初中物理教学论文 发现问题能力及其在物理教学中培养策略.doc

发现问题能力及其在物理教学中培养策略本文主要讨论发现问题能力在中学物理教学中的培养。论述的问题有发现问题的途径与方法；在中学物理教学中培养学生发现问题能力的基本策略。发现问题能力的培养策略是开放的课堂氛围、问题的激发、良好的人际关系和教学与实际的紧密联系。一、发现问题是科学研究的开端传统的观念认为，科学研究是人们针对某一个已有的科学问题，使用各种科学方法与手段使问题得到解决。基于这种观念，一般都认为科学研究的起点是已有的问题。很多事实表明，要从事研究仅能解决已有的问题是不够的，这样的人只能跟在别人的后面帮助人做研究，而不可能进行独创性地研究。发现问题的能力是指从外界众多的信息源中，发现自己所需要的、有价值的问题信息的能力。x射线的发现可以说明这个问题。美国物理学家古德斯比德和英国物理学家克鲁克斯在做阴极射线的实验时，都曾发现过照相底片有异常的感光现象，古德斯比德在1890年2月22日在无意中拍摄下了第一张x射线照片，随后认为是一张废纸后扔进了废纸堆中。这两位科学家由于不能从现象中发现问题，或对物理现象“视而不见”，没有引起足够重视而与伟大的发现无缘。1895年11月8日德国物理学家伦琴观察到放置于阴极射线管附近的涂有亚铂氰化钡的硬纸屏上发出了荧光。这一现象引起伦琴的极大关注，从而进行深入研究后发现了x射线。英国物理学家查德威克（james chadwick，18911974）和法国物理学家约里奥居里（jcarie，19001958）夫妇发现了同样事实，用放射性元素钋（po）所产生的射线轰击铍、锂、硼等元素，发现了前所未见的穿透性很强的辐射，约里奥居里夫妇误认为这是一种能量极高的射线而与伟大发现失之交臂。相反查德威克对这一现象深入研究，从理论上和实验上证实了这是一种新的粒子，即中子。1900年4月27日，开尔文在英国皇家学会以19世纪热和光的动力理论上空的乌云为题所作的长篇演讲中，虽然认为物理学是万里晴空，但又说：“动力学理论断言热和光都是运动的方式，可是现在，这种理论的优美性和明晰性被两朵乌云遮蔽得黯然失色了。第一朵乌云是随着光的波动理论而出现的。菲涅耳和托马斯杨研究过这个理论；它包括这样一个问题：地球如何通过本质上是光以太这样的弹性固体而运动呢？第二朵乌云是麦克斯韦一玻耳兹曼关于能量均分的学说。”后来的历史发展告诉我们：正是这“两朵乌云”导致了现代物理的两个重大理论的建立，即相对论和量子论的建立。因此问题也往往预示着发现。重大问题必定带来现有理论的大突破、大发展。从以上事实可知，物理学研究与创新的起点不是已有的问题，而是从现象和事实中发现的问题。发现问题是科学研究的最重要的一环。一个人一旦向自己提出了某个问题，产生解决它的欲望，形成了“问题意识”，就能够更敏锐地感受和觉察与该问题有关的信息，提高对无关信息的抗干扰能力。问题使人的注意力具有明显的指向性与选择性，对持续进行有目标的思维、探索活动形式具有显著的激励功能。正如海森堡所说的：“提出正确的问题往往等于解决了问题的大半。”李政道则说：“对于科研工作者来说，最重要的是自己会不会提出正确的问题。”考察我国教育与西方发达国家的教育，大多数人认为，重要的一个区别在于我国的教育重在教育学生“如何解决问题”，而忽视了教育学生“如何发现问题”。二、发现问题的基本途径物理学是以观察和实验为基础的科学，而观察与实验是提出问题的基本源泉。从物理学研究的方法来考察，发现问题应有以下几种途径。（一）分析物理事实与已有理论的矛盾物理学理论的发展过程是一个逐渐地从相对真理向绝对真理逼近的过程。每一步发展都是对前人成果的批判与发展。理论的每一个阶段都能对已有事实进行科学解释，同时不断受到新的事实的挑战。当新的事实不能用已有理论解释或解答时，往往预示着理论必然有发展的可能。例如经典物理理论对黑体辐射现象解释上的困难，导致了普朗克（max planck，18581947）的量子论的创立（1900）。散射实验的结果与汤姆生（jaseph john thomson，18561940）模型的冲突，导致卢瑟福（ernest rutherford，18711937）模型的发现。同时卢瑟福模型与新事实的冲突又导致玻尔（niels henrik david bohr，18851962）模型的建立。迈克逊莫雷尔实验的“零结果”动摇了经典物理学的基础，否定了以太的存在，导致了爱因斯坦相对论的建立。因此，当物理事实与理论发生冲突的时候，正是发现问题的好机遇。（二）分析事物之间的联系与区别物理事物之间总是有联系的。分析已有的事物之间的联系可发现问题。在发现质子（1919）以后，卢瑟福预言了中子的存在（1920）。他从原子核的电荷数与质量数的分析得出，原子核中必定存在一种不带电的粒子，即中子。1932年，果然发现了中子。法拉第从奥斯特实验现象分析奥斯特实验的本质是“电生磁”，而法拉第敏锐地意识到可能存在一个逆过程，即“磁生电”。发现这个问题线索后，导致了法拉第的十年研究的成功。牛顿则从苹果从树上掉下来这一司空见惯的现象作为问题起点，通过问题发现到问题解决过程，导致了万有引力定律的发现。物理事实的联系与区别要重视总结与归纳。在归纳与总结的过程中，往往可以发现新的问题。（三）凭借理论或理论间的关系物理理论的发展有两条途径，一是使理论向纵深方向发展，另一个是从几个理论的联系中归纳出新的理论。因此理论本身也是发现问题的基点。例如，伽利略从亚里德斯多德“物体越重，下落越快”的理论出发，利用反证法与假设法得出了亚里斯多德理论无法克服的“重物悖论”，从而推翻了亚里斯多德的理论，为自己的研究找到了问题起点。牛顿利用自己的力学定律，预言了地球是一个椭圆球体，极似一个“橘子”。牛顿设想从地球中心向北极和赤道方向立两根柱子，并假定这两根柱子内充满相同液体，在地球中心处，两液柱的压力相互平衡。而由于地球自转离心力的存在，则赤道方向的柱子要相对长一些才能平衡。从而牛顿求得了地球的扁平率（即赤道直径与轴长之差再除以轴长的数值）为1/230。（四）寻找物理现象的本质与规律日常生活中，物理现象无处不在，无时不有。作为掌握了物理理论的学生，必须留意观察，有意分析。从现象中揭示本质，从现象中探求规律。例如，夏天的马路上为什么看上去是“水汪汪”的？冬天为什么要将自来水管包扎起来？冷空气南下时，为什么常有一次降雨过程？太阳在升起和落山时，为什么偏红色？“流星”是怎么回事？水面上的油膜为什么是彩色的？灯丝为什么常在开灯时烧断？从录音机里听自己的声音为什么觉得不像？光电效应现象中为什么不能一次同时吸收两个或两个以上的光子？汽车刹车后到停止所经过的路径长度与刹车前汽车的行驶速度有什么关系？为什么交警在处理事故时要测量此长度？另外对现代生活中的各种玩具、家用电器和生产设备及常用科学、教育仪器的基本工作原理要有敏感性。一个学了物理的人和不学物理的人的主要区别在于对现象的观察、思考和分析能力，从观察和思考中发现问题的能力。三、学生发现问题的能力的培养策略学生发现问题的能力的培养必须靠教师的有意识的引导。学生有先天的发现问题的能力，但这种能力具有自发性、先天性，且带有一定的盲目性。教师必须因势利导，充分保护和调动学生的积极性，以此为前提培养学生发现问题的能力。（一）营造开放性的课堂教学氛围课堂教学中，学生在教师的指导下必须完成一定的教学任务，达成一定的教学目标。在这一过程中，教师的教学指导思想往往是有重大差异的。一种倾向是重结果而忽视过程，这样的课堂往往是学生只能在教师设定的轨道上完成教师指定的任务，学生的思路只能是一条，只有走的过程而没有探索的“味道”。因而这样的课堂上学生与教师都很少有问题出现，教学任务很快完成，似乎课堂效率极高。其实，这样的课堂模式由于学生没有主动参与探索，学生自然没有多少问题，最后的教学目标达成状态是“知其然而不知其所以然。”学生在此过程中能力没有得到应有的培养。因此我们提倡让学生多提问题，教师对学生也要多提问题。但是教师的提问是为了引发学生的思维，使学生提更多的问题。所以教师的设问必须注意以下几点：1. 问题具有适当的隐蔽性和启迪性。2. 设问的角度、难度要从学生的实际出发，使学生经过思考以后能找到答案。即“跳一跳，摘得到”桃子。3.问题的指向具有发散性而非选择性或唯一性。对学生回答的内容不要简单地判定为“是”与“非”。要将错误解答中答对的成份挖掘出来。要将正确解答的不同方法与途径尽可能多地让学生探索出来。总之，课堂提问和解答的过程是师生互动的过程，必须以学生为主体，充分体现学生探索的过程，从而培养学生发现问题的能力。良好的氛围是师生互相激励的过程。美国学者奥斯本创造的智力激励法（brainstorming）值得我们借鉴。它以“群言堂”为特征，是一种集思广益，相互启发的方法。它通过小型的甚至三、四人的座谈会进行讨论交流，互相启迪、相互激励、相互修正、相互补充，使创造性设想产生共鸣，并发生连锁反应，启示和诱发更多的新见解、新观点直到获得创造性设想。（二）以问题教学法激发学生思维问题教学法是美国实用主义教育家j杜威提出的，他认为思维的自然规律不是形式思维，而是所谓“实验逻辑的反省思维”。它是对问题的反复地、持续地进行探究的过程。在由疑难的或不确定的情境到确定的情境之间有五步思维过程，即杜威著名的“思维五步法”：疑难或问题的发现；确定疑难的所在和性质；提出假设，作为可能的解决方案；演绎假设所适用的事例；假设经试验证实而成为结论。“思维五步法”的课题起点是发现问题，而发现问题的关键在于呈现问题情境，从问题情境中揭示矛盾，从矛盾中寻找问题。（三）创建良好的问题讨论式的人际关系人际关系是指在人际交往基础上形成的人与人之间的相互认识、情绪体验与心理反应，表现为人与人之间的认识上的一致或不一致。情感上的共鸣或隔阂，行为协调或不协调等。学校教育中的人际关系主要表现在学生同伴间关系和师生间关系。一般地认为表现活泼、行动一致、齐心协力的同伴关系有助于创造力的发挥。教师在教学中要充分考虑到这种因素，课堂上或课余时间可组织学生以小组形式（一般为25名为宜）探讨一些答案最好不是唯一的，具有发散性的疑难问题。同学们在这样的讨论中往往表现大胆，敢于发表意见，相互激励，使答案具有创新性。当然，在课堂上教师也要扮演一个与学生一起研究问题的平等的“同路人”，融洽师生关系，教师在讨论中如发生与学生有分歧现象，要以科学的态度诚心地悦纳学生的意见。（四）引导学生从物理与实际问题的联系中发现问题物理学与生活、生产、技术、社会、自然等有着广泛的联系。因此物理学习要与科技发展紧密地联系起来，使物理理论的“枝干”上长上茂盛的“叶片”。如：圆周运动与gps全球定位系统；万有引力与宇宙探测；光的反射、折射与光纤通讯；电磁感应与磁悬浮列车；激光与全息技术；原子理论与核能利用等等。物理学习也要与生活联系，如：闪电、台风、蝙蝠、舞蹈、杂技、体育运动、家庭音响、人体辐射、血压与心脏功率、b超、x光检测、ct检测、温室效应、厄尔尼诺现象等等。这些领域涉及的物理知识丰富多彩，学生可以提出非常多的问题。教师引导他们关注这些问题有助于激发学生学习物理的兴趣，使学生感觉物理是既鲜活又生动。当然，物理作为一门科学学科也要与社会紧密联系。要引导学生用物理的眼光去关注社会发展，关注科学发展对社会的影响。如可让学生讨论：空间计划对我国有什么意义？机器人的出现对社会有多大的影响？核能带来是希望还是危险？自动化