ为两根电阻不计且足够长的水平光滑金属轨道，处在竖直向上、磁感强度为B的匀强磁场中，CD、EF 为两根质量均为m、电阻不能忽略的金属棒。若棒EF以初速度v[,0]开始沿水平方向向右运动，试求该系统处于稳定状态时，回路中消耗的电能。
问题3 如图4所示，放在光滑水平面上的气缸B与光滑活塞A之间密封有一定质量的气体，系统绝热，处于静止状态。现给活塞A 一个水平向左的冲量I，使其向左运动，在以后的运动中， 封闭系统内气体内能改变量的最大值是多少？
以上两题，若按常规思路求解，学生会感到困难。在学生的分析受阻后，启发学生把电学、热学问题与前面力学问题的实质进行比较，应用碰撞模型便可巧妙地解决。
问题4 （第四届全国中学生物理竞赛试题）老鼠离开洞穴沿直线前进，它的速度与到洞穴的距离成反比，当它行进到离洞穴距离为d[,1]的甲处时的速度为v[,1]，则它从甲处行进到离洞穴为d[,2]的乙处时用去的时间为多少？
分析 该题可从不同角度求解，如分割法、图象法、速度－位移公式法、替换法和积分法等，一题多解有助于开拓学生的发散思维能力。下面运用物理模型方法巧妙设计解决。
（1）由题中的老鼠的速度与位移两个物理量成反比， 可联想到哪种物理运动模型也是两个物理量成反比呢？
经过讨论，有的学生想起汽车以恒定功率行驶的运动模型，由P ＝F[,v]，得v＝P/F，此式说明汽车功率恒定时，其速度v与牵引力F成反比。
（2）以恒定功率行驶的汽车，如何才能使速度与位移成反比呢？
学生自然分析得出：只要使牵引力与位移成正比即可满足这一条件。
（3）有力与位移成正比的物理模型吗？
学生立即想到弹簧的受力情况正是如此。接着，进一步引导学生把弹簧模型与汽车以恒定功率行驶的运动模型相结合，巧妙地把该题中老鼠的运动等效为一个外力F以恒定的功率牵引一弹簧的运动模型， 其运动速度一定与位移成反比。由此分析得
学生将老鼠、汽车和弹簧似乎不相关的问题，运用物理模型的方法联系在一起，实现了独具创新的能力的迁移。
学习心理学告诉我们，形成模型便于学生知识的存贮与提取，有利于记忆和保持，有助于优化学生的思维品质，还有助于学生创造性的解决物理问题。通过这种模型的设计，提高了学生理解的层次，注重了整体结构的设计，更加符合学生学习的认知规律，更富有启发性。
二、设计问题的探究过程
以施韦布等为代表的现代教育家指出：学生天生就有探究的欲望，也具备一定的探究能力，这一能力将随探究实践的累积而增强。在物理教学中，要引导学生通过探究实践形成探究习惯，并不断提高探究能力，学习科学家们的对一般问题的探索过程：对问题产生疑问（“激惑引疑”），然后大胆提出多种假设（“提出假设”），继而通过实验（“实验判定”），最后得出新的科学知识和新的科学规律（“得出结论”）。这样就在探索问题的过程中就可不断地培养学生发现问题、解决问题能力。例如在进行“静电感应”教学时，可设计如下探索问题的过程。
1.启迪生疑
教师用毛皮跟胶木棒摩擦后把带负电的胶木棒去接近验电器的铜球，发现验电器的铝箔张开，学生产生疑问：铝箔为何会张开？显然，矛盾的揭示诱发了学生的认知动机。接着教师进一步问：“铝箔张开说明它带了电荷，但胶木棒和金属球接触到了吗？”这样便进一步使学生想到除了“接触”导致电荷转移外还有另一种机理，此时大部分学生已被调动起“探究”的积极性，而且有了正确的思路。教师进一步点拨：“铝箔带电分开，可以肯定是胶木棒引起的，那么胶木棒的靠近为什么会使铝箔带有电荷呢？”这样，教师用实验和语言促使学生生疑、探疑并形成正确思路和积极探究的心态，教师提出的一系列问题与学生的思路一致对学生的思考起到了肯定作用，激发了学生的成就动机。
2.提出假设
对一切事物的探究活动来说，发现问题和找到症结所在是探究赖以进行的前提，提出假设则是核心，对上述问题，鼓励学生进行发散思维，提出各种假设，经共同探讨形成两类假设：其一，电荷从胶木棒中跳到验电器上去了（受闪电的启发）；其二，因为电荷同性相斥，铜球上的负电荷是被胶木棒上的负电荷沿着铜球和铜柱赶到铝箔上的。
3.实验判定
如何来判定两个不同假设的正误呢？通过实验来判定。先让学生把两个假设的带电情境（如图5所示）作比较， 学生很快找到了两个假设中的不同。如图5（a）所示的情境说明了铜球与胶木棒带有相同的同种电荷，而图5（b）所示的情境说明了铜球与胶木棒带有异种电荷。因此，判定铜球电的性质便成了判定两个假设正误的实验基础。如何判定铜球带电的性质呢？经讨论用玻璃夹从验电器上拆下带电的可拆铜球（事先制作），靠近带有已知的某种性质电荷的通草球，很快地得出了铜球带有与胶木棒所带电荷互为异种电荷的结论，这样便判定了后者的假设是正确的。
4.得出结论
虽然学生已做出正确判断，但对问题的认识仍处于感性认识阶段。他们仅知道验电器上的电荷是被胶木棒上的电荷作用而分开的。因此，还要使感性认识向理性认识过渡，把理性认识“符号化”，并上升为概念、规律。在此，进一步引导学生共同讨论，运用物理语言来描述物理现象。如“带电体接近导体时，导体靠近带电体的一端将出现异种电荷，而远离带电体的一端将出现同种电荷”。这样，把前面实验中的胶木棒“置换”为带电体，验电器铜球“置换”成导体靠近带电体的一端，铝箔“置换”成导体远离带电体的一端，使问题从特殊扩展到一般，并把这一现象形象地称之为“静电感应现象”。
5.应用升华
在明确“静电感应现象”的本质特征后，让学生思考如图6 所示的问题：两个相同的一端封闭、一端开口的短圆柱形空心金属筒，在封闭处分别挂一个通草球，把两筒的开口处接触合并。当带电玻璃棒靠近一个筒的封闭端时，通草球均分开，这说明了什么？然后先拿走带电玻璃棒，再移开两个短圆柱形金属筒，有何现象？若先移开两个短圆柱形金属筒，再拿走带电玻璃棒，又有什么现象？经过共同分析并演示，学生对“静电感应”的认识得到升华，并获得使导体带电的一种新的方法——感应起电。
在进行教学设计时，应该充分估计到学生可能遇到的障碍，尽可能穿针引线般的设置好接口。教师上课时展现的是自己再创造的过程，如何把教师再创造的思维过程转化为学生再发现的过程，这是教学设计优化的关键。
三、设计问题的矛盾冲突
我国宋代教育家朱熹说过：“读书无疑者，须教有疑，有疑且要无疑，到这里方是长进。”这就是说，教师要教会学生去发现疑问，提出问题，从而引导学生去解决疑问。所谓教疑，从矛盾论角度讲，就是设计问题的矛盾冲突，揭示问题的本质属性；从认识论角度讲，就是一个从量变到质变的发展过程，是由前进、受阻，又在新的方向上再前进、再受阻。最后实现飞跃等一系列波浪式前进、螺旋式上升的认知过程；从心理学角度讲，就是新知识与个体认知结构中原有的观念相互作用，从而获得新的更高层次的分化的建构过程。
问题5 如图7所示，当电动机运转时，电路中电流强度I等于多少？
首先让学生进行计算得I＝ε/（R＋r）＝1.5A， 然后用电流表进行测量，结果电流I只有0.3A，实验与计算结果发生了矛盾， 使学生感到很意外，进而引发学生对电路的结构、能量进行分析，然后从全电路欧姆定律公式的适用条件入手，使学生从矛盾走向统一。
又如，在“电路能量分析”教学时，可设计如下矛盾冲突。
1.引发冲突
教师演示图8所示实验，两点a、b依次接灯L[,1]、L[,2]， 观察两灯亮度，结果灯L[,2]比灯L[,1]亮。接着把蓄电池换成四节串联的干电池（ε[,总]仍为6V）继续演示，学生惊奇地发现灯L[,2]。比灯L[,1]暗（灯L[,2]已暗到几乎不亮）。为什么这两次灯的亮暗情况截然相反呢？学生认为不可思议，于是认知发生冲突，思维被激活，从而形成积极的探究心理。
2.分析矛盾
教师趁机组织学生展开讨论，最终统一到从功率角度入手，把实际问题转化为物理问题，进而转化为数学问题，运用数学手段分析如下：如图9所示，电阻R消耗的功率（等于电源的输出功率）为
并画出P[,出]－R图线（如图10所示）。再回头比较上述两次实验，其问题关键在于蓄电池内阻r[,1]与4节干电池内阻r[,2]不同（r[,1]较小，r[,2]较大）。这样接蓄电池时，内阻r[,1]接近R[,2]，所以P[,2]大于P[,1]，灯L[,2]比L[,1]亮；接干电池时，内阻r[,2]接近R[,1]，所以P[,1]大于P[,2]，灯L[,2]比L[,1]暗。
3.加剧冲突
接着教师演示如图11所示实验，用一节新干电池（ε[,1]＝1.5V）给灯L[,1]供电，由于灯L[,1]两端电压小于其额定电压，灯L[,1] 较暗。若再串联一节干电池（如图12所示，ε[,2]＝1.3V，内阻较小），发现灯L[,1]比原来亮；但把图12中电动势为1.3V 的干电池换成另一种电动势为1.3V、内阻非常大的干电池时，却发现灯L[,1]比图11时更暗。这样学生的认知又一次在更高层次发生强烈的冲突，并引发讨论一个生活中的实际问题：为使灯L[,1]更亮，新旧干电池能否混用？ 其选择的界线如何确定？给学生一个实际问题去思考，使学生的思维在不断地冲突中得到发展。
设计问题时如能考虑到学生可能出现的错解，并能在错解的基础上修正思路，注意设计和引导学生进行创造活动，就会发展学生的创造意识。
在物理教学中，为了创设恰当的问题情境，就要发现和紧扣学生的认识冲突。而问题情境创设的难度，应使学生经过努力而能够达到的。因此，在学习过程中，不断地创设问题情境，将使学习者保持持久的学习积极性。
标签：实验物理论文;