基于“问题解决型”的高中物理教学模式实践

赵惠松

（浙江省桐乡市凤鸣高级中学，浙江 桐乡 314500）

基于“问题解决型”的高中物理教学模式是教师在教学过程中通过设置一定的问题情境，提供引导和给予所需的有关资源，让学习者在问题情境中探索解决办法，从而使学习者通过自身的努力获取问题解决技能、优化问题解决策略和内化物理学科知识.通过这样，可以在一定程度上提高学生的科学素养.

“问题”是该教学模式的第一基本要素，在问题解决型教学单元中，“问题”起着举足轻重的作用，它是学生学习的起点.在该教学模式中，学生（学习者）是第二基本要素，它是整个教学环节的中心，问题是为学生服务的.如果离开了学生的积极参与和对问题的积极探索，“问题解决型”的教学模式就不能成功，也失去了教学的意义.本教学模式的第三基本要素是教师（指导者），教师要为学生创设一定的问题情境，提出相应的问题，当然问题也可以由学生本人或通过讨论提出.在整个问题解决过程中，教师还是一名引导者和教练员，是学生问题解决的评价者和资源的提供者.

基于“问题解决型”的高中物理教学模式有其独立的内容和流程，下面以人教版高中物理选修3-1教材第一章中“电容器的电容”为例来阐述该教学模式的基本内容和操作策略.

（1）从学习顺序来说，问题应该是初次遇到的、新颖的、生动的.

过去的教学，基本上是为教师好教而设计的，是一种以教师或课本为中心的教学.实践表明，这种教学难以适应现代青少年的生存状况，它是我们的教育难以带来人自身的创新和拓展，教师苦教，学生苦学的状况，正在受到冲击.现代教育观认为，学生不仅是教育的对象，更应当是一种教育资源.学生的全部既有经验、智慧、知识和学习的内在积极性，都应当为教师的教学所用，应当成为动力之源、能量之库.由此可知，问题的来源和问题的解决都应该利用好学生这种活性资源.

笔者在高中物理选修3-1教材“电容器的电容”的教学前，曾找几个学生，先让他们对本节内容预习几分钟，然后围绕3个问题展开话题：① 预习后你想到了什么？② 你没有弄清楚的是什么？③你对本节内容的学习有什么建议？通过聊天，可以得到很多信息，这些信息都是在学生前知识和前概念的基础上获得的.为了能客观反映事实，这些学生分别是在学业水平好、中、差各个层次中选择.通过这样的聊天，我们在课堂上呈现问题情景的方式能尽可能地与现实中的一样.

在“电容器的电容”的教学中，我们可以设置这么几个问题：

问题1：电容器有什么作用？

问题2：电容器内部结构是怎么样的？是不是很复杂？

问题3：电容器是如何储存电荷的？

问题4：电容器外壳上的“100μF 6.3V”表示什么意思？

问题5：平板电容器的电容与哪些因素有关？

问题6：电容器有哪些种类？

（2）学生研究某些问题时可以根据自己的学习程度，自主判断或推理.

上述问题“电容器有什么作用”的研究中，教师可通过以下的演示实验：用耐压为380V，电容为400μF的电容器插入市电充电，后短路放电，可以观察到电火花.教师在学生得到感性认识的基础上，引导学生进行自主判断，最后得出电容器的作用是储存电荷这个结论.

在解决“电容器内部结构是怎么样的？是不是很复杂？”这一问题时，教师可以事先提供一些纸介电容器（如日光灯起辉器里的电容器），让学生动手拆卸电容器.通过学生亲手实践，使他们认识到电容器是由两个正对的金属板组成，中间夹着绝缘物质——电介质.

（3）学生在个人化学习中所获得的知识和技能再返回于师生互动研讨上，可以强化学习效果.

在研究“电容器外壳上的‘100μF 6.3V’表示什么意思？”时可以这样安排教学片断：

投影并分析：各种电容器外壳上除了商标和型号外还有两个数据“100μF 6.3V”，不同的电容器这两个数据也不相同.下面我们一起来讨论一下这两个数据的含义.

图1 电容器充放电示意图

实验演示：连接好实物图（电路图如图1），对电容器进行充、放电，观察现象，特别是观察电流表的偏转角度；改变电源电压，重复对电容器进行充、放电，观察每次充、放电时电流表偏转角度的变化.

师：在这个实验中你观察到了什么现象？得到什么结论？

现象：电源电压小，电流表指针偏转角度较小，反之则较大.

结论：电流表指针偏转角度的大小可以判断电容器带电量的多少，由实验可知，电容器两极板所带电荷量Q随两极板电势差U的变化而变化，两极板电势差U减小，它所带的电荷量Q也减小，反之亦然.

师：我们把电容器所带电荷量Q和两极板间的电势差U的比值，叫做电容器的电容，用C表示，

上式表明，要使电容器两极板间的电势差U达到一定值，所需电荷量Q越大，电容器的电容就越大，由此可知电容C表征了电容器容纳电荷的本领大小.

实验演示：规格不同的两个电容器用同一电源充电，再进行放电.

师：在这个实验中你观察到了什么现象？

图2

现象：不同电容器充、放电时，电流表指针偏转角度不一样.

结论：不同的电容器在电压相同的情况下储存电荷的本领是不一样的.

实验演示：如图2所示，底面积不同的两个容器装水，在水的高度差相同的情况下，右边的容器所装的水量多.

师：类比一下，电容器的电容与装水容器的高度、底面积中哪个量相似？

师生研讨，得出结论.

结论：电容器的电容C与装水容器的底面积相似.

师：容器底面积是容器的性质，只与容器本身有关；相类似，C是电容器的一种特性，只与电容器本身有关.

师生互动，得出结论，C由电容器本身决定，与Q和U无关.

师：在国际单位制中，电容的单位是法拉，简称法，符号F.1F＝1C/V.法拉的单位太大，常用的电容单位还有微法（μF）和皮法（pF）.1F＝106μF，1F＝1012pF.师：现在大家应该知道了上面第一个数据的含义了吧，它是电容器的电容，表示电容器储存电荷的本领大小.

师：如果有一个容积为100mL的容器，能不能装200mL水？

师：那么电容器储存电荷有没有限度呢？

讨论：相类似，电容器储存电荷有一定的限度，电容器外壳上所标的数值为电容器的额定电压，即电容器在这个电压下可以长时间工作.

（4）学生在研讨和个人化学习中进行自我总结，并将学习所得融入到自己原有的知识和技能中.

图3

在处理“电容器是如何储存电荷的？”时学生在研讨后将所得融入到原有知识中，从而提高了学生解决问题的能力.教学片段如下：

师：为了解决这个问题，我们来做下列的实验.

实验演示：连接实物图（电路图如图3所示），开关先合在1处，观察现象，再合在2处，观察现象.

师：现在我们来讨论一下，为什么开关合在1处时电流表指针偏转后又恢复，合在2处时电流表指针偏转后也恢复原状？并注意指针的偏转方向.电容器又是如何储存电荷的？

学生思考并得出结论.

结论：开关合在1处时，电流表指针偏转，说明电流表中有电荷通过，最后到达极板，电源使电容器二极板分别带上等量异种电荷，也就是说电容器储存了电荷.我们把电容器的一个极板所带电荷量的绝对值，叫做电容器的带电量，用Q表示.当电容器两板电势差等于电源电压时，电流为0，所以电流表又恢复原状；合在2处时电容器两板正负电荷互相中和，有电流产生，电流表指针偏转，方向与第1次时相反，后电容器不带电，两极板间电压为0，电流消失，电流表恢复原状.

师：我们把使电容器带电的过程叫做充电，使电容器正负电荷互相中和的过程叫做放电.

图4 电容器充放电微观解释

多媒体演示：电容器的充、放电.（微观解释，如图4所示）

师：由于充电，电容器两极板带等量异种电荷，两板间存在电场，此时电容器所储存的能量叫电场能.

师生共同交流：充电：电能——电场能；放电：电 场 能——电能——内能.

基于“问题解决型”的高中物理教学模式，有助于培养学生的主体意识、主动精神、创造欲望、创造思维和创造能力.这种模式的优点在于，更多地开发了学生这一资源，通过使学生更多地介入教学各个环节，从而改善教学的效果以及学生对学习的体验.它有助于革新教师的教学理念，确立教学工作必须围绕学生的“学”，力戒从教师的“教”出发的思维习惯.但不可否认的是，任何创新都会随着社会的进步，环境的变化而落伍被淘汰，所以尽管是最新的理论与实践，都应该与时境的迁移相适应.所以我们在实施该教学模式过程中，也要不断地进行调整，使它能适应于时代，适应于社会，适应于学生.

1 郭思乐.素质教育的生命发展意义［J］.教育研究，2002（3）：9－13.