高中物理課堂中培養學生質疑能力的教學研究*
——物理場問題中質疑方法的應用與分析

邱士慶

(云南師范大學物理與電子信息學院 云南 昆明 650500;張家界市第一中學 湖南 張家界 427000)

彭朝陽

(云南師范大學物理與電子信息學院 云南 昆明 650500)

1 引言

中學物理教學核心素養簡要概括為4個方面：物理觀念、科學探究、科學思維、科學態度與責任.其中培養學生科學思維的要求就包含了對學生質疑創新思維能力的培養，這對學生自主認識客觀世界和發現新事物的能力發展尤為重要.

心理學研究表明，意識到問題的存在是思維的起點，沒有問題的思維是膚淺、被動的思維，學生沒有問題本身就是大問題[1].人的發現過程應從思考開始，通過思考打破原有的模式，建立新的模式即為創新.正如曾經的牛頓思考了蘋果下落的過程，發現了萬有引力定律，而思考的萌芽又應從質疑開始.

2 物理場教學中的問題分析

凡涉及物理場(包括電場、磁場、重力場等)的相關問題都可稱之為場問題，高中物理中的場問題是物理學習中相當重要的一部分.由于場概念的抽象性，一直以來學生對場問題的學習顯得乏力甚至難于下手解決.主要有兩個表現：第一由于目標單一，學生只求得出結果而不深入探討,教師在講解時盡可能把抽象問題具體化等原因，使學生放棄了思考問題的本質.第二由于缺乏質疑，學習者為解決問題而解決問題,易于放棄對問題提出更多的疑問，學習過程只是單方面接受正確過程和結果.沒有了質疑也就沒有了發現探求真理的動力，不利于對物理問題深入理解和持久學習.

為解決以上教學中存在的問題，教師應在日常教學中加強學生質疑方法的認識，在方法的指導下，有針對性地提出質疑，引導學生深入思考，以提高學生解決問題、認識事物的成效.下面就以具體地解決物理場問題為例，分析應用高中物理教學中常見的培養學生質疑能力的方法.

3 質疑的不同方式及應用分析

質疑就是要多問幾個為什么，便于打開思路.質疑的方法有很多，在不同的研究范圍內或多或少存在問題與問題之間的聯系，找到建構這種聯系的方式也就找到了質疑方法[2].

結合實際質疑方法可歸納為如下幾種典型情況，如圖1所示.

圖1 典型的質疑方法導圖

3.1 因果式質疑——“為什么會這樣?”

因果式質疑是一種由因果聯系構建的質疑方法，提出的問題往往是尋求研究結果的原因，或者由事件發展趨勢會形成各種可能的結果.任何事件的發生都會存在一定的因果聯系.

【例1】如圖2所示，一矩形電阻線框abcd自由下落，當它垂直穿過下方一個平行邊界勻強磁場上邊界時會如何運動(l

根據因果性引導學生提出質疑：(1)矩形線框進入磁場上邊界過程中運動情況是不是唯一的？產生不同運動情況的原因在哪里？(2)從線框下落開始依次會出現什么樣的相關聯的運動結果？

圖2 例1題圖

分析：從線框的下落高度開始就依次存在了一定的因果聯系，線框下落高度決定了進入磁場的速度，速度大小也就決定了感應電動勢的大小，感應電動勢的大小決定了感應電流的大小，感應電流的大小決定線框所受安培力的大小，安培力大小就有可能大于、小于、等于重力，就會出現進入磁場時不同的運動情況.其因果聯系如圖3所示.

圖3 下落過程中的因果聯系

繼續找因果關系并提出質疑：(1)減速、加速的情況是一直減速或者一直加速嗎？不是，又會是怎樣？(2)原因是什么？(此問題又可引導學生繼續思考)

分析：若線框cd邊進入后加速，說明安培力小于重力，但由于加速，速度增大安培力增大，使得安培力在l和d足夠大的情況下最終和重力相等，線框勻速.若l過短，安培力還沒有增加到和重力相等，線框就完全進入磁場，此過程就是一直加速.(cd邊進入磁場上邊界后減速情況與加速情況分析方法類似，這里不再贅述)

3.2 比較式質疑——“為什么會不同或者相同?”

比較式質疑是對兩件相近或相似的事物或現象進行比較，從中找到異同，并能夠提出為什么出現差異的問題.或者兩個截然不同的事物之間卻出現相同的因素，從而提出出現此相同情況的問題.

【例2】變壓器原副線圈共用一個鐵芯，所以原副線圈中有相同變化的磁場，原副線圈中的交流電壓當然就有相同的交變頻率.這樣的結論學生順理成章的就會認為變壓器兩邊有相同的相位，相位差為零即同步的.

引導學生提出差異性質疑：(1)真的是同步嗎？(2)如果不是同步那又是什么關系呢？

學生如果提出這樣的疑問就會促使他比較變壓器原副線圈兩邊交變電流的變化情況.畫出原副線圈中的電流隨時間變化的圖像進行對比，如圖4所示.

(a)原線圈電流變化

(b)副線圈電流變化

分析：從圖4可以看出t1為原線圈電流最大的時刻，產生的磁場最強，但由于t1時刻電流變化率為零，不能形成感應電動勢，所以在副線圈上不能形成電流，副線圈上t1時刻電流為零，由此可以看出原副線圈的電流盡管頻率相同，但并不是同步的，如圖4所示.

繼續提出質疑：為什么出現不同步的問題并尋找原因.

分析：這是由于原副線圈上的電流變化一個是主動變化一個是被動變化.

3.3 逆向式質疑——“倒過來會怎樣?”

逆向式質疑是將過程反方向思考，看倒過來的情況是否發生變化，或者與原過程互為逆過程是否存在差異，通過逆向質疑以達到深刻理解的目的.

【例3】如圖5所示，一條形磁鐵S極以一定速度逐漸靠近豎直懸掛線圈的過程中，線圈如何運動?由楞次定律的推論結果是向右.

引導學生反向提出質疑：如果將磁鐵磁極倒過來，用N極靠近線圈結果會如何？

圖5 例3題圖

分析：由楞次定律可知，磁極倒過來后再靠近線圈仍然會使線圈中的磁通量增大，為阻礙磁通量增大，線圈仍然要向右運動.或者可以理解為楞次定律告訴我們磁鐵不管哪一端靠近線圈，其產生的感應電流所受的安培力都是阻礙其相對運動，故還是向右.

繼續提出質疑：磁鐵反向向左遠離線圈運動，線圈會怎么樣運動？

分析：(在此質疑下學生又會進一步思考其運動情況)由楞次定律不難判斷，線圈為阻礙相對運動會和磁鐵同向向左運動.

3.4 發散式質疑——“只能是這樣嗎?”

一個問題可以有多個結果，或者一個問題解決方法也可以有多種，發散質疑就在于不拘泥于唯一的方案或結果，以求盡可能多的思路來發現和解決問題，這也是形成創造性思維的核心所在.

【例4】如圖6所示，一帶電小油滴在平行板電容器中保持靜止，當改變板間距離小油滴將如何運動？

圖6 例4題圖

此題的限制條件不多，需進行討論，所以小油滴如何運動還要看它所受的重力與電場力的大小關系.

針對此問題引導學生發散思維提出相關質疑：

(1)初始狀態靜止，小油滴帶何種電荷，說明什么？(若在開關閉合情況下，電荷帶負電，說明重力和電場力平衡)

(2)問題中是否給出兩極板接了電源？

(3)未給出是否接電源又應分哪兩種情況進行分析？

(4)在開關閉合或斷開時又應分哪些情況進行分析？

分析：如圖7所示.

圖7 開關通斷影響小油滴運動情況的發散分析

如果只研究問題所給出的結果，那么學生對問題的思考可能就此止步.若把問題再發散性地提出更多新質疑，對學生的引導是有啟發性的.

繼續提出質疑：

(1)電源的極性是否能倒置？

分析：由于問題條件已給出油滴開始為靜止，電場力方向必須豎直向上，所以只要油滴電性不變，電極板電性就已經確定，電源極性不能倒置.

(2)兩極板左右錯開一些油滴會如何運動？

分析：兩極板左右錯開會使電容減小，由開關通斷又可提出兩項質疑.

1)開關閉合時油滴如何運動？

分析：電容減小，電壓不變，板間距離不變，場強不變，油滴仍然受力平衡，保持靜止.

2)開關斷開時油滴如何運動?

分析：電容減小，極板上電荷量不變，由Q=CU可知電壓增大，板間距離d不變，再由U=Ed可知電場強度E也增大，電場力會增大并大于重力，油滴向上加速運動.

由此例可以看出，發散的程度越大，打開的思路就越開闊，只要不脫離主線，每一個質疑都解決了，對問題的理解層次自然也就得到了提升.

4 小結

綜上所述，各種不同質疑方法的應用其根本上在于拓展學習思路，抓住各質疑方法的特點切實引導學生盡可能多而全面地思考問題，進而促進學生善于運用質疑方法分析解決問題的能力，以達到培養學生自主深入研究分析物理問題的科學素養.如表1所示為各質疑方法特點小結.

物理場問題的抽象性使其具備了運用質疑方法的有利條件.在場問題的實際教學中教師有意識巧妙地設疑提問，引導學生去思考、去尋疑解疑，對發展學生的質疑能力有很重要的作用[3].同時能啟發學生更多地思考以提高創新思維能力，這正是當前物理教育形勢所需要的，也是形成核心素養價值觀所必不可少的因素.

表1 各質疑方法的特點