“五何”問題設計理論在物理教學實踐中的應用
——以“回旋加速器”一課為例

魏平軍

(石家莊市第一中學 河北 石家莊 050011)

1 問題的提出

我國的教育技術專家祝智庭教授針對課堂教學模式，提出了“五何”問題設計理論[1]，該理論為問題設置的思維方向提供了很好的理論指導．

1.1 由何

即問題是從哪里來的(Who，When，Where)，針對“由何”的設計往往產生的并不是真正的問題，而且旨在任務的布置．它的解決有助于了解問題產生的初始情境．

1.2 是何

即What，針對具體事實發問，旨在知識的再現．它的解決有助于獲得事實性知識．

1.3 為何

即Why，針對目的、理由、法則、定律和邏輯推理等原理性內容發問，旨在事物間的相互關系．它的解決通常有助于了解事物之間的關系，并做出解釋和推理．

1.4 如何

即How，針對方法、途徑、狀態及事物發展規律發問，旨在學以致用．它的解決通常有助于獲取策略性的知識．

1.5 若何

即If……then，要求學生推斷或想象如果事物或情境的某種屬性發生變化，結果會怎樣．旨在引導學生進行思維遷移和獲得創造性知識，為學習者提供轉換情境靈活應用知識的機會．

如果該理論能夠與課堂教學很好地結合，將會很好地解決“如何將物理知識轉化為適宜合作學習的問題”這一教師在教學中所面臨的困惑．文章就高中物理教學實踐中如何應用“五何”問題設計理論做了一些思考與嘗試．

2 問題的思考與嘗試

2.1 “五何”問題設計理論與其他相近理論的對比

美國著名的教育學家與心理學家布盧姆在《教育目標分類學，第一分冊：認知領域》一書中將人的認知目標由簡單到復雜、由低級到高級的順序分為知道、理解、應用、綜合、分析和評價6類．在這個分類法中，目標層次所需要的思維技能是逐級上升的．

而在20世紀末美國的格蘭特·威金斯和詹·邁克泰在《追求理解的教學設計手冊》一書中又將人類的理解分為解釋、闡明、應用、洞察、神入和自知6個側面．在應用理解六側面法設計問題時，可能會感覺到某個側面的問題需要更高層次的思維技能，但理論本身并無意將各個側面級別化，設計出來的問題應該同樣是指向高級思維技能的．

祝智庭教授提出的“五何”問題設計理論與這兩種理論都有著一定的對應關系，但“五何”問題設計理論更具體一些，更有利于實際課堂教學操作．當然，如果能在教學實踐中將“五何”問題設計理論與另外兩種理論進行有效整合，將有助于我們清晰地理解目標層次和能力層次，從而設計出更適宜小組合作學習的問題．

治療后，觀察組癥狀積分、空腹血糖、餐后24 h血糖、CRP低于治療前，差異有統計學意義（P＜0.05）。治療后，對照組癥狀積分、空腹血糖、CRP低于治療前，差異有統計學意義（P＜0.05）。治療后，觀察組的癥狀積分、餐后24 h血糖、CRP低于對照組，差異有統計學意義（P＜0.05）。見表2。

2.2 “五何”問題設計理論在不同類型課堂教學中的應用嘗試

高中物理教學從授課內容上可以分為概念類、規律類、實驗類、習題類教學等．筆者在以下幾種類型的課堂中就“五何”問題設計理論的應用做了一些嘗試．

2.2.1 在概念類教學中的應用

“由何”可以給出建立概念的必要性；“是何”可以解釋概念的物理含義，即內涵；“為何”可以解釋為什么能如此定義；“如何”可以給出概念的定義式，即概念的結構；“若何”可以加深對于定義式的理解，即外延．

2.2.2 在規律類教學中的應用

“由何”可以給出規律產生的背景；“是何”可以解釋該規律能夠解決的問題；“為何”可以重演規律的歸納、演繹過程；“如何”可以給出規律的數學表達式；“若何”可以加深對于表達式的理解．

2.2.3 在實驗類教學中的應用

“由何”可以給出實驗產生的背景；“是何”可以闡明實驗的目的；“為何”可以解釋實驗的原理；“如何”可以給出具體的實驗過程；“若何”可以是對實驗的延展，如改變實驗控制條件等．

2.2.4 在儀器介紹、現象解釋類教學中的應用

“由何”可以給出儀器設計、現象產生的背景；“是何”可以解釋儀器的作用是什么，現象是什么；“為何”可以解釋儀器的基本構造、原理，現象背后的本質原因是什么；“如何”可以理解儀器具體如何工作的；“若何”是對儀器工作原理理解的延伸．

3 應用舉例“回旋加速器”教學中問題的設置

在人教版高中物理選修3-1第三章第6節“帶電粒子在勻強磁場中的運動”教學中，“回旋加速器”是教學的難點，綜合了帶電粒子在磁場及電場中運動的相關規律，是高中物理學習中的華彩樂章．筆者利用“五何”問題設計理論，將本部分內容從不同角度轉化為若干個適合學生合作學習的問題，經過課堂教學實踐，取得了很好的效果．

3.1 由“由何”設計的課題引入

課題引入：人們要認識原子核內部的情況，必須把核“打開”進行“觀察”．然而，原子核被強大的核力約束，只有用極高能量的粒子作為“炮彈”去轟擊才有可能把它“打開”，產生這些高能“炮彈”的“工廠”就是粒子加速器．

設計說明：讓學生明白粒子加速器發明的背景，在科研中具體有什么用．

3.2 由“是何”設計的問題

問題設置(問題1)：利用所學知識試著解釋粒子加速器的工作原理是什么樣的？

簡答：利用電場使粒子加速．討論單次加速器和多次(多極)直線加速器，最后指出多次(多極)直線加速器的缺點．

設計說明：學生可回憶起電場能夠讓粒子加速，所以加速器原理會朝著電場方向考慮．

3.3 由“為何”設計的問題

問題設置(問題2)：為了使帶電粒子在較小空間里獲得很大的速度，可采用怎樣的辦法？

簡答：用磁場控制軌跡，用電場來加速，進而討論出回旋加速器的大致結構．

設計說明：明白為什么要設計回旋加速器及大致了解回旋加速器的構成．

3.4 由“如何”設計的問題

問題設置(問題3)：由于粒子運動得越來越快，如果粒子走過半圓的時間越來越短，這樣兩盒間電勢差的正負變換就要越來越快，從而造成技術上的一個難題．實際情況是這樣的嗎？

問題設置(問題4)：如何提高粒子的最終能量？

補充介紹：要使粒子獲得較高的能量，就需要有高磁感應強度的電磁鐵并加大D型盒的直徑．10 MeV以上的回旋加速器中，B的數量級為1 T，D形盒直徑在1 m以上．

設計說明：理解回旋加速器如何讓粒子在較小空間里加速．此部分為回旋加速器的核心內容．

3.5 由“若何”設計的問題

問題設置(問題5)：在其他條件不變的情況下增大電壓能否提高最終能量？增大電壓可以引起哪些變化呢？

問題設置(問題6)：若不斷增大磁感應強度和D形盒的直徑，是否就可使粒子獲得更大的能量？

簡答：因相對論效應，不能確保粒子經過縫隙時始終得到加速．

問題設置(問題7)：如何改進可避免相對論效應帶來的影響？

簡答：改進的辦法有兩種，一種是讓磁場不再均勻，以使粒子在不同半徑時半圓的回旋頻率保持不變，稱為同步加速器；另一種是磁場均勻，隨著粒子的加速改變交變電壓的頻率，使之與粒子回旋運動保持一致，稱為同步回旋加速器．當然多次直線加速器更是沒有相對論效應帶來的影響．

設計說明: 若回旋加速器中某個(些)物理量發生變化，會產生怎樣的影響．對問題7課本中并未做相關要求，但是，討論此問題有利于培養學生深入思考和解決問題的能力．

在課堂上，學生通過對以上這些問題的思考與討論，深入地理解了回旋加速器的基本原理并掌握了相關計算，達到了預期效果．

4 對應用“五何”問題設計理論的一點反思

在教學實踐中，所有設計出來的問題都應為本節課的核心內容服務．但每節課的核心內容卻不盡相同，如有的課關注“是何”，有的課則關注“為何”．所以應用“五何”理論設計出的問題在課堂實踐中也不是平均分配，更不需要每節課都從5個方面去設計問題．可能某節課只用到了“二何”或“三何”，也可能某“一何”的反復應用．具體應用多少需要與課堂教學實踐的要求很好地吻合．

總之，在具體的教學過程中，如何將課本內容轉化為一個好的問題是一個難點，祝教授的“五何”問題設計理論是實現這一轉化的很好抓手，可以為教師在設計問題時提供思維上的“工具”和“腳手架”，同時，也有助于判斷問題探究的空間和價值.筆者深信，隨著對祝教授“五何”問題設計理念的不斷學習和深入理解，定能發揮出該理論的最大指導效能，更好地為新形勢下的物理教學服務．以上是筆者對“五何”問題設計理論在課堂教學實踐中應用的一點思考和嘗試，不足之處，請予以指正．

參考文獻

1 祝智庭，等．實用教育技術——面向信息化教育．北京：教育科學出版社，2008