高中物理实验教学中设置问题链的研究.pdf

中文科技期刊数据库（全文版）教育科学 136 高中物理实验教学中设置问题链的研究 刘娅楠 吴江中学，江苏 苏州 225000 摘要：摘要：本文分析问题链在高中物理实验教学的各个环节中的作用，阐述问题链在建构实验模型、理解物理实验原理、实验方法、实验装置和器材及实验操作方面的应用，突出问题链在实验教学中的必要性及优势，并总结问题链辅助高中物理实验教学的教学策略。高中物理教学是以实验为基础的学科。物理教学中，运用实验可以为学生学习物理创造一个良好的科学情景环境。学生通过观察实验现象不仅有助于知识的学习、理解，而且可以发展学生的观察和深入思考问题的能力。通过实验教学可以有效的激发学生的学习兴趣及求知欲。创设生动形象可感受的物理情景，促使学生主动地获取物理知识和发展科学实践能力并促进学生科学品质和世界观的形成。使学生掌握实验的基础知识和基本方法，培养他们的实验技能和能力，并在探索实验的过程中，提升学科素养。所以物理实验教学是物理学习的重要基础、重要方法和重要手段。关键词：关键词：实验教学；问题链；策略 中图分类号：中图分类号：G63 1 高中物理实验教学中设置问题链的必要性 物理实验是物理学科的概念及规律理解的基础。高中物理教学，离开了物理实验就犹如空中楼阁，纸上谈兵。所以物理实验在教学中的应用不仅是为了激发学生学习的兴趣，同时也学科学习的必须要求，是高中物理学习的不可分割的重要内容。所以，在教学时通过实验不仅要培养学生的观察思考及动手操作能力，同时也要加深学生对物理知识概念层面的物理量及定理、定律等的理解，其中也包括物理学科思想及方法的认识。研究发现学生自我发展时问题的意识以及问题的能力是其关键的动力，学生有问题意识时便是主动思考的开始，在实验教学结合实验目的，逐步挖掘实验中的原理、思想、操作等，发现问题解决问题，激发学生的探索欲望，所以在高中实验教学中设置问题链，即可以帮助完成实验教学，又可以激发学生思考，防止为了实验而实验的现象，真正从物理学学科的角度进行实验教学，提高学生动手能力，分析解决问题的能力。其中物理实验中的问题链是教师根据学生已有知识能力基础上，创设一系列有中心、有序列但又相对独立的问题，环环相扣层层深入，启发学生思维，形成知识结构。实施问题链教学关键在设置问题，要领在问题成链，引领学生思考，提高学生参与度。基于物理实验的教学设计中应有意识的引导学生观察思考，以设置问题链的方式帮助学生层层深入，建构实验模型、寻找物理规律，并让学生在问题对话、互动研讨的过程中，感受思考的乐趣，体验成就感。2 高中物理实验教学中设置问题链的分析 2.1 利用问题链帮助学生构建实验模型 在实验教学中，问题链的设置相当于触发器，帮助学生明确问题而不是盲目探究，例如在“探究两个互成角度的力的合成规律”实验中，学生在讨论和具体操作中发现很多与最初实验的设想不同的地方，而恰是这些不足的点促使学生不断思考，能力得到提升；比如学生在等效替代时大多会想到提起重物，将物重代替了合力，而不会直接利用教材中的橡皮筋实验；对此教师可以设置问题链引导学生进一步思考，建构其他方案，如拉动橡皮条；建构模型也可以进一步引导学生发现，记录力的方向时很难用两个测力计直接拉重物或者橡皮条，改进实验用绳套便于记录方向。2.2 利用问题链帮助学生理解实验原理 我们知道，物理实验是物理教学的重要基础、重要方法、重要手段，同时也是物理教学活动的重要内容。随着物理教育教学改革的深入发展，物理实验教学将发挥重要作用。要研究实验在教学中的应用，首先要了解实验目的、实验的方法、实验的内容及要求。其次要从实验原理的作为切入口，理解了实验原理，才能把握实验的理论依据和操作关键。同时充分理解实验原理中文科技期刊数据库（全文版）教育科学 137 才可以合理选择实验的装置、器材，创设合理的实验条件，正确地处理实验数据，实验误差的分析并得出实验的结论。所以对物理实验原理的理解，是进行物理实验方案设计的基础，是实验改进的前提条件。所以，对实验原理的理解是学生物理实验学习过程中最重要且基本的环节，也是物理实验教学的重中之重。实验的原理不仅是指实验目的中所提及的物理事实，广义范围对物理实验原理的定义是指对物理实验方法、实验装置及器材、实验的流程、实验结果的分析等等为依据的物理科学观念。需要注意的是原理分析时需要有一定的理想化，即忽略物理问题中的次要的因素，对物理模型做简化及抽象，抓住主要因素把握关键条件，所以分析理解物理实验原理时，必须同时考虑它的科学性及可行性。无论是对于选择物理实验的方案，还是对实验方案的设计，都是要首先考虑物理原理是否正确，物理实验的原理是否确切。从实验仪器的制作、实验器材的选择、实验条件的创设等等方面来看理论上实验是否能成功。若物理实验的原理不能满足科学性和可行性，那么再精彩的实验、再创新的实验方案也是不可取的。由此可见，理解实验原理是实验教学的关键；理解原理首先要知道实验中涉及的物理概念，并建立概念之间的联系，以及概念与实验的联系；而问题链的特点是层层递进，可以通过搭建台阶，由实验目的开始逐步建立概念之间的关联，突破实验难点。例如在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，微观量分子直径转化为宏观量油膜厚度是非常重要的实验思想，在教学中可以有实验目的开始设置问题链如实验的目的估测分子大小；估测分子的哪些物理量可知其大小直径、体积；油酸分子的特点一部分亲水另一部分斥水；实验想通过什么方法油膜法；设想油酸分子在水上形成油膜的样子；油酸膜的宏观量与你待测的微观量间是否存在联系有，油膜的厚度是分子直径；如何可知油膜的厚度测油膜的体积和面积。应用上述问题链可以理解概念，所以一般情况下可以从分析实验标题入手明确实验的目的、内容，确定研究实验的方法和思想，理解实验原理。2.3 利用问题链帮助学生明确实验方法和实验方案 实验是需要有一定的实验方法及实验方案实施的。实验方法和方案往往决定了物理实验的框架。因此，实验的方法和实验的方案是实验教学中非常能体现教师想象力和创造性思维的教学部分。在进行实验方法和实验方案教学时，我们的思维不能被具体的实验所局限，而应该进行抽象思维。在进行实验的方法及方案教学中，要深入理解实验的设计思想和实验方法，以便汲取物理实验设计方案中的独特视角精华，从而发现物理实验方法的关键之处。要注重实验方法，尽可能透过每一个实验方案的原理、装置、器材等方面的具体形式和参数，抓住其本质的属性和典型的特征，也就是说要善于建立恰当的实验模型。要进行实验方法和实验方案的部分教学时，首先要善于分析、归纳实验的设计思想，找出实验中要解决的重点和难点以及其解决的方法。如在测量电源电动势和内阻的实验中，为什么测量路端电压和干路电流，这部分可以通过问题形式让学生思考以了解实验的设计思想。2.4 利用问题链帮助学生选择实验装置和实验器材 要进行实验，只有实验方法和实验方案还远远不够，实验装置和材料是必不可少的。如果我们不理解实验装置的原理，不了解清楚仪器的原理、结构、性能，不了解材料的特性，就不能合理地选择器材，不能很好地使用仪器、充分发挥实验器材的作用，也不能有效地进行实验。通过分析装置的原理、装置的特点合理的选择实验仪器的结构和掌握仪器的工作原理。在分析实验仪器结构时要注意仪器的外形大致分几个部分，以及各部分的器件所用材料及作用和各部分的作用和相互联系，操作部件、工作部件、活动部件和易损部件等；例如高中物理必修一，要求掌握打点计时器的使用，可以通过观察仪器结构设置问题链如：仪器的作用计时，仪器通过什么方式实现计时打点，在类似问题链的引导下，学生可以在对仪器结构有清晰了解的基础上，合理应用，正确操作。通过问题形式，将教学时讲授型内容设计成观察讨论型内容，以问题促进观察分析，以问题促进理解仪器结构及器材工作的原理。实验的器材选择可以直接影响的物理实验的结果。所以，选择物理实验装置和实验所需的器材，主要依据还是物理实验的实验原理和实验目的。选择器材时，应该注意尽可能简单直观，同时根据具体实验的目的要求合理选择仪器的精度。例如在“验证动量守恒定律”中文科技期刊数据库（全文版）教育科学 138 的实验中可以设置问题链实验的题目验证动量守恒定律；涉及的物理量有哪些动量、质量、速度；可选择作为研究的对象运动的小车、滑块、小球；物理量如何测量速度可以利用打点计时器、光电门、频闪照相机质量可以用天平、弹簧测力计等；构建情境，让你选择的研究对象动量守恒水平光滑导轨上小车运动、两个小车或物块碰撞前后。其中频闪照相机在一定程度上提高实验精度。2.5 利用问题链帮助学生规范实验操作 无论是对技巧性较大的实验，还是对于一般的实验，操作在很大的程度上影响着实验结果。在高中物理实验教学中，物理实验的操作对学生要求较高，对操作中的易错点学生往往不理解，所以操作时经常出现错误，实际上这些问题来源于实验教学时，没有让学生知其然。对于相同的实验器材，并不是每一个同学或者教师都能将把实验做到非常熟练的程度。例如在水平的桌面上放置较窄的条纸，用粉笔垂直压在窄纸条上，是否能将窄条抽取出的同时又不移动粉笔，实验成功与否不仅是实验的操作技巧问题，同时更能体现出学生对物理实验原理的理解是否深入。对实验条件和操作步骤不清晰。不能简单地认为实验操作就是把实验装置搭配起来按实验内容做做就行了，应该明确认识到，物理实验的操作是物理实验的真实展现过程。应该在实验时明确操作的步骤，每一步实验操作应有理有据，更要了解相应的作用及目的，以及它所产生的实验结果。应该知道每一步操作是由一个或几个动作组成的。每个动作都有一定的要求、都要到位，都要符合一定的规范，只有这样，才能确保正确地操作。为实现理解操作过程，可以利用问题链形式可以将机械的操作流程，有理有据，生动形象的结合实验的原理设计出来，为达到实验目的，实验应如何操作，步骤的顺序，操作时注意事项，实验结束后，在了解器材结构原理的基础上，就可以知道应如何整理器材；问题链的系统性连贯性可以很好的帮助实验教学中操作过程的理解，同时避免操作错误。3 利用问题链辅助物理实验教学的策略分析 高中物理实验教学中有效问题链在问题设置的角度上要有针对性，针对实验中研究对象设问，针对实验原理设或者实验操作设问，已达到学生探索兴趣深入思考，可以结合相应情景设问；高中物理实验教学中有效问题链在问题设置的深度上要有挑战性，避免判断性问题设置，问题结合实验能够激发学生的探索欲；高中物理实验教学中有效问题链在问题设置的广度上要有开放性，高中物理为完成实验目的，方法可以是多种的，研究对象的选择可以是多样的，只要设计合理应鼓励学生创设新的实验方案，在实验过程中体会多样性；高中物理实验教学中有效问题链在问题设置的厚度上要有生成性，问题的设置在一定程度上并不只是为解决当前实验的教学，同时应具有一定的启发性，体现物理学解决问题的方法、思想，同时教师在设计问题链时，在一定物理学基础上全面思考能使教学层层深入。总之高中物理实验教学中有效问题链在问题设置上要有针对性、挑战性、开放性和启发性；即要在学生原有基础上设问，问题的设定是为促进学生的进一步思考；所设置的问题能步步引导学生进行实验为目的；设置的问题能够促进思考帮助学生以问题解决为导向建构原有思维中散乱的知识点。利用问题链帮助引导学生构建物理实验的方法以便触发实验的后续实施，其具体操作时首先问实验题目以便强化实验目的，以设问的方式促使学生关注所需要解决的问题；同时，问题由简单入手，学生容易被带动进入到下一轮的思考。其次问实验目的中涉及的物理量，有问题开始具化为需测量或研究的物理量，像具体操作又迈出一步。最后问如何确定研究对象以便建构物理量间关系，物理实验研究的是物理量间的关系，由量的研究到关系的思考，促使学生寻找和构建关系，引导学生发现实验建构的过程。问题链根据学生回答及时调整顺序，可设置起始问题、转折问题、递进问题及扩展性问题等。高中物理问题链设置要以实验教学为出发原点，结合实验的原理、方法，设置基础性启发性的问题；物理实验中问题链设计要结合实验的难点、操作的易错点等等，特定方向设计问题，以引导学生发现矛盾点，激发思考；问题链结合实验设置时具有一定的递进性、启发性，即在实验教学时，由物理量出发到物理规律的讨论是螺旋上升的关系，问题链的设置帮助突破知识过渡，引发系列思考。4 利用问题链辅助物理实验教学的不足与展望 根据不同的实验，问题链在设置时应灵活组织，有中文科技期刊数据库（全文版）教育科学 139 策略却不应拘泥于固定模式，利用问题链的针对性、挑战性、开放性和启发性有效的提高高中物理实验教学的效果，通过物理实验的教学，学习物理知识，掌握物理规律，了解物理研究方法，能够解决生活实际中的物理问题，在高中物理实验教学中，问题链的设置可以推动物理实验教学逻辑性、连贯性，同时就像拥有一把金钥匙，促使学生对物理实验进行深度思考学习，培养学生的动手能力、独立思考能力，培养学生问题意识，提升学生的科学素养。参考文献 1钱毓平.高中物理课堂教学问题链的设计原则及其实验初探J.物理教师,2016(10):3.2傅秋平.高中物理基于问题链教学法的实践研究J.中学物理,2015,33(9):2.3杨凤楼.促进高中物理深度学习的问题链策略研究J.物理教师,2021,42(6):4.4吕雨雨,高永伟.面向高中物理课堂的问题链教学策略研究-以牛顿第三定律为例J.物理通报,2021(11):5.5魏琛蕾.高中物理教学生活化实施策略浅谈J.文渊（中学版）,2020(06):184.