“五何”問(wèn)題設(shè)計(jì)理論在物理教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用
——以“回旋加速器”一課為例

魏平軍

(石家莊市第一中學(xué) 河北 石家莊 050011)

1 問(wèn)題的提出

我國(guó)的教育技術(shù)專家祝智庭教授針對(duì)課堂教學(xué)模式，提出了“五何”問(wèn)題設(shè)計(jì)理論[1]，該理論為問(wèn)題設(shè)置的思維方向提供了很好的理論指導(dǎo)．

1.1 由何

即問(wèn)題是從哪里來(lái)的(Who，When，Where)，針對(duì)“由何”的設(shè)計(jì)往往產(chǎn)生的并不是真正的問(wèn)題，而且旨在任務(wù)的布置．它的解決有助于了解問(wèn)題產(chǎn)生的初始情境．

1.2 是何

即What，針對(duì)具體事實(shí)發(fā)問(wèn)，旨在知識(shí)的再現(xiàn)．它的解決有助于獲得事實(shí)性知識(shí)．

1.3 為何

即Why，針對(duì)目的、理由、法則、定律和邏輯推理等原理性內(nèi)容發(fā)問(wèn)，旨在事物間的相互關(guān)系．它的解決通常有助于了解事物之間的關(guān)系，并做出解釋和推理．

1.4 如何

即How，針對(duì)方法、途徑、狀態(tài)及事物發(fā)展規(guī)律發(fā)問(wèn)，旨在學(xué)以致用．它的解決通常有助于獲取策略性的知識(shí)．

1.5 若何

即If……then，要求學(xué)生推斷或想象如果事物或情境的某種屬性發(fā)生變化，結(jié)果會(huì)怎樣．旨在引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思維遷移和獲得創(chuàng)造性知識(shí)，為學(xué)習(xí)者提供轉(zhuǎn)換情境靈活應(yīng)用知識(shí)的機(jī)會(huì)．

如果該理論能夠與課堂教學(xué)很好地結(jié)合，將會(huì)很好地解決“如何將物理知識(shí)轉(zhuǎn)化為適宜合作學(xué)習(xí)的問(wèn)題”這一教師在教學(xué)中所面臨的困惑．文章就高中物理教學(xué)實(shí)踐中如何應(yīng)用“五何”問(wèn)題設(shè)計(jì)理論做了一些思考與嘗試．

2 問(wèn)題的思考與嘗試

2.1 “五何”問(wèn)題設(shè)計(jì)理論與其他相近理論的對(duì)比

美國(guó)著名的教育學(xué)家與心理學(xué)家布盧姆在《教育目標(biāo)分類學(xué)，第一分冊(cè)：認(rèn)知領(lǐng)域》一書中將人的認(rèn)知目標(biāo)由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由低級(jí)到高級(jí)的順序分為知道、理解、應(yīng)用、綜合、分析和評(píng)價(jià)6類．在這個(gè)分類法中，目標(biāo)層次所需要的思維技能是逐級(jí)上升的．

而在20世紀(jì)末美國(guó)的格蘭特·威金斯和詹·邁克泰在《追求理解的教學(xué)設(shè)計(jì)手冊(cè)》一書中又將人類的理解分為解釋、闡明、應(yīng)用、洞察、神入和自知6個(gè)側(cè)面．在應(yīng)用理解六側(cè)面法設(shè)計(jì)問(wèn)題時(shí)，可能會(huì)感覺到某個(gè)側(cè)面的問(wèn)題需要更高層次的思維技能，但理論本身并無(wú)意將各個(gè)側(cè)面級(jí)別化，設(shè)計(jì)出來(lái)的問(wèn)題應(yīng)該同樣是指向高級(jí)思維技能的．

祝智庭教授提出的“五何”問(wèn)題設(shè)計(jì)理論與這兩種理論都有著一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，但“五何”問(wèn)題設(shè)計(jì)理論更具體一些，更有利于實(shí)際課堂教學(xué)操作．當(dāng)然，如果能在教學(xué)實(shí)踐中將“五何”問(wèn)題設(shè)計(jì)理論與另外兩種理論進(jìn)行有效整合，將有助于我們清晰地理解目標(biāo)層次和能力層次，從而設(shè)計(jì)出更適宜小組合作學(xué)習(xí)的問(wèn)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(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。治療后，對(duì)照組癥狀積分、空腹血糖、CRP低于治療前，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)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(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。見表2。

2.2 “五何”問(wèn)題設(shè)計(jì)理論在不同類型課堂教學(xué)中的應(yīng)用嘗試

高中物理教學(xué)從授課內(nèi)容上可以分為概念類、規(guī)律類、實(shí)驗(yàn)類、習(xí)題類教學(xué)等．筆者在以下幾種類型的課堂中就“五何”問(wèn)題設(shè)計(jì)理論的應(yīng)用做了一些嘗試．

2.2.1 在概念類教學(xué)中的應(yīng)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(nèi)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(jié)構(gòu)；“若何”可以加深對(duì)于定義式的理解，即外延．

2.2.2 在規(guī)律類教學(xué)中的應(yīng)用

“由何”可以給出規(guī)律產(chǎn)生的背景；“是何”可以解釋該規(guī)律能夠解決的問(wèn)題；“為何”可以重演規(guī)律的歸納、演繹過(guò)程；“如何”可以給出規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式；“若何”可以加深對(duì)于表達(dá)式的理解．

2.2.3 在實(shí)驗(yàn)類教學(xué)中的應(yīng)用

“由何”可以給出實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的背景；“是何”可以闡明實(shí)驗(yàn)的目的；“為何”可以解釋實(shí)驗(yàn)的原理；“如何”可以給出具體的實(shí)驗(yàn)過(guò)程；“若何”可以是對(duì)實(shí)驗(yàn)的延展，如改變實(shí)驗(yàn)控制條件等．

2.2.4 在儀器介紹、現(xiàn)象解釋類教學(xué)中的應(yīng)用

“由何”可以給出儀器設(shè)計(jì)、現(xiàn)象產(chǎn)生的背景；“是何”可以解釋儀器的作用是什么，現(xiàn)象是什么；“為何”可以解釋儀器的基本構(gòu)造、原理，現(xiàn)象背后的本質(zhì)原因是什么；“如何”可以理解儀器具體如何工作的；“若何”是對(duì)儀器工作原理理解的延伸．

3 應(yīng)用舉例“回旋加速器”教學(xué)中問(wèn)題的設(shè)置

在人教版高中物理選修3-1第三章第6節(jié)“帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)”教學(xué)中，“回旋加速器”是教學(xué)的難點(diǎn)，綜合了帶電粒子在磁場(chǎng)及電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的相關(guān)規(guī)律，是高中物理學(xué)習(xí)中的華彩樂(lè)章．筆者利用“五何”問(wèn)題設(shè)計(jì)理論，將本部分內(nèi)容從不同角度轉(zhuǎn)化為若干個(gè)適合學(xué)生合作學(xué)習(xí)的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)課堂教學(xué)實(shí)踐，取得了很好的效果．

3.1 由“由何”設(shè)計(jì)的課題引入

課題引入：人們要認(rèn)識(shí)原子核內(nèi)部的情況，必須把核“打開”進(jìn)行“觀察”．然而，原子核被強(qiáng)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(chǎn)生這些高能“炮彈”的“工廠”就是粒子加速器．

設(shè)計(jì)說(shuō)明：讓學(xué)生明白粒子加速器發(fā)明的背景，在科研中具體有什么用．

3.2 由“是何”設(shè)計(jì)的問(wèn)題

問(wèn)題設(shè)置(問(wèn)題1)：利用所學(xué)知識(shí)試著解釋粒子加速器的工作原理是什么樣的？

簡(jiǎn)答：利用電場(chǎng)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(diǎn)．

設(shè)計(jì)說(shuō)明：學(xué)生可回憶起電場(chǎng)能夠讓粒子加速，所以加速器原理會(huì)朝著電場(chǎng)方向考慮．

3.3 由“為何”設(shè)計(jì)的問(wèn)題

問(wèn)題設(shè)置(問(wèn)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(jiǎn)答：用磁場(chǎng)控制軌跡，用電場(chǎng)來(lái)加速，進(jìn)而討論出回旋加速器的大致結(jié)構(gòu)．

設(shè)計(jì)說(shuō)明：明白為什么要設(shè)計(jì)回旋加速器及大致了解回旋加速器的構(gòu)成．

3.4 由“如何”設(shè)計(jì)的問(wèn)題

問(wèn)題設(shè)置(問(wèn)題3)：由于粒子運(yùn)動(dòng)得越來(lái)越快，如果粒子走過(guò)半圓的時(shí)間越來(lái)越短，這樣兩盒間電勢(shì)差的正負(fù)變換就要越來(lái)越快，從而造成技術(shù)上的一個(gè)難題．實(shí)際情況是這樣的嗎？

問(wèn)題設(shè)置(問(wèn)題4)：如何提高粒子的最終能量？

補(bǔ)充介紹：要使粒子獲得較高的能量，就需要有高磁感應(yīng)強(qiáng)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(shù)量級(jí)為1 T，D形盒直徑在1 m以上．

設(shè)計(jì)說(shuō)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(nèi)容．

3.5 由“若何”設(shè)計(jì)的問(wèn)題

問(wèn)題設(shè)置(問(wèn)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(wèn)題設(shè)置(問(wèn)題6)：若不斷增大磁感應(yīng)強(qiáng)度和D形盒的直徑，是否就可使粒子獲得更大的能量？

簡(jiǎn)答：因相對(duì)論效應(yīng)，不能確保粒子經(jīng)過(guò)縫隙時(shí)始終得到加速．

問(wèn)題設(shè)置(問(wèn)題7)：如何改進(jìn)可避免相對(duì)論效應(yīng)帶來(lái)的影響？

簡(jiǎn)答：改進(jìn)的辦法有兩種，一種是讓磁場(chǎng)不再均勻，以使粒子在不同半徑時(shí)半圓的回旋頻率保持不變，稱為同步加速器；另一種是磁場(chǎng)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(yùn)動(dòng)保持一致，稱為同步回旋加速器．當(dāng)然多次直線加速器更是沒(méi)有相對(duì)論效應(yīng)帶來(lái)的影響．

設(shè)計(jì)說(shuō)明: 若回旋加速器中某個(gè)(些)物理量發(fā)生變化，會(huì)產(chǎn)生怎樣的影響．對(duì)問(wèn)題7課本中并未做相關(guān)要求，但是，討論此問(wèn)題有利于培養(yǎng)學(xué)生深入思考和解決問(wèn)題的能力．

在課堂上，學(xué)生通過(guò)對(duì)以上這些問(wèn)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(guān)計(jì)算，達(dá)到了預(yù)期效果．

4 對(duì)應(yīng)用“五何”問(wèn)題設(shè)計(jì)理論的一點(diǎn)反思

在教學(xué)實(shí)踐中，所有設(shè)計(jì)出來(lái)的問(wèn)題都應(yīng)為本節(jié)課的核心內(nèi)容服務(wù)．但每節(jié)課的核心內(nèi)容卻不盡相同，如有的課關(guān)注“是何”，有的課則關(guān)注“為何”．所以應(yīng)用“五何”理論設(shè)計(jì)出的問(wèn)題在課堂實(shí)踐中也不是平均分配，更不需要每節(jié)課都從5個(gè)方面去設(shè)計(jì)問(wèn)題．可能某節(jié)課只用到了“二何”或“三何”，也可能某“一何”的反復(fù)應(yīng)用．具體應(yīng)用多少需要與課堂教學(xué)實(shí)踐的要求很好地吻合．

總之，在具體的教學(xué)過(guò)程中，如何將課本內(nèi)容轉(zhuǎn)化為一個(gè)好的問(wèn)題是一個(gè)難點(diǎn)，祝教授的“五何”問(wèn)題設(shè)計(jì)理論是實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)化的很好抓手，可以為教師在設(shè)計(jì)問(wèn)題時(shí)提供思維上的“工具”和“腳手架”，同時(shí)，也有助于判斷問(wèn)題探究的空間和價(jià)值.筆者深信，隨著對(duì)祝教授“五何”問(wèn)題設(shè)計(jì)理念的不斷學(xué)習(xí)和深入理解，定能發(fā)揮出該理論的最大指導(dǎo)效能，更好地為新形勢(shì)下的物理教學(xué)服務(wù)．以上是筆者對(duì)“五何”問(wèn)題設(shè)計(jì)理論在課堂教學(xué)實(shí)踐中應(yīng)用的一點(diǎn)思考和嘗試，不足之處，請(qǐng)予以指正．

參考文獻(xiàn)

1 祝智庭，等．實(shí)用教育技術(shù)——面向信息化教育．北京：教育科學(xué)出版社，2008