“五何”问题设计理论在物理教学实践中的应用——以“回旋加速器”一课为例，本文主要内容关键词为：为例论文,加速器论文,一课论文,物理教学论文,理论论文，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。
一、问题的提出
我国的教育技术专家祝智庭教授针对课堂教学模式，提出了“五何”问题设计理论[1]，该理论为问题设置的思维方向提供了很好的理论指导。
即问题是从哪里来的（Who，When，Where），针对“由何”的设计往往产生的并不是真正的问题，而且旨在任务的布置。它的解决有助于了解问题产生的初始情境。
即What，针对具体事实发问，旨在知识的再现。它的解决有助于获得事实性知识。
即Why，针对目的、理由、法则、定律和逻辑推理等原理性内容发问，旨在事物间的相互关系。它的解决通常有助于了解事物之间的关系，并做出解释和推理。
即How，针对方法、途径、状态及事物发展规律发问，旨在学以致用。它的解决通常有助于获取策略性的知识。
即If……then，要求学生推断或想象如果事物或情境的某种属性发生变化，结果会怎样。旨在引导学生进行思维迁移和获得创造性知识，为学习者提供转换情境灵活应用知识的机会。
如果该理论能够与课堂教学很好地结合，将会很好地解决“如何将物理知识转化为适宜合作学习的问题”这一教师在教学中所面临的困惑。文章就高中物理教学实践中如何应用“五何”问题设计理论做了一些思考与尝试。
二、问题的思考与尝试
1.“五何”问题设计理论与其他相近理论的对比
美国著名的教育学家与心理学家布卢姆在《教育目标分类学·第一分册：认知领域》一书中将人的认知目标由简单到复杂、由低级到高级的顺序分为知道、理解、应用、综合、分析和评价6类。在这个分类法中，目标层次所需要的思维技能是逐级上升的。
而在20世纪末美国的格兰特·威金斯和詹·迈克泰在《追求理解的教学设计手册》一书中又将人类的理解分为解释、阐明、应用、洞察、神入和自知6个侧面。在应用理解六侧面法设计问题时，可能会感觉到某个侧面的问题需要更高层次的思维技能，但理论本身并无意将各个侧面级别化，设计出来的问题应该同样是指向高级思维技能的。
祝智庭教授提出的“五何”问题设计理论与这两种理论都有着一定的对应关系，但“五何”问题设计理论更具体一些，更有利于实际课堂教学操作。当然，如果能在教学实践中将“五何”问题设计理论与另外两种理论进行有效整合，将有助于我们清晰地理解目标层次和能力层次，从而设计出更适宜小组合作学习的问题。
2.“五何”问题设计理论在不同类型课堂教学中的应用尝试
高中物理教学从授课内容上可以分为概念类、规律类、实验类、习题类教学等。笔者在以下几种类型的课堂中就“五何”问题设计理论的应用做了一些尝试。
（1）在概念类教学中的应用
“由何”可以给出建立概念的必要性；“是何”可以解释概念的物理含义，即内涵；“为何”可以解释为什么能如此定义；“如何”可以给出概念的定义式，即概念的结构；“若何”可以加深对于定义式的理解，即外延。
（2）在规律类教学中的应用
“由何”可以给出规律产生的背景；“是何”可以解释该规律能够解决的问题；“为何”可以重演规律的归纳、演绎过程；“如何”可以给出规律的数学表达式；“若何”可以加深对于表达式的理解。
（3）在实验类教学中的应用
“由何”可以给出实验产生的背景；“是何”可以阐明实验的目的；“为何”可以解释实验的原理；“如何”可以给出具体的实验过程；“若何”可以是对实验的延展，如改变实验控制条件等。
（4）在仪器介绍、现象解释类教学中的应用
“由何”可以给出仪器设计、现象产生的背景；“是何”可以解释仪器的作用是什么，现象是什么；“为何”可以解释仪器的基本构造、原理，现象背后的本质原因是什么；“如何”可以理解仪器具体如何工作的；“若何”是对仪器工作原理理解的延伸。
三、应用举例：“回旋加速器”教学中问题的设置
在人教版高中物理选修3-1第三章第6节“带电粒子在匀强磁场中的运动”教学中，“回旋加速器”是教学的难点，综合了带电粒子在磁场及电场中运动的相关规律，是高中物理学习中的华彩乐章。笔者利用“五何”问题设计理论，将本部分内容从不同角度转化为若干个适合学生合作学习的问题，经过课堂教学实践，取得了很好的效果。
1.由“由何”设计的课题引入
课题引入：人们要认识原子核内部的情况，必须把核“打开”进行“观察”。然而，原子核被强大的核力约束，只有用极高能量的粒子作为“炮弹”去轰击才有可能把它“打开”，产生这些高能“炮弹”的“工厂”就是粒子加速器。
设计说明：让学生明白粒子加速器发明的背景，在科研中具体有什么用。
2.由“是何”设计的问题
问题设置（问题1）：利用所学知识试着解释粒子加速器的工作原理是什么样的？
简答：利用电场使粒子加速。讨论单次加速器和多次（多极）直线加速器，最后指出多次（多极）直线加速器的缺点。
设计说明：学生可回忆起电场能够让粒子加速，所以加速器原理会朝着电场方向考虑。
3.由“为何”设计的问题
问题设置（问题2）：为了使带电粒子在较小空间里获得很大的速度，可采用怎样的办法？
简答：用磁场控制轨迹，用电场来加速，进而讨论出回旋加速器的大致结构。
设计说明：明白为什么要设计回旋加速器及大致了解回旋加速器的构成。
4.由“如何”设计的问题
问题设置（问题3）：由于粒子运动得越来越快，如果粒子走过半圆的时间越来越短，这样两盒间电势差的正负变换就要越来越快，从而造成技术上的一个难题。实际情况是这样的吗？
补充介绍：要使粒子获得较高的能量，就需要有高磁感应强度的电磁铁并加大D型盒的直径。10 MeV以上的回旋加速器中，B的数量级为1 T，D形盒直径在1 m以上。
设计说明：理解回旋加速器如何让粒子在较小空间里加速。此部分为回旋加速器的核心内容。
5.由“若何”设计的问题
问题设置（问题5）：在其他条件不变的情况下增大电压能否提高最终能量？增大电压可以引起哪些变化呢？
问题设置（问题6）：若不断增大磁感应强度和D形盒的直径，是否就可使粒子获得更大的能量？
简答：因相对论效应，不能确保粒子经过缝隙时始终得到加速。
问题设置（问题7）：如何改进可避免相对论效应带来的影响？
简答：改进的办法有两种，一种是让磁场不再均匀，以使粒子在不同半径时半圆的回旋频率保持不变，称为同步加速器；另一种是磁场均匀，随着粒子的加速改变交变电压的频率，使之与粒子回旋运动保持一致，称为同步回旋加速器。当然多次直线加速器更是没有相对论效应带来的影响。
设计说明：若回旋加速器中某个（些）物理量发生变化，会产生怎样的影响。对问题7课本中并未做相关要求，但是，讨论此问题有利于培养学生深入思考和解决问题的能力。
在课堂上，学生通过对以上这些问题的思考与讨论，深入地理解了回旋加速器的基本原理并掌握了相关计算，达到了预期效果。
四、对应用“五何”问题设计理论的一点反思
在教学实践中，所有设计出来的问题都应为本节课的核心内容服务。但每节课的核心内容却不尽相同，如有的课关注“是何”，有的课则关注“为何”。所以应用“五何”理论设计出的问题在课堂实践中也不是平均分配，更不需要每节课都从5个方面去设计问题。可能某节课只用到了“二何”或“三何”，也可能某“一何”的反复应用。具体应用多少需要与课堂教学实践的要求很好地吻合。
总之，在具体的教学过程中，如何将课本内容转化为一个好的问题是一个难点，祝教授的“五何”问题设计理论是实现这一转化的很好抓手，可以为教师在设计问题时提供思维上的“工具”和“脚手架”，同时，也有助于判断问题探究的空间和价值。笔者深信，随着对祝教授“五何”问题设计理念的不断学习和深入理解，定能发挥出该理论的最大指导效能，更好地为新形势下的物理教学服务。以上是笔者对“五何”问题设计理论在课堂教学实践中应用的一点思考和尝试，不足之处，请予以指正。