“問題教學法”及其在大學物理實驗教學中的運用

邱彩虹

摘要：“問題教學法”是指在教師指導下，首先要求學生樹立發(fā)現(xiàn)問題、提出問題以及分析、解決問題的“問題意識”，然后以發(fā)現(xiàn)或者提出的問題為起點，通過實驗來分析、討論和驗證，并最終解決這些問題，從而完成實驗教學任務。“問題教學法”是一種培養(yǎng)和發(fā)展學生創(chuàng)新思維能力的實驗教學方法。它在大學物理實驗教學中的具體運用包括實驗準備；實驗操作；分析討論；解決問題，實驗檢驗；教師點評，完成實驗5個階段。

關(guān)鍵詞：問題教學法；大學物理實驗教學；創(chuàng)新思維能力；具體運用

大學物理實驗的教學目的在于“引導學生通過實驗教學過程主動獲取新知識、發(fā)現(xiàn)新問題，培養(yǎng)分析和解決問題的能力”。我們多年物理實驗教學實踐表明，“問題教學法”是能夠達到上述教學目的的教學方法。本文在闡述“問題教學法”的含義、特點和運用價值的基礎(chǔ)上，論述了“問題教學法”是一種培養(yǎng)和發(fā)展學生創(chuàng)新能力的實驗教學方法，探討了在大學物理實驗教學中如何具體運用“問題教學法”的問題。

一、“問題教學法”的含義和運用價值

首先，有必要了解什么是“問題”。據(jù)《現(xiàn)代漢語詞典》解釋，“問題”有四種含義：一是要求回答或者解釋的題目；二是須要研究討論并加以解決的矛盾、疑難；三是關(guān)鍵、重要之點；四是事故或者麻煩。本文所說的“問題”取其第二種含義，即在物理實驗教學中發(fā)現(xiàn)、探討并加以解決的矛盾和疑難。這里的“矛盾”是指主觀認識與客觀情況不一致的地方，而“疑難”是指有疑問而難于判斷或者處理的地方。在物理實驗教學中，“問題教學法”就是一種這樣的教學法：在教師的指導下，首先要求學生樹立發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，分析、解決問題的“問題意識”，然后以發(fā)現(xiàn)或者提出的問題為起點，通過實驗來分析、討論和驗證，并最終解決這些問題，從而完成實驗教學任務，以培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維能力。

“問題教學法”的運用價值在于充分調(diào)動學生主動性、積極性和創(chuàng)造性，進而培養(yǎng)其創(chuàng)新思維能力。首先要求學生自己發(fā)現(xiàn)問題、提出問題和分析討論問題，從而給學生一定壓力。在這種壓力背景下，學生就會積極主動地發(fā)現(xiàn)問題、分析討論問題，并在教師和同學們的幫助下最終解決問題。這樣，通過實驗教學教會學生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，分析和解決問題的方法，以達到培養(yǎng)創(chuàng)新人才的目的。

二、“問題教學法”是培養(yǎng)和發(fā)展學生創(chuàng)新思維能力的實驗教學方法

大學物理實驗教學目的之一是培養(yǎng)、提高大學生的創(chuàng)新能力，為其今后的發(fā)展打好基礎(chǔ)。然而，由于各種原因，在很多時候，大學物理實驗教學并沒有很好地起到上述作用。例如，學生多、課時緊、教學任務繁重，為在有限時間內(nèi)完成教學任務，教師往往先講，甚至先示范給學生，然后由學生按部就班完成實驗即可。它導致的致命后果是把學生的探索過程給省略了，學生不用動手，也不用發(fā)現(xiàn)、提出問題，更不用分析問題和解決問題。長此以往，極容易使學生認為實驗教學的目的就是按照教師示范的步驟操作，依樣畫葫蘆，旋轉(zhuǎn)按鈕，記錄數(shù)據(jù)，不用思考就能完成實驗內(nèi)容，并很快得到預期的實驗結(jié)果。

德國、法國、英國、美國等國家在大學物理實驗創(chuàng)新性教學研究方面，都有較為成熟的體系和方法。如，美國開設(shè)物理實驗課的目的不僅限于訓練學生掌握各種儀器和設(shè)備的使用，學會實驗方法和手段，而且還引導學生在物理實驗教學中通過自己發(fā)現(xiàn)問題、分析問題并自行解決問題，通過實驗教學激發(fā)學生學習興趣，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。而后者又是最主要的教學目的。“問題教學法”能夠把學生所掌握的知識和理論轉(zhuǎn)化為解決實際問題的能力。久而久之，這種能力就會發(fā)生質(zhì)的飛躍，就會發(fā)展成為創(chuàng)新思維能力。

三、“問題教學法”在大學物理實驗教學中的具體運用

“問題教學法”在大學物理實驗教學中的具體運用過程是：實驗準備（發(fā)現(xiàn)問題）—實驗操作（解決一般或者較易問題）—對重要或者較難問題展開討論—解決問題，實驗檢驗—教師點評，完成實驗。

（一）實驗準備

這一階段的主要任務是熟悉實驗內(nèi)容，掌握實驗操作方法，掌握各種儀器和設(shè)備的使用方法，為實驗操作做好準備，目的是教會學生發(fā)現(xiàn)、提出問題的方法。待學生掌握了上述方法后，主要任務就是預習實驗內(nèi)容，并在此基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)和提出問題。如何發(fā)現(xiàn)和提出問題？其中最主要的是掌握發(fā)現(xiàn)和提出問題的方法。質(zhì)疑法、比較法、歸納法和綜合法等都是一些好方法。例如，1879年美國物理學家霍爾就是通過這些方法發(fā)現(xiàn)問題進而解決問題的，如此反反復復，最終提出“霍爾效應”原理。年輕的霍爾對磁場與電流等物理現(xiàn)象，尤其對在磁場作用下電流通過金屬時的現(xiàn)象表現(xiàn)出濃厚的興趣。通過閱讀當時物理學家對這一現(xiàn)象的論述，發(fā)現(xiàn)了問題，如物理學家麥克斯韋教授指出：推動載流導體切割磁力線的力不是作用在電流上……電流的本身完全不受磁鐵接近或其他電流的影響。而瑞典物理學家愛德朗教授卻指出：磁鐵作用在固態(tài)導體中的電流上，恰如作用在自由運動的導體上一樣。通過比較發(fā)現(xiàn)，二位物理學家的說法不一樣。那么，誰的說法是對的？應該如何檢驗？這樣一來，“問題”就出來了。

（二）實驗操作

在此階段的主要任務是要求每個學生正確掌握各種實驗儀器和設(shè)備的使用方法，按照實驗要求和正確方法親自操作，把實驗準備階段的實驗內(nèi)容用實驗的方式體現(xiàn)出來。目的是教會學生掌握做好實驗的方法和技巧。要注意以下幾點：一是安全問題。必須強調(diào)每個學生都要正確使用實驗儀器和設(shè)備，運用正確方法進行實驗，確保實驗安全。二是強調(diào)每個學生要帶著“問題”來做實驗，并通過實驗，對一些較易或者一般性問題由自己加以解決。比如，霍爾效應的真實情況如何？學生可以通過實驗由自己加以驗證，從而使學生原來的間接知識轉(zhuǎn)化為自己的直接知識。三是要把在實驗過程中新發(fā)現(xiàn)的問題記錄下來。如果新發(fā)現(xiàn)的問題能在本次實驗中加以解決，就應當由學生本人當場解決。如果自己通過做實驗也解決不了，但是，這一問題具有典型性或者重要性，也可以報告實驗指導老師，要求在課堂上進行分析討論。

（三）分析討論

此階段的主要任務是對學生發(fā)現(xiàn)的重要或者疑難問題進行分析討論，加深對這些重要或者疑難問題的理解和認識，目的在于教會學生分析問題的方法。要注意以下下幾點：一是用來分析討論的重要或者疑難問題應當具有典型性。這種典型性主要體現(xiàn)在：能突出本次實驗的重點內(nèi)容，或者能抓住本次實驗的關(guān)鍵，或者問題的解決方法具有普遍意義等。比如，在霍爾效應的實驗中，24歲的霍爾在分析比較中如何認識“磁場和感應電壓之間的關(guān)系”？“霍爾效應”在工業(yè)上的應用如何？目前物理學家對霍爾效應有什么新發(fā)現(xiàn)？這些問題都非常典型，并具有方法論意義。二是分析討論的問題不宜過多，一般有兩三個就夠了。要集中精力把問題弄得透徹明白，使所有同學都能理解和掌握。三是時間安排方面，可以是一邊做實驗一邊分析討論，也可以放下實驗集中討論，時間可多可少，靈活掌握。四是討論組織形式方面，一般以自然班為單位。要求每個學生都要參與其中，并積極提出自己的看法或者觀點。

（四）解決問題，實驗驗證

此階段的主要任務是發(fā)動所有學生對分析討論的問題提出各自的解決方法，并當場通過實驗加以檢驗，目的是教會學生掌握解決問題的方法。要注意如下幾點：一是要求每個學生對所分析討論問題提出自己的解決辦法，并要求學生自己動手通過做實驗加以檢驗修正。如在RLC串聯(lián)諧振的實驗中，如何修正電路品質(zhì)因數(shù)Q的實驗測量值與理論計算值之間的偏差問題。可要求學生在電磁學理論指導下，分析LC的總損耗電阻對電路品質(zhì)因數(shù)Q的測定值有何影響。二是要求學生在自己動手做實驗過程中，如果發(fā)現(xiàn)解決不了的新問題，就應該主動請教實驗指導教師，直至自己弄明白、能解決為止。三是指導教師要密切關(guān)注學生做實驗的動態(tài)，發(fā)現(xiàn)問題要及時指出，并根據(jù)自己的教學經(jīng)驗加以指導。

（五）教師點評，完成實驗

此階段的主要任務是指導教師根據(jù)學生動手做實驗以及解決問題的表現(xiàn)進行點評，目的在于調(diào)動學生的積極性和主動性。要注意以下幾點：一是指導教師要對本次實驗進行一個總體評價，辯證分析其優(yōu)缺點。二是要充分肯定學生具有創(chuàng)新性的閃光點。號召其他同學向能提出閃光點的同學學習，還可以在學期總評成績中對這些提出閃光點的同學給予加分獎勵。三是在實驗結(jié)束時，教師也可以根據(jù)自己的教學經(jīng)驗，對學生提出一些問題，比如，此次實驗與以往同類實驗有何不同等。

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