谈物理新情境问题教学的应用

摘要 ： 针对学生创造力开发创设问题情境是新情境问题在教学中的应用。本文结合新情境问题，例举了几种有代表性的物理问题类型，指出了加强理论联系实际教学的方法和途径，提出了强化方法教育和提高建模能力的措施，体现新情境问题教学对培养学生能力，提高教学效果的作用。

关键词 ： 新情境问题 物理教学 方法和途径 主动探索

新情境问题主要以自然现象、生产、生活实际、现代科技为素材进行设置，使物理学科新情景的创设比较新颖，能真实、全面地模拟和再现了生产生活的实际场景，科学研究的过程，科学上的重大发现，高科技成果等情景。加强新情境问题的教学，使新情景与问题提出等有机结合，学生在新情景下应用所学知识分析和解决问题的能力，将理论知识与实践相结合，引导学生学会关注和思考，有助于素质教育的实施，有助于培养和提高学生的创新意识和创新能力。
从生活走向物理，从物理走向社会，是物理新课程的基本理念，本文对中学物理学科的新情境问题的教学，作一初步的探讨。
一、“新情境问题”教学过程的设计
布鲁纳认为：学习者在一定的问题情境中，对学习材料的亲身体验和发展过程，才是学习者最有价值的东西。如何把物理问题生活化，让物理知识回到现实生活中，将其产生和发展过程返璞归真，给学生创设物理现象情境，让学生通过对情境的观察、思考，发现归纳出蕴含于情境中的物理知识就显得尤为重要。
1、构建物理现场情境，激发学习“内驱力”
“新情境问题”教学模式要求学生去体验情境，通过观察、实验和思索，触发学生的探索意向，形成自觉的发现问题和提出问题的习惯。教师可从学生已有的认知结构和思维水平出发，围绕一定问题，根据教材提供的材料，通过观察实验，诱导学生主动探索。激发学生学习的内驱力，使学生亲自成为“发现者”，引起学生强烈的求知欲望。
如在“动量和冲量”一课教学中，我先精心设计一个小实验：取几颗橡胶弹丸，分发给学生看。将一颗弹丸装入玩具手枪，一手持枪，一手持纸靶，沿平行于黑板的方向击发，弹丸穿透纸靶。接着，佯装再次装弹（不让学生知道是空膛），声明数到“三”时，开枪。然后对某一区域的同学，缓缓地数出“一……二……三”，不等枪响（其实并不击发），手枪所指的区域的同学已作出或抵挡或防御的反应。
问题与讨论：
（1）你们躲避什么？为什么要躲避？——子弹，会被弹丸中伤。
（2）刚才传看子弹时，为什么不躲闪？——子弹没有速度，不会被弹丸中伤。
（3）空气中的气体的分子具有很大的速度（可达105m/s），它们无时不在的撞击着我们最珍贵也是最薄弱的部位——眼睛，为什么我们毫不在乎？——气体分子质量很小。
（4）手枪所指区域以外的同学，为什么没有做出防御反应？——子弹不是射向他们的。
讨论与小结（可由学生自主完成）：运动的物体能够产生一定的机械效果（如弹丸穿透纸靶），这个效果的强弱取决于物体的质量和速度两个因素，且这个效果只能发生在物体运动方向上。
本实验让学生先产生兴趣，造成悬念，继而思索，使学生始终处于一种兴奋状态。兴奋之余，研究课题“动量”已自然形成。而且，对动量的大小的取决因素和方向性都有了正确的指引作用。
2、设置探索验证情境，激活科学思维
美国华盛顿大学内的一条幅上写道：“听来的，忘得快；看到的，记得牢；只有动手做，才理解得深”。接受性学习是要学生将学习内容以定论的形式接受下来，然后内化成自身的素质，然而在内化过程由于缺少自身的经验体系，故在形成自身的科学解决问题的能力时，可能会造成联系障碍，从而影响问题的解决。而探究性学习过程中学生是通过“做科学”来“学科学”，需要学生从情景中认识问题，提出假设，收集资料，实验验证，处理信息，解决问题，这些都得内化成学生的自身经验体系，因此探索验证是探究性学习模式中的核心环节。
此外，探索验证过程创设类似科学家的研究情境，以观察实验为基础，以假设为基本方法，以质疑验证为基本手段，建立新旧知识的联系网络，直至问题的最后解决，其中既有形象思维、动作思维，又有抽象思维；既有聚合式思维，又有发散式思维，可以让学生在学到物理基础和基本技能的同时，受到科学思维和科学方法的训练，受到科学作风的熏陶，有利于全面提高学生的科学素养能力。
在“超重和失重”的课堂教学中，学生或查阅资料，或收集信息，或实验验证，如在磅秤上测量体重时以直立姿势下蹲和以下蹲姿势直立磅秤示数的变化；用易拉罐自由落下来演示液体压强消失现象；提出了在太空轨道上研制“长距离的光导纤维”，“绝对球形”的滚珠和科学设想；进而还提出了宇航员在宇航飞行中应采取何种姿态……这些不仅极大的丰富了学生视野，提高了学生的观察力和实践力，而且也培养了学生正确对待客观事物的严谨科学态度。
3、创设设问情境，激发创新意识
教育所传递的内容应该有这样三个层次：第一，应该让教育者知道世界是什么样的，成为一个有知识的人，一个客观的人；第二，应该让受教育者知道世界为什么是这样的，成为一个会思考的人，一个有理性的人；第三，应该让受教育者知道怎样才能使世界更美好，成为一个善于提问、勇于探索和创新的人。而目前的物理课堂教学对学生实践能力的培养，还局限于对学生实验能力的培养，还不够重视培养学生创新意识和实践能力。因此，在探究性学习中问题解决之后，教师应积极引导学生将所学的知识应用于实际问题，特别是解决与社会相联系实际问题和与现代科技发展相联系的问题。
在创设新情境问题过程中，要自觉做到理论联系实际，联系科技与社会，体现现代物理的新内容、新方法、新思想、新观念，可涉及当代科学技术的新成就，在不削弱物理基础知识的学习，不破坏物理教学内容的系统性情况下，敢于突破物理学的框架体系，综合其他学科的内容，用联系的观点将学习内容综合化、实践化、社会化和现代化。
把最新科技问题转化为自然问题，在素材的选择上要注意：一要紧跟时代步伐，及时反映最新科技成果。二是不要贪大求全。三要有利于开拓视野，启迪思维。
如在某一物理知识的教学结束时，提出一个或几个与以后学习有关的悬念埋下伏笔，让学生带着如何解决这些问题的强烈愿望结束对某一知识的学习，往往会取得“言虽尽，而意无穷”的教学效果。从而活跃学生的思维，激发他们进一步探究学习兴趣。
在学完“热力学第一定律——能量守恒”以后，创设设问情景，让学生思考三个问题：
（1）大家都知道热空气上升，冷空气下降，因此高山顶上气温似乎比地面气温高，但实际情况并非如此，如何解释？
（2）飞机在万米高空飞行时，舱外气温往往在-50℃以下，舱内由于空调的作用仍温暖如春，但此时空调的作用不是使空气降温，而是使空气升温，如何解释？
（3）有人说，煤和石油的能量也是来自于太阳，那么太阳能通过什么途径变成了煤和石油中的化学能？
在讲电磁感应现象结束时，可提出这样问题，在产生感应电流的条件的实验中，磁铁相对线圈运动得快些与慢些，感应电流的大小如何？感应电流的大小跟什么因素有关？学生对上述问题通过发散思维想象会做出种种设想和推测，激发学生创新思维。以期达到“课虽终，而趣不尽，思未止”，来扩展学生的学习领域，培养学生的创新意识和创新能力。
二、创设物理模型新情境，提高建模能力
物理情境来源于实际问题；以生产、生活及新的科技成果、新的科学研究课题作为素材背景，在物理教学中就要注重模型思维的方法，培养学生的分析理解能力，提取信息并结合所学知识创造物理模型。抓住本质建立起合理的物理模型，很多新情景、新问题就会成为熟悉的物理问题迎刃而解。
由于新情境问题的综合性、复杂性和多样性特征，题中涉及的因素较多且相互交织在一起，问题的本质往往被表面现象所掩盖，给解题造成了一定的障碍。从学生在解决新情境问题时的表现来看，较为突出的问题是：容易受表象因素干扰，不善于抽象出问题的本质特征，导致建立模型困难。这反映出理论联系实际的教学确实是我们教学中的一个薄弱环节。
怎样从错综复杂的实际问题中抽象出物理模型呢？这就需要对所给的信息进行提炼和加工，突出主要因素，忽略次要因素。通过思维加工，采用恰当的方法，找到新问题与熟悉的物理模型之间的联系，使新信息与原有知识之间的联系通道保持畅通无阻，就可以使新问题顺利地实现模型化，构建起符合新情境的物理模型。如以带电粒子在复合场中的运动为素材背景，把目前世界上正在研制一种新型发电方式，即磁流体发电机的最新原理构建现代科技新情景，使学生从现代科技新情景中及时有效进行信息获取和迁移，提高建构物理模型、学以致用的能力。磁流体发电机涉及知识点较多：二力平衡、电场力、洛仑磁力、匀强电场的场强公式、闭合电路的欧姆定律、闭合电路的路端电压等。要求学生较强知识的综合应用能力，能将通电气体在横向磁场中的流动等效为导体切割磁感线，从而产生感应电动势，同时对磁流体发电所涉及的物理问题进行准确的分析，把导体切割磁感线，回路中的电流、电离气体受力平衡、能量转化与守恒等联系起来，从不同角度进行综合分析，在实际问题的解决中，构建物理现象的场景，建立模型，应用理论规律，拓宽视野。
三、几点启示与思考
（1）让新教育理念支配教学行为
新的课改理念，要求学生从“学会”转变为“会学”，筛选，获取和转换信息的能力是现代社会所必须的。因此，教师必须依据学生年龄特点和认知特点，设计探索性和开放性的新情景，给学生提供自主探索的机会，让学生在观察、实验、猜测、归纳分析和整理的过程中去理解一个问题是怎样提出来的，一个概念是如何形成的，一个结论是怎样猜测和探索到的，以及这个结论是如何被应用的。通过这样的形式，使学生真正体验知识的建构过程。
（2）问题情景的设置应有层次，应有渐进性、灵活性、针对性
由于学生的原有知识结构对问题解决起着至关重要的作用，因此，在问题情景设置时应根据学生学习心理和所具有的知识结构，将要解决的问题设计成一系列渐进的问题系列，为学生提供必要的“支架”，但同时也应注意，所提供的问题情景应当不是给学生以明显解决问题的建议，同时也要避免所提出的问题会使学生感到他们在进行一项毫无希望的活动。
（3）树立学生学习自信心，开发非智力因素
“问题情境”教学要求每一位学生主动去感知、去接受、去探求知识，这就需要每个学生都具有学习自信心。教师如何让每一位学生树立学习自信心呢？首先，教师应注重个体差异，尊重他们、鼓励他们，学困生被尊重的欲望要比其它学生强烈得多，若教师尊重他们、信任他们，他们会迸发极高的学习热情，因此，哪怕他们只有小小的进步，教师都要充分肯定和鼓励他们，同时应不失时机地指出努力方向。其次，教师应关注学生学习的个性化特征。不同的学生有不同的思维方式，不同的兴趣爱好以及不同的发展潜能。教师应关注学生的这些个性差异，允许学生思维方式的多样化和思维水平的不同层次。教师应尊重学生的想法，不急于评价各种做法，要引导学生比较各种做法的特点，选择适合自己的做法。鼓励解决问题策略的多样性，并让学生明确表达想法，强化合理判断与理性沟通的能力，在师生、生生互动中建构物理知识。
总之，在教学中教师应尽可能创设新颖的新情境，发挥教师的主导作用，让学生主动参与，在新情境中积极探索、主动获取知识，强化物理学习技能，促进师生之间的情感交流，提高教学效果。