創設問題情景 優化實驗教學

王磊

【中圖分類號】G633.7 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）12-0180-03

物理是一門以實驗為基礎的自然科學。物理新課程標準中強調“物理實驗是進行科學探究的主要方式”，它的功能是其它教學手段所無法替代的。目前，教材中許多實驗都是十分經典的，但由于受到其篇幅、內容設計方案的限制，部分實驗僅側重于知識的驗證和基本操作技能的訓練，模式單一。因此，在實驗教學中應盡可能創造條件，多開展課堂內的體現學生自主性的探究活動，提高實驗的可觀察性，增強實驗的趣味性、探索性，體現實驗的現實性、社會性，更好的促進學生掌握知識，發展智力，提高動手、動腦能力，培養學生的創新意識和探究能力。

一、反思當前實驗教學存在的問題

實驗作為物理教學的重要基礎、重要內容、重要方法和重要手段，在教學中具有舉足輕重的地位和作用。但是，在如今的實驗教學中，仍存在著一些明顯的不足，至使實驗的教學功能得不到充分的發揮，主要表現有：

“只注重實驗的數量，不注重實驗過程的教學質量”；

“學生實驗只注意動手能力的訓練，不重視思維能力的培養”；

“測量、驗證性實驗較多，探索、設計性實驗較少”；

“只重視獲得實驗結論，不重視展示實驗過程”；

“只注重實驗的操作或演示，忽視實驗過程的問題設置”；

“實驗操作內容單層次、單側面，沒有形成結構”；

“實驗演示過程只重視教師主導作用，不重視發揮學生的主體作用”；

“實驗教學過程收斂有余，發散不足”等。

教學調查表明，這樣的實驗教學使多數學生產生“實驗只是看看有味，做做有趣、實際并沒有多大意思（或作用）”的反應。

二、在實驗教學中創設問題情景的迫切性

實驗教學就是從尊重學生的認知規律出發，為學生的學而精心設計，充分調動學生學習的積極性，教師只充當知識的導航者。課上，無論是演示實驗，實驗方案設計，還是驗證實驗，都貫穿了學生主動參與的思想，并體現了物理學科特點，以實驗、觀察為基礎，培養學生大膽猜測，尊重實驗，實事求是的科學態度。但是在實驗教學中我們只是憑著物理實驗本身具有的形象鮮明的特點，自然地激發和滿足了學生的知覺好奇，而忽視了思維由形象向抽象的提升，以及更高層次的思維動機的激發和強化。

例如教學“物體內能的改變方式之一——做功”時有個演示實驗：壓縮厚玻璃筒中的空氣，使空氣內能增加溫度升高，從而使筒內易燃物著火。實驗中明亮的火花給學生以鮮明深刻的印象。然而，實驗的研究對象是什么（空氣）？為什么要放入易燃物（顯示氣溫的升高）？實驗要說明什么？對這一系列重要的問題，在火花閃過之后學生常常仍不清晰、不明確，強烈的視覺感受反而抑制了對重要問題的關注與思考。但若改變教材上一舉成功的做法，而是實驗時厚玻璃簡內先不放易燃物，壓縮筒內空氣。要求學生仔細觀察空氣的內能有無增加。學生就會感到困惑：空氣內能增加與否怎能看得見？！此時自然地引出一個實驗設計的問題情境：怎樣變“不可見”為“可見”？順著這樣的思路展開過程組織實驗教學，由于實驗是學生主動參與設計的，設計目的明確，實驗后學生無論是對實驗所揭示的結論還是實驗的設計思想均留下了深刻的認識和理解，甚至終生難忘。

三、優化實驗教學的有效途徑

重視問題情境的創設和思維動機的激發是優化實驗教學過程的一條有效途徑。物理實驗教學應以實驗為載體展開過程，以問題為線索，力求實驗與思維有機結合，層層遞進，使學生始終處于積極參與的狀態之中，這樣既優化了實驗教學的過程，展現了物理學自身的魅力，又符合素質教育對物理教學的要求。

1.創設問題情境，展現實驗的設計思想

設計思想是為了解決問題而思維的結果，對于課本上大量的演示實驗和學生實驗，我們不能采取簡單的“拿來主義”，照方抓藥，機械操作，而應該通過創設問題情境，如：“應該進行怎樣的設計？”“為什么要這樣做？”“換一種方法能不能做？”等等，有意識地創造一種探索的氛圍，盡量展現實驗的設計過程，使之成為師生共同參與的“亞研究”過程。以此來滲透物理思想，啟迪學生思路。

例如“影響動能大小的因素”實驗，我先給學生提供實驗器材，讓學生體驗如何根據實驗目的去確定研究對象。接著提出如下問題，引導學生自己得出答案。

問題1：通過生活實例你猜想影響動能大小的因素可能有哪些？

問題2：怎樣體現物體的動能大小？

問題3：如何用控制變量法來設計實驗？

問題4：小車的質量容易改變（或控制），那么如何來改變（或控制）小車達到水平面的速度呢？

對于物理學中的經典實驗，我們也應積極創設問題情境，引導學生去追溯物理學家思考研究的源頭，他們那精巧的設計，獨到的方法、深刻的分析，都是值得我們繼承和發揚的瑰寶。例如伽利略研究物體機械運動的規律，曾無數次進行斜面實驗，為什么選用斜面？（沖淡重力，放大時間）；研究壓力作用效果時，為什么要選用容易發生形變的接觸面材料？（容易觀察壓力的作用效果）等等，從中吸取物理思想的營養。

2.創設問題情境，拓展實驗內容

物理規律的表現形式是多層次、多側面的，各種物理現象也是豐滿、立體的，但教材為我們提供的實驗方案卻往往著眼于單層次、單側面的實驗內容，因而有著較大的局限性或單調性。為此，我們有必要對原有的實驗內容方案進行適當的拓展和補充，積極創設問題情境，盡量讓學生能從多層次、全方位地去認識物理規律的全貌。

例如“伏安法測電阻”是一個重要實驗，在完成這個實驗時不需要直接給出書本的電路設計圖，而是希望通過分析讓學生設計出符合要求的電路圖，針對學生設計的電路中是否使作滑動變阻器進行提問：電路中不行滑動變阻器行不行？為什么要用滑動變阻器？從而讓學生明白加入滑動變阻器的主要作用。等學生完成實驗后讓學生思考：如果用“伏安法”測電阻實驗中，電壓表損壞（或電流表損壞），能否只用電壓表或電流表、阻值已知的定值電阻R0、電源、開關與導線若干，重新設計一個測量未知電阻Rx的方案，要求畫出電路圖，寫出表達式。通過這種實驗拓展，來培養學生的實驗設計能力。

教學實踐表明，只有建立在如此豐厚的實驗基礎上的物理概念、規律或模型，才能使學生建構起良好的認識結構。

3.創設問題情境，優化實驗的演示過程

在實際教學中，我們通常有這樣的疑惑：為什么這個實驗我演示過了，還是有那么多同學不記得呢？從教師的角度，我做到了應該做的事情，可從學生學的角度，這個問題難道不是該問教師自己嗎？為什么我的演示實驗做過了，我的學生還是不能記住結論、理解應用呢？專家也指出，在基礎教育階段，照方抓藥式的被動感和偏于驗證性質的實驗活動，在提高學生對科學的興趣、誘發探究積極性和培養自主學習的信心等方面并不很有效。我時常關注相關同行公開課的教學設計，除了在教具的創新設計外，發現在教材的演示實驗中進行各種優化（增補、修改、變換順序等），是強化實驗效果、提升課堂有效性的良方。傳統的演示實驗教學常只讓學生看看表演，先是“教師做、學生看”，后是“教師講，學生聽”，而忽視了學生主體的思維動機的激發，這樣實驗得出的物理規律教師認為是“顯然”，可是對于學生來說，有時候卻是“漠然”。因此，有的演示實驗之所以未能起到很好的作用，往往不是演示實驗本身失敗了，而是教師不能為演示過程創設良好的問題情境所造成。教材中的有些實驗用常規的方法很難成功，但利用身邊的物品加以改進，效果明顯。

例如：在光的傳播教學中，光在不同介質中的傳播演示效果不好。改用激光筆在果凍中演示光在固體中的傳播光路。在透明塑料杯的清水中加入少許墨水，可演示光在液體中的傳播光路。在透明塑料杯中點香充滿煙霧演示光在空氣中的傳播光路，光路非常清晰。又如在演示“滾動摩擦比滑動摩擦小”的實驗時，通常是把一個方木塊放在桌子上滑動和在桌子上放上幾支圓柱形鉛筆，再將木塊放在鉛筆上滾動的方法，來比較得出滾動摩擦力與滑動摩擦力小。這種方法學生會誤認為滾動摩擦力小是因鉛筆和木塊的接觸面積少造成的。我在教學中改進的方法是：取一小車放在水平木板上，用彈簧測力計水平拉動小車做勻速直線滾動，再把小車的輪子“卡死”不轉，用彈簧測力計水平拉動小車做勻速滑動，比較兩次測力計的示數，得出滾動摩擦力與滑動摩擦力小的結論。這樣做沒有改變小車和木板的接觸面積，學生也就不會有上面的誤解了。

4.創設問題的情境，加大實驗的分析力度

物理實驗的演示不但要演示操作、演示觀察，更要演示對實驗現象的分析。許多教師急于開始和完成操作，急于用實驗現象、物理事實建立概念與歸納規律，而忽視了對實驗現象和觀察結論的分析，沒有充分拓展實驗現象的本質屬性和現象之間的因果關系，導致物理規律得出較為生硬，牽強而不自然，實驗教學效果不理想。如在做測量機械效率實驗時，學生通過分析發現提起重物不同，機械效率也不同，提出問題：這是誤差因素嗎？或是偶然現象，或另有規律；與重物大小有關嗎？等等一些問題。教師通過有用功、額外功的分析，引導學生自己設計實驗。學生很快設計出實驗：探究在同一滑輪組下提升不同重力的重物，分別測出機械效率進行比較；探究不同的滑輪組下提升相同重力的重物，分別測出機械效率進行比較。從而得出了增大機械效率的方法。從實驗探究過程中學會學習，學會思考，這正是現代教育所追求的目標。因此，實驗前、實驗中或實驗完畢后，我們要以實驗現象為依據，創設問題情境，加大實驗的分析力度，啟發學生運用邏輯推理及歸納法對現象進行分析、綜合、抽象和概括，透過物理現象尋找物理本質，幫助學生形成正確的物理概念或發現物理規律。

5.創設問題情境，培養學生的遷移能力

知識遷移能力成為學生可持續發展的重要條件。在物理教學中創設問題情境，培養學生的學習遷移能力，不僅可以提高課堂教學的效益，而且能為學生的終身學習和解決實際問題打下良好基礎。因此實驗完成之后，不但要引導學生對實驗進行分析、總結，并且要對實驗進行恰當的延伸，盡可能擴展實驗的成果，通過創設問題情境來借題發揮，“一題多解”、“一題多變”、“一物多聯”等，從不同角度，用不同方法進行變式實驗，這對深化理解物理知識，克服思維定勢，促進知識的遷移和運用都十分有益。如演示“瓶吞雞蛋”后，讓學生思考如何將蛋完好無損得取出？又如在一個電路設計題中，給出兩根相同的電熱絲，一個單刀單擲開關，一個單刀雙擲開關，電源，導線若干，我要求學生設計一個盡可能實現多檔調溫功能的電路。學生一開始無從著手，于是我從電阻絲的連接方式引導，兩個電阻絲串聯阻值最大，一個電阻絲次之，兩個并聯阻值最小，再討論產生的熱量Q=U2t/R，可知當U一定，t相同時，Q與R成反比（這是設計該題的核心）。這樣學生在引導下很容易設計出三種電路圖。

總之，不能認為有了實驗就一定是好的教學方式，學生一定會學得生動，優化實驗教學過程，與其說是操作技術問題，還不如說是教學觀的問題，確認學生是學習的主體，增強學生的參與意識，積極創設問題情境，充分喚起學生的思維，引導學生對實驗進行解釋分析，并發展實驗的成果，是優化實驗教學過程，提高實驗教學質量的根本途徑。