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[摘要]在教学中突出科学探究,培养学生的科学探究能力、科学态度和科学精神是国际科学教育改革的发展趋势,也是我国培养高素质人才的必然要求。然而,问题是教学活动的中心,没有问题的存在,探究就无法进行。文章从问题设计的意义、问题设计的原则、问题设计的方法三个方面对大学物理教学中的问题设计进行了探讨。
[关键词]大学物理教学 问题意识 问题设计
[作者简介]樊雅平(1965- ),女,广西忻城人,柳州师范高等专科学校,副教授,主要从事大学物理的教学与研究工作;黄生学(1957- ),男,广西忻城人,柳州师范高等专科学校,副教授,主要从事物理教学论的教学与研究工作。(广西 柳州 545004)
[课题项目]本文系广西高等教育教学改革工程“十一五”立项研究课题“基于新课改要求的高师生职业能力立体化培养模式的研究与实践”的研究成果之一。(课题编号:2009B098)
[中图分类号]G652[文献标识码]A[文章编号]1004-3985(2010)12-0156-02
一、大学物理教学问题设计的意义
目前,建构主义作为一种新的认知理论已经成为国际科学教育改革的主流理论,建构主义强调学习的自主性、社会性、情境性,由此生发出探究学习和合作学习等现代学习方式。建构式的科学教育更加强调的是探究问题,而不是了解问题的答案;是批判性思维,而不仅是记忆;是在情境中理解,而不是获得些许信息;是促进学生合作学习、互动和分享思想信息,而不是无益的竞争①。所以说在教学中突出科学探究,培养学生的科学探究能力、科学态度与科学精神是国际科学教育改革的发展趋势,也是我国培养高素质人才的必然要求。然而,问题是教学活动的中心,没有问题的存在,探究就无法进行。现代教学论研究指出,尽管学生学习是需要感知的,但从本质上讲,感知不是学习产生的根本原因,产生学习的根本原因是问题②。但是,我们发现在大学物理的课堂教学中,由于课时减少,教学任务繁重以及固化了的传统教学定式等方方面面的原因,物理教学中的问题设计却常常被忽视。我们认为,教学中没有精心设计的问题,也许就是不可探究的问题,或是层次低下的问题。若长此以往,学生的问题意识就将渐渐缺失,在学习过程中他们就不会主动质疑、积极探究,就没有认识的冲动性和思维的活跃性,就没有求异思维和创造性思维。而没有创造性思维,要培养学生的创新精神和创新能力将是一句空话。因此,在大学物理教学中对问题进行精心设计显得尤为重要。而对教学中的问题设计进行研究,既是大学物理课堂教学改革的需要,更是提高大学物理教学质量和培养创新型人才的需要,因而它是我们近年来着力研究的一个重要课题。
二、大学物理教学问题设计的原则
大学物理教学问题设计的原则有:(1)目的性原则。大学物理教学的问题设计,其目的就是为了创设物理环境,激发学生的问题意识和探究意识,以便更好地为教学服务,为培养学生的创新精神和创新能力服务。(2)主体性原则。学生是学习的主体,没有学生就没有什么教学活动。现代教育思想指导下的物理课堂教学,应是以学生发展为本,以思维训练为核心,通过学生自主探究、合作研讨、主动创新,获得知识和技能。因此,大学物理教学的问题设计应根据不同学生的知识基础和能力水平,因材施问,因人设问,面向全体学生,突出以学生为主体这一原则。(3)活动性原则:活动是教学发生的基础,参与是个体投身认识与实践活动的过程和基本形式③。让学生参与课堂教学活动是现代教学的基本理念,是课程实施的核心。而积极参与是学生自主学习的前提,有效参与是学生自主学习的保证。所以大学物理教学的问题设计应充分考虑到能让全体学生动起来,积极参与和有效参与课堂教学。(4)科学性原则。首先,要求设计的问题从情景素材到具体内容都是真实可信的,不违背科学常理;其次,设计的问题应融入科学方法的要素,注重体现科学思想和科学价值观,使大学生在学习过程中学到理想化方法、模型法、假说法、等效法、科学探究法等科学方法。(5)启发性原则。启发思考是物理教学的一个原则,是我国几千年传承下来的最为有效的教学方法。启发的核心就是启发思维。因此,大学物理课堂问题设计,从内容到形式都应具有启发性。(6)开放性原则。即所设计大的问题应是条件开放、问题开放、策略开放、结论开放,让开放性的问题激活学生的创新思维,激发学生的创新意识。
三、大学物理教学问题设计的方法
1.从激发学生的探究欲望方面进行问题设计。我们认为,激发大学生的探究欲望,培养学生的创新能力是大学物理教学的重心所在。只有突出了科学探究,才是抓住了大学物理教学的本质特征。因为物理学不是已经完成和固化了的知识体系,而是人类对自然界的永无止境的探究过程,随着探究的不断深化,物理学的知识体系也在不断发展和变化。所以,学生的认识也需要在探究过程中不断发展和改变。此外,物理学的发展历程是科学家群体追求事物的本质特征及统一规律的探究历程,可以说没有探究就没有物理学的发展。所以说,物理学的本质之一是探究,大学物理教学就应抓住这一本质,突出科学探究。而要突出科学探究,就必须让学生有探究的欲望,所以物理教学问题设计就应从激发学生的探究欲望这一方面来进行。但是,我们在教学中发现,进入大学后许多学生的探究欲望却在渐渐消失,原因是:(1)在高中阶段,接二连三的大考、小考使得学生疲惫不堪,考上大学后多数学生普遍存在“休整”心态。(2)大学物理教材和中学物理教材的编写体系和书写风格不同④。中学物理教材一般由演示实验、生产实际、生活经验等引入相关知识,配有较多的插图,比较形象生动,容易激起学生的探究欲望;大学物理教材很少从演示实验、生产实际、生活经验等引入相关知识,它注重理论上的分析、推理、论证,插图较少,比较抽象,因而激不起学生的探究欲望。(3)大学物理教学内容多,课时少,信息量大,所以在教学中多数教师都以物理思想、物理方法和知识整体结构的讲解为主,无暇设计物理问题激发学生的探究意识;或虽有问题意识,但缺乏精心设计,因而激不起学生的探究欲望。因此,我们认为大学物理教学若只重视知识传授,忽略方法教育,或重视了方法教育,但忽视问题的精心设计,则是本末倒置。没有从激发学生的探究欲望方面进行问题设计,是新课改背景下大学课堂教学依然“涛声依旧”,难以走出学生厌学困境之根本原因。
2.从激发学生的认知冲突层面进行问题设计。建构主义认为,学习不是简单的信息积累,更重要的是新旧知识和经验的相互作用以及由此引发的认知结构的重组,而这种重组只有在认知冲突中才能完成。所以说认知冲突在认识发展中起着非常重要的作用。如果教师在教学中设计的问题能使学生产生认知冲突,激发其好奇心,由此产生矛盾、疑惑、惊讶,就会促使他们提出问题,想方设法解决问题。在课堂教学中教师可通过设计以下情形的问题使学生产生认知冲突:一是学生试图用旧知识解决新事物,当理论与事实不一致时。如在“电流密度、欧姆定律的微分形式”一节的教学中,设计“当你在高压线落地附近时,为何跨步就会有危险?”这样的问题。“跨步电压”知识学生并不陌生,初中物理的“安全用电”一节就已涉及,但限于数学知识、物理知识的不足,初中阶段只能定性地说明或演示,学生只知其然,而不知其所以然。在大学提出这一问题,学生想知其所以然,认知冲突便会自然产生。二是当学生处于用已有知识不能解决新问题但又迫切希望解决新问题的疑惑状态时。如在进行大学物理“薄膜干涉”一节的教学时,教师可这样设计:运用多媒体展示等厚干涉的实验装置和光路图,并通过计算机模拟演示等厚干涉的干涉图样,采用反复演示或放大局部特征等方法让学生观察“随着劈尖楔角的变化和入射光波长及媒体折射率的变化,导致了干涉条纹间距的变化”这一现象,在学生百思不得其解时,提出以下问题:等厚干涉的规律是什么?条纹间距变化的规律是什么?条纹移动的规律是什么?⑤如此创设认知冲突情境,然后根据情境设计问题,学生的学习兴趣和探究兴趣将会大大增强,大学物理课堂定能一扫枯燥乏味之局面,绽放活力四射之光芒。
3.从帮助学生构建和运用物理模型方面进行问题设计。综观大学物理教材,不难看出,物理模型在物理学中的地位十分重要,它是对物理研究对象和运动过程的抽象,是一切物理理论和规律建立的基础。可以说,每一条物理规律都与一定的物理模型相联系,大学物理教材的每一章都有相应的物理模型,如量子力学中的“无限深势阱”模型,经典力学中的“质点”模型,原子物理学中的“氢原子”模型,等等。而物理模型的建立必须通过分析、总结、归纳观察到的大量物理现象,从中抽象出本质性的东西。所以说,建立物理模型的过程也就是观察能力、判断能力、抽象思维能力以及解决实际问题能力都得到有效提升的过程。假如,我们在教学中对相关物理模型问题进行精心设计,使之再现物理学发展过程中的科学研究方法,让学生不断受到熏陶,研究物理的科学方法就将植根于学生的脑海中,对学生科学探究能力的发展将产生重大影响。如讲到两个带电体之间的相互作用时,设计这样的问题:“在计算两个物体之间的万有引力时,当物体的线度远小于它们之间的距离,以至于它们的大小和形状对作用力的影响可忽略不计时,我们舍去了哪些次要因素建立了质点模型?那么,在研究两个带电体之间的相互作用时,在带电体的电荷量、带电体间的距离、带电体的大小和形状等因素中,我们应该舍去哪些次要因素,使问题得到简化?在什么情况下,我们可把带电体看成是一个点电荷这样的一个理想化模型?”这样设计,不仅让学生复习了旧知识,又让他们在问题的解决过程中自然而然地学到了构建物理模型的科学方法。
4.从激活教材关注前沿方面进行问题设计。我们认为,教学过程应是一个“把凝固的文化激活”的过程。事实上,物理学知识不是枯燥乏味的,而是生动有趣的、与我们生活息息相关的。但是,调查发现,因不重视问题设计,有的大学课堂未能很好地把凝固的物理知识激活,导致课堂沉闷,缺乏活力。实践证明,激活教材是教学成功的关键。而从千姿百态的物理现象中设计问题,是一个十分奏效的激活课堂活力的教学方法。如在讲述液体的表面性质时,通过反复演示,提出“为什么毛笔入水毛散开,出水面又聚合?”这样的问题,学生探究的活力顿时就被激发出来。此外,通过设问形式适当渗透物理学的前沿知识,既使大学物理教学与时俱进,又能激发学生的探究热情。如在讲述电荷和物质结构时,指出:由静电现象的观察以及随后的深入研究,导致了物质电结构模型的建立,用这个模型基本上能解释各种静电现象。但这个模型不是物质结构的终极模型,模型本身也不是完美无缺的。接着设问“电子的物质结构如何?它带负电荷,同种电荷之间的排斥力为什么不会使它离散呢?质子所带的电荷为什么恰好与电子所带的电荷相等呢?”然后话锋一转,指出:至今这些问题都尚未得到解决,有待同学们去探索,去研究,去发现。如此设问,给学生留下了探究的空间,课堂教学即被激活。
[注释]
①廖伯琴,张大昌.全日制义务教育物理课程标准解读[M].武汉:湖北教育出版社,2002:19.
②崔秀梅.初中物理新课程教学法[M].北京:首都师范大学出版社,2004:38.
③关文信,毕凤祥,韩艳华.新课程理念与初中物理课堂教学实施[M].北京:首都师范大学出版社,2003:76.
④赵水标,李建明,王烈衍,等.大学物理和中学物理教学的衔接[J].宁波大学学报,2004(6):91.
⑤衡耀付.大学物理教学开展探究式教学的探讨[J].教育探索,2008(3):52.
[关键词]大学物理教学 问题意识 问题设计
[作者简介]樊雅平(1965- ),女,广西忻城人,柳州师范高等专科学校,副教授,主要从事大学物理的教学与研究工作;黄生学(1957- ),男,广西忻城人,柳州师范高等专科学校,副教授,主要从事物理教学论的教学与研究工作。(广西 柳州 545004)
[课题项目]本文系广西高等教育教学改革工程“十一五”立项研究课题“基于新课改要求的高师生职业能力立体化培养模式的研究与实践”的研究成果之一。(课题编号:2009B098)
[中图分类号]G652[文献标识码]A[文章编号]1004-3985(2010)12-0156-02
一、大学物理教学问题设计的意义
目前,建构主义作为一种新的认知理论已经成为国际科学教育改革的主流理论,建构主义强调学习的自主性、社会性、情境性,由此生发出探究学习和合作学习等现代学习方式。建构式的科学教育更加强调的是探究问题,而不是了解问题的答案;是批判性思维,而不仅是记忆;是在情境中理解,而不是获得些许信息;是促进学生合作学习、互动和分享思想信息,而不是无益的竞争①。所以说在教学中突出科学探究,培养学生的科学探究能力、科学态度与科学精神是国际科学教育改革的发展趋势,也是我国培养高素质人才的必然要求。然而,问题是教学活动的中心,没有问题的存在,探究就无法进行。现代教学论研究指出,尽管学生学习是需要感知的,但从本质上讲,感知不是学习产生的根本原因,产生学习的根本原因是问题②。但是,我们发现在大学物理的课堂教学中,由于课时减少,教学任务繁重以及固化了的传统教学定式等方方面面的原因,物理教学中的问题设计却常常被忽视。我们认为,教学中没有精心设计的问题,也许就是不可探究的问题,或是层次低下的问题。若长此以往,学生的问题意识就将渐渐缺失,在学习过程中他们就不会主动质疑、积极探究,就没有认识的冲动性和思维的活跃性,就没有求异思维和创造性思维。而没有创造性思维,要培养学生的创新精神和创新能力将是一句空话。因此,在大学物理教学中对问题进行精心设计显得尤为重要。而对教学中的问题设计进行研究,既是大学物理课堂教学改革的需要,更是提高大学物理教学质量和培养创新型人才的需要,因而它是我们近年来着力研究的一个重要课题。
二、大学物理教学问题设计的原则
大学物理教学问题设计的原则有:(1)目的性原则。大学物理教学的问题设计,其目的就是为了创设物理环境,激发学生的问题意识和探究意识,以便更好地为教学服务,为培养学生的创新精神和创新能力服务。(2)主体性原则。学生是学习的主体,没有学生就没有什么教学活动。现代教育思想指导下的物理课堂教学,应是以学生发展为本,以思维训练为核心,通过学生自主探究、合作研讨、主动创新,获得知识和技能。因此,大学物理教学的问题设计应根据不同学生的知识基础和能力水平,因材施问,因人设问,面向全体学生,突出以学生为主体这一原则。(3)活动性原则:活动是教学发生的基础,参与是个体投身认识与实践活动的过程和基本形式③。让学生参与课堂教学活动是现代教学的基本理念,是课程实施的核心。而积极参与是学生自主学习的前提,有效参与是学生自主学习的保证。所以大学物理教学的问题设计应充分考虑到能让全体学生动起来,积极参与和有效参与课堂教学。(4)科学性原则。首先,要求设计的问题从情景素材到具体内容都是真实可信的,不违背科学常理;其次,设计的问题应融入科学方法的要素,注重体现科学思想和科学价值观,使大学生在学习过程中学到理想化方法、模型法、假说法、等效法、科学探究法等科学方法。(5)启发性原则。启发思考是物理教学的一个原则,是我国几千年传承下来的最为有效的教学方法。启发的核心就是启发思维。因此,大学物理课堂问题设计,从内容到形式都应具有启发性。(6)开放性原则。即所设计大的问题应是条件开放、问题开放、策略开放、结论开放,让开放性的问题激活学生的创新思维,激发学生的创新意识。
三、大学物理教学问题设计的方法
1.从激发学生的探究欲望方面进行问题设计。我们认为,激发大学生的探究欲望,培养学生的创新能力是大学物理教学的重心所在。只有突出了科学探究,才是抓住了大学物理教学的本质特征。因为物理学不是已经完成和固化了的知识体系,而是人类对自然界的永无止境的探究过程,随着探究的不断深化,物理学的知识体系也在不断发展和变化。所以,学生的认识也需要在探究过程中不断发展和改变。此外,物理学的发展历程是科学家群体追求事物的本质特征及统一规律的探究历程,可以说没有探究就没有物理学的发展。所以说,物理学的本质之一是探究,大学物理教学就应抓住这一本质,突出科学探究。而要突出科学探究,就必须让学生有探究的欲望,所以物理教学问题设计就应从激发学生的探究欲望这一方面来进行。但是,我们在教学中发现,进入大学后许多学生的探究欲望却在渐渐消失,原因是:(1)在高中阶段,接二连三的大考、小考使得学生疲惫不堪,考上大学后多数学生普遍存在“休整”心态。(2)大学物理教材和中学物理教材的编写体系和书写风格不同④。中学物理教材一般由演示实验、生产实际、生活经验等引入相关知识,配有较多的插图,比较形象生动,容易激起学生的探究欲望;大学物理教材很少从演示实验、生产实际、生活经验等引入相关知识,它注重理论上的分析、推理、论证,插图较少,比较抽象,因而激不起学生的探究欲望。(3)大学物理教学内容多,课时少,信息量大,所以在教学中多数教师都以物理思想、物理方法和知识整体结构的讲解为主,无暇设计物理问题激发学生的探究意识;或虽有问题意识,但缺乏精心设计,因而激不起学生的探究欲望。因此,我们认为大学物理教学若只重视知识传授,忽略方法教育,或重视了方法教育,但忽视问题的精心设计,则是本末倒置。没有从激发学生的探究欲望方面进行问题设计,是新课改背景下大学课堂教学依然“涛声依旧”,难以走出学生厌学困境之根本原因。
2.从激发学生的认知冲突层面进行问题设计。建构主义认为,学习不是简单的信息积累,更重要的是新旧知识和经验的相互作用以及由此引发的认知结构的重组,而这种重组只有在认知冲突中才能完成。所以说认知冲突在认识发展中起着非常重要的作用。如果教师在教学中设计的问题能使学生产生认知冲突,激发其好奇心,由此产生矛盾、疑惑、惊讶,就会促使他们提出问题,想方设法解决问题。在课堂教学中教师可通过设计以下情形的问题使学生产生认知冲突:一是学生试图用旧知识解决新事物,当理论与事实不一致时。如在“电流密度、欧姆定律的微分形式”一节的教学中,设计“当你在高压线落地附近时,为何跨步就会有危险?”这样的问题。“跨步电压”知识学生并不陌生,初中物理的“安全用电”一节就已涉及,但限于数学知识、物理知识的不足,初中阶段只能定性地说明或演示,学生只知其然,而不知其所以然。在大学提出这一问题,学生想知其所以然,认知冲突便会自然产生。二是当学生处于用已有知识不能解决新问题但又迫切希望解决新问题的疑惑状态时。如在进行大学物理“薄膜干涉”一节的教学时,教师可这样设计:运用多媒体展示等厚干涉的实验装置和光路图,并通过计算机模拟演示等厚干涉的干涉图样,采用反复演示或放大局部特征等方法让学生观察“随着劈尖楔角的变化和入射光波长及媒体折射率的变化,导致了干涉条纹间距的变化”这一现象,在学生百思不得其解时,提出以下问题:等厚干涉的规律是什么?条纹间距变化的规律是什么?条纹移动的规律是什么?⑤如此创设认知冲突情境,然后根据情境设计问题,学生的学习兴趣和探究兴趣将会大大增强,大学物理课堂定能一扫枯燥乏味之局面,绽放活力四射之光芒。
3.从帮助学生构建和运用物理模型方面进行问题设计。综观大学物理教材,不难看出,物理模型在物理学中的地位十分重要,它是对物理研究对象和运动过程的抽象,是一切物理理论和规律建立的基础。可以说,每一条物理规律都与一定的物理模型相联系,大学物理教材的每一章都有相应的物理模型,如量子力学中的“无限深势阱”模型,经典力学中的“质点”模型,原子物理学中的“氢原子”模型,等等。而物理模型的建立必须通过分析、总结、归纳观察到的大量物理现象,从中抽象出本质性的东西。所以说,建立物理模型的过程也就是观察能力、判断能力、抽象思维能力以及解决实际问题能力都得到有效提升的过程。假如,我们在教学中对相关物理模型问题进行精心设计,使之再现物理学发展过程中的科学研究方法,让学生不断受到熏陶,研究物理的科学方法就将植根于学生的脑海中,对学生科学探究能力的发展将产生重大影响。如讲到两个带电体之间的相互作用时,设计这样的问题:“在计算两个物体之间的万有引力时,当物体的线度远小于它们之间的距离,以至于它们的大小和形状对作用力的影响可忽略不计时,我们舍去了哪些次要因素建立了质点模型?那么,在研究两个带电体之间的相互作用时,在带电体的电荷量、带电体间的距离、带电体的大小和形状等因素中,我们应该舍去哪些次要因素,使问题得到简化?在什么情况下,我们可把带电体看成是一个点电荷这样的一个理想化模型?”这样设计,不仅让学生复习了旧知识,又让他们在问题的解决过程中自然而然地学到了构建物理模型的科学方法。
4.从激活教材关注前沿方面进行问题设计。我们认为,教学过程应是一个“把凝固的文化激活”的过程。事实上,物理学知识不是枯燥乏味的,而是生动有趣的、与我们生活息息相关的。但是,调查发现,因不重视问题设计,有的大学课堂未能很好地把凝固的物理知识激活,导致课堂沉闷,缺乏活力。实践证明,激活教材是教学成功的关键。而从千姿百态的物理现象中设计问题,是一个十分奏效的激活课堂活力的教学方法。如在讲述液体的表面性质时,通过反复演示,提出“为什么毛笔入水毛散开,出水面又聚合?”这样的问题,学生探究的活力顿时就被激发出来。此外,通过设问形式适当渗透物理学的前沿知识,既使大学物理教学与时俱进,又能激发学生的探究热情。如在讲述电荷和物质结构时,指出:由静电现象的观察以及随后的深入研究,导致了物质电结构模型的建立,用这个模型基本上能解释各种静电现象。但这个模型不是物质结构的终极模型,模型本身也不是完美无缺的。接着设问“电子的物质结构如何?它带负电荷,同种电荷之间的排斥力为什么不会使它离散呢?质子所带的电荷为什么恰好与电子所带的电荷相等呢?”然后话锋一转,指出:至今这些问题都尚未得到解决,有待同学们去探索,去研究,去发现。如此设问,给学生留下了探究的空间,课堂教学即被激活。
[注释]
①廖伯琴,张大昌.全日制义务教育物理课程标准解读[M].武汉:湖北教育出版社,2002:19.
②崔秀梅.初中物理新课程教学法[M].北京:首都师范大学出版社,2004:38.
③关文信,毕凤祥,韩艳华.新课程理念与初中物理课堂教学实施[M].北京:首都师范大学出版社,2003:76.
④赵水标,李建明,王烈衍,等.大学物理和中学物理教学的衔接[J].宁波大学学报,2004(6):91.
⑤衡耀付.大学物理教学开展探究式教学的探讨[J].教育探索,2008(3):52.