创设问题情境,优化试验教学过程

1、创设问题情境，优化实验教学过程 实验作为物理教学的重要基础、重要内容。重要方法和 重要手段，在教学中具有举足轻重的地位和作用。但是，在 如今的实验教学中，仍存在着一些明显的不足，至使实验的 教学功能得不到充分的发挥，主要表现有： “只注重实验的数量，不注重实验过程的教学质量”； “学生实验只注意动手能力的训练，不重视思维能力的培 养”； “测量、验证性实验较多，探索、设计性实验较少”； “只重视获得实验结论，不重视展示实验过程”； “只注重实验的操作或演示，忽视实验过程的问题设置”； “实验操作内容单层次、单侧面，没有形成结构”； “实验演示过程只重视教师主导作用，不重视发挥学生的主 体作用”

2、； “实验教学过程收敛有余，发散不足”等。 教学调查表明，这样的实验教学使多数学生产生“实验只是 看看有味，做做有趣、实际并没有多大意思（或作用）”的 反应。在教学中我们只是凭着物理实验本身具有的形象鲜明 的特点，自然地激发和满足了学生的知觉好奇，而忽视了思 维由形象向抽象的提升，以及更高层次的思维动机的激发和 强化。例如教学“物体内能的变化、热和功”时有个演示实 验：压缩厚玻璃筒中的空气，使空气内能增加温度升高，从 而使筒内易燃物着火。实验中明亮的火花给学生以鲜明深刻 的印象。然而，实验的研究对象是什么（空气）？为什么要 放入易燃物（显示气温的升高）？实验要说明什么？对这一 系列重要的问题，

3、在火花闪过之后学生常常仍不清晰、不明 确，强烈的视觉感受反而抑制了对重要问题的关注与思考。 但若改变教材上一举成功的做法，而是实验时厚玻璃简内先 不放易燃物，压缩筒内空气。要求学生仔细观察空气的内能 有无增加。学生就会感到困惑：空气内能增加与否怎能看得 见？！此时自然地引出一个实验设计的问题情境：怎样变 “不可见”为“可见”？顺着这样的思路展开过程组织实 验教学，由于实验是学生主动参与设计的，设计目的明确， 实验后学生无论是对实验所揭示的结论还是实验的设计思 想均留下了深刻的认识和理解，甚至终生难忘。可见，重视问题情境的创设和思维动机的激发是优化实验教 学过程的一条有效途径。物理实验教学应以实

4、验为载体展开 过程， 以问题为线索， 力求实验与思维有机结合， 层层递进， 使学生始终处于积极参与的状态之中，这样既优化了实验教 学的过程，展现了物理学自身的勉力，又符合素质教育对物 理教学的要求。一、创设问题情境，展现实验的设计思想 设计思想是为了解决问题而思维的结果，对于课本上大量的 演示实验和学生实验，我们不能采取简单的“拿来主义”， 照方抓药，机械操作，而应该通过创设问题情境，如：“应 该进行怎样的设计？”“为什么要这样做？”“换一种方 法能不能做？”等等，有意识地创造一种探索的氛围，尽量 展现实验的设计过程，使之成为师生共同参与的“亚研究” 过程。以此来渗透物理思想，启迪学生思路。

5、例如“验证动量守恒定律”实验，我先给学生提供实验器 材，让学生体验如何根据实验目的去确定研究对象。接着提 出如下问题，引导学生自己得出结论。问题 1：利用什么器材能使小球获得稳定的速度？ 结论：利用斜槽，并让小球从等高处静止释放。问题 2：设计怎样的碰撞过程可使实验简单又合理？ 结论：一球静止，对心正碰。问题 3：根据提供器材能否直接测量小球碰撞前后的速度？ 利用学过的运动知识，是否可以进行物理量的转化测量？还 应该设计怎样的运动过程？ 结论：等高平抛，将较难测量的速度巧妙转化为较易测量的 位移，等等。问题 4：请同学们自己设计其它实验方案验证动量守恒定律。 结论：两摆球的摆动碰撞；斜面上的小

6、车碰在（利用打点计 时器）；冲击摆装置；气垫导轨。滑块和数字计数器等。 对于物理学中的经典实验，我们也应积极创设问题情境，引 导学生去追溯物理学家思考研究的源头，他们那精巧的设 计，独到的方法、深刻的分析，都是值得我们继承和发扬的 瑰宝。例如伽利略研究物体机械运动的规律，曾无数次进行 斜面实验，为什么选用斜面？（冲淡重力，放大时间） ：卡 文迪许利用扭秤实验，第一次测得了万有引力恒量，它是如 何放大微小引力的作用效果的？实验原理设计中进行了哪 三次转化和三次放大？等等，从中吸取物理思想的营养。二、创设问题情境，拓展实验内容 物理规律的表现形式是多层次、多侧面的，各种物理现象也 是丰满、立体的，

7、但教材为我们提供的实验方案却往往着眼 于单层次、单侧面的实验内容，因而有着较大的局限性或单 调性。为此，我们有必要对原有的实验内容方案进行适当的 拓展和补充，积极创设问题情境，尽量让学生能从多层次、 全方位地去认识物理规律的全貌。例如，教学“变压器”课题时，教材仅利用几个定量实验近 似地得出了理想变压器的电压关系、电流关系或功率关系。 由于实验内容单调，学生对变压器难以留下深刻的印象；为 充分展示变压器的工作原理和工作特性，我们可以在上述实 验基础上，尽量丰富实验内容，变静态实验为动态实验，继 续创设问题情境如下。问题 1：当变压器原副线圈的匝数之比发生变化（变大或变 小）时，副线圈的输出电压

8、将随之怎样变化？演示实验如图1 （a）,将导线绕上铁芯或逐渐拉出，观察灯泡亮度变化而得出结论。问题 2：若铁芯没有闭合，原副线圈有无发生电磁感应？那 么闭合铁芯起何作用？演示实验如图1 （b）,将铁芯逐渐闭合，观察灯泡亮度变化而得出结论。问题 3：当变压器的负载（或负载电阻）发生变化时，原副 线圈中的电流，输入、输出功率将会如何改变？演示实验如图1（ C），将电键逐个闭合，使灯泡依次都接入 电路，观察电流表示数的变化，分析得出实验结论。 教学实践表明，只有建立在如此丰厚的实验基础上的物理概 念、规律或模型，才能使学生建构起良好的认识结构。三、创设问题情境，优化实验的演示过程 传统的演示实验教学

9、常只让学生看看表演，先是“教师做、 学生看”，后是“教师讲，学生听”，而忽视了学生主体的 思维动机的激发，这样实验得出的物理规律教师认为是“显 然”，可是对于学生来说，有时候却是“漠然”。因此，有 的演示实验之所以未能起到很好的作用，往往不是演示实验 本身失败了，而是教师不能为演示过程创设良好的问题情境 所造成。教学“变压器”课题时，我们常通过实验演示来说明直流电 不能利用变压器改变电压，一位老师在实验前事先作了结论 性的说明：“直流电不能用变压器变压，仅管原线圈通电， 但副线圈的输出是零，现在老师用如图 2 电路来验证。”当 闭合原线圈电路时，副线圈电压表有明显摆动，尔后再缓慢 回归零点。这

10、一现象与事先的说明存在反差而导致“干扰虽 小却影响很深”，虽然他对通电T持续T断开过程再作一番 分析解释，但仍留下一种缺憾。若先提出问题：“直流电可 以通过变压器改变电压吗？如果将如图 2 电路中电镀闭合， 电压表的示数增况怎样？请大家观察实验”。当出现同样的 现象时，就可从容地用电磁感应知识作出解释，得出“恒定 电流不能通过变压器变压”的结论，较好地达到了实验的目 的。实验中创设的问题情境，应尽量做到“以疑激思”、“以疑 诱思”，不断为实验创设悬念、正疑，激发主体思维最大限 度地参与实验的演示过程中，基于这一思想，上述演示实验 还可以创设如下的情境组织教学。情境1:如图2所示，原副线自匝数分

11、别为 n1 = 800匝，n2 =160匝，蓄电池的输出电压为 12V,则伏特表的示数多大？ 学生通过计算所得结果皆为 24V。情境 2:现已完全按照图 2 接好电路，请大家仔细观出实验 结果。演示时先将电压表用“头盖”这起来，先合上S,并实问学生“你们猜猜，它到底几伏？”当揭去“头盖”时， 电压表指针稳科地指在本位置上，给了学生一个出乎意料的 结果。许多学生马上晃然大悟，对实验结果作出了正确的解 释。情境 3：接着将 S 打开时，指针却发生了们转，为什么会出 现这一现象？再次激起了学生的思考，学生思维高度集中， 讨论后皆能作出正确解答。情境4:然后再把通电t持续t断开完整地展示一次，观察 到

12、伏特表指针出现右偏不偏左偏的现象，让学生清晰理 解这一过程并得出结论。整个演示过程跌宕有致而又极为流畅，充分唤起了学生的思 维，大大提高了实验演示的档次和品味，演示实验的教学功 能得到了充分的发挥。四、创设问题的情境，加大实验的分析力度 物理实验的演示不但要演示操作、演示观察，更要演示对实 验现象的分析。许多教师急于开始和完成操作，急于用实验 现象、物理事实建立概念与归纳规律，而忽视了对实验现象 和观察结论的分析，没有充分拓展实验现象的本质属性和现 象之间的因果关系，导致物理规律得出较为生硬，牵强而不 自然，实验教学效果不理想。因此，演示实验完毕后，我们要以实验现象为依据，创设问 题情境，启发

13、学生运用逻辑推理及归纳法对现象进行分析、 综合、抽象和概括，透过物理现象寻找物理本质，帮助学生 形成正确的物理概念或发现物理规律。例如在“楞次定律” 实验演示后，我们把四种操作过程中感应电流的磁场B的方向与原磁场B的方向及原磁场磁通量 书的变化三者关系记录如图 3。对上述的实验现象和结论，我们应通过精心设计问题，尽可 能为学生创设一种探索、研究的情境，引导他们主动去分析 现象，发现规律。问题 1：比较第二、第四行的记录内容，可以看出，感应电流的磁场B的方向并非仅由原磁场 B的方向决定，它还与什么因素有关？（磁通量 书的变化） 同理，比较第三、第四行的记录，可以看出，感应电流的磁场B的方向也并不

14、仅由磁通量的变化决定，它还与什么因 素有关？（原磁场 B 的方向） 可见感应电流的方向（或感应电流的磁场方向）是一个多因 素决定的问题，比较复杂，但我们坚信，这种复杂现象的背 后，一定存在着一个简单的关系，为了寻求这一关系，我们 试将B与B的方向并在一起填人表中第五行，换一个角度 进行比较分析。问题2:对比第三行和第五行：在两种情形下，表现出的现象有哪些共同性？（书都增加，B与B的方向都相反）， 据此我们可以得出怎样的结论？（当 书增加时，B与B的 方向相反）。同样，在两种情形中，表现出的现象又有 哪些共同性？可以得出怎样的结论？ 从以上分析我们概括出了两条简单的结论，但还没有深刻揭 示出结果

15、（B与B方向的关系）与原因（ 的变化）的关 系。为此，还须继续寻找两条结论的共同性，并作进一步的 概括。问题3:当增加时，B与B的方向相反，B对 的增 加起什么作用？（阻碍）当减少时，B与B的方向相同， B对的减少起什么作用？（阻碍） 至此可以作怎样的概括？（感应电流的磁场总是要阻碍原磁 场磁通量的变化） 这样就自然地引导学生发现了电磁感应中的一条重要规律 楞次定律。五、创设问题情境，扩大实验成果实验完成之后，不但要引导学生对实验进行分析、总结，并 且要对实验进行恰当的延伸，尽可能扩展实验的成果，通过 创设问题情境来借题发挥，“一题多解”、“一题多变”、 “一物多联”等，从不同角度，用不同方法

16、进行变式实验， 这对深化理解物理知识，克服思维定势，促进知识的迁移和 运用都十分有益。例如，教学“电场中的导体”课题时，教材中用法拉第圆筒 实验来验证“处于静电平衡状态下的带电导体，净电荷只分 布在导体的外表面，导体内部没有净电荷”。分别通过（如 图 4）甲、乙所示的两次操作，有力地证明了上述结论的正 确性。演示到此我们并不作罢，而是继续创设问题情境，进 行变式实验。问题1:如图5所示的两个验电器 A与B的顶端各安装了一 个金属圆筒，验电器 B带有电荷。现若用带有绝缘柄的金属 小球e把B上的电荷尽量多的搬移至 A，应把e分别与B及 A的外壁接触还是内壁接触？为什么？重复多次后A的箱片张角能否比B的箔片张角大？问题2:在如图4实验中，如果我们不用 e，而是用绝缘的 导线将A的金属球与C的外部连接，这时 A B的箔片张角 将如何变化？为什么？若导线连接的是 C的内部，情况又怎 样？问题3:如图5实验中，如果我们也不用 e，而用绝缘的导 线连接A和B,则应如何连接才能使 A带上较多的电荷？为 什么？ 这些新的问题激发了学生新的热情和思维，这时我并没有急 于实验，而是让学生展开讨论，对问题进行分析解释，