例谈物理高效课堂问题设计的原则

摘   要：思维起源于问题，问题是教学的核心， 优化问题设计、激活学生思维是创设高效课堂的关键。高效课堂是由许多设计巧妙的有效问题组成，有效问题的设计应遵循针对性、明确性、挑战性、层次性、构建性、开放性的原则。

关键词：高效课堂;有效问题;问题设计

中图分类号：G633.7 文献标识码：A    文章编号：1003-6148（2020）2-0028-4

爱因斯坦说过：“思维起源于问题。”问题是思维的起点，问题是思维的发动机，学生的思维活动与课堂教学中设计的问题紧密相关。高效课堂有两个重要特征，一是学生参与的主动性，二是学生思考的深刻性，而“问题”正是激发学生主动参与和深刻思考的关键。高效课堂是由许多设计巧妙的有效问题组成，这些有效问题应该是能够引起学生的兴趣和注意，能够引发学生思考，启迪学生思维。问题设计的有效性从根本上决定了课堂教学的有效性，要提高课堂教学的有效性，就必须把握有效问题的设计原则：针对性、明确性、挑战性、层次性、构建性、开放性。

1    问题设计的针对性

问题设计应体现针对性，针对性有两层含义：一是针对学生知识、思维的实际水平进行设计，遵循学生的认知发展规律，把问题设置在学生的疑点处、易错处、矛盾的冲突处;二是紧扣教学目标，把问题设置在教学的重点和难点处，促进学生对重点、难点的深刻理解。总之，要做到有的放矢，设计出能够启迪学生思维、引发他们积极思考的问题，以突出重点，突破难点。

例如，在“库仑定律”的教学中，对公式F=kQ1Q2/r2的理解，如果提问学生库仑定律的适用条件是什么，学生都能快速回答出“真空中静止的点电荷”。但学生是否都能真正理解定律的适用条件呢？其实未必，教师不妨这样设问：“从公式可以看出，当距离r增大时，库仑力怎样变化？当r减小时，库仑力怎样变化？当r减小到零的时候，库仑力又会怎样呢？”学生在回答该问题时可能会认为当距离r趋向0时，F趋向无穷大。然后，我们可以针对学生这样的错误引导他们深入思考，从而让他们真正理解库仑定律的适用条件，把问题设置在学生的易错处、矛盾的冲突处，非常符合学生的认知实际，有较强的针对性。

又如，对楞次定律的文字表述，不少学生读后感到很茫然，抓不住要领，为了促进学生深刻理解楞次定律中“阻碍”的含义，可以设计如下5个问题让学生思考：①是否阻止？②谁在阻碍？③阻碍什么？④为何阻碍？⑤如何阻碍？把问题设置在教学的重点和难点处，紧扣教学目标，体现问题设计的针对性。

2    问题设计的明确性

问题设计要具体明确，有的教师提出的问题大而无边，显得空洞，学生无从下手;有的问题提得含糊不清，学生摸不清意图，不好回答。认知心理学认为，所有的问题都包含有三个基本的成分：给定、目标、障碍。因此，在提出一个问题之前，教师一定要明确：为什么要问这个问题？学生的回答有哪些？为便于学生思考，启迪学生思维，每个问题都应该像出考试题一样，一字一句都要斟酌好，语言要简练、清楚、确切。

例如，在“牛顿第二定律”的教学中，教师通过实验推导出表达式F=ma之后，为帮助学生理解表达式中字母F表示合力的物理意义，有老师设计了这样的问题：一个物体同时受几个力的作用，加速度会怎样？这个问题太抽象、不明确，学生不知如何回答。

如果创设情境，改为如下问题，问题指向就很明确，学生很容易理解：用一个水平力推讲台，推不动，有力却没有加速度，请问牛顿第二定律在这里不适用了吗？

也可改为如图1所示的问题：用大小为10 N、方向竖直向上的拉力提某一物体时产生的加速度大小为10 m/s2 ，如果改用大小为20 N、方向竖直向上的拉力时，其产生的加速度大小是多少？

3    問题设计的挑战性

问题设计要有挑战性，问题的难度应控制在学生的“最近发展区”内，需要学生经过一定的努力，通过思维加工、实践活动等过程才能够解决。真正具有挑战性的问题，让学生“跳一跳，够得着”，使学生对学习任务感到既适应又不完全适应，会激发学生挑战自我的好奇心和检验自己能力的强烈欲望。

例如，在“牛顿第三定律”的教学中，为了探究作用力和反作用力的大小关系，有的老师会直接让学生用两把弹簧秤对拉，然后提出问题：两把弹簧秤对拉时（如图2所示），两把弹簧秤的读数有什么关系？这个实验结果说明了什么？这样的问题对一般学生来说显得过于容易，很难引起学生的兴趣，学生对此没有悬念。

为了提高问题的挑战性，激起学生积极的思维，可以有两种问题设计的改进方案。

初中物理教学阶段，建议使用问题设计方案1：

先让学生用手指拉一把弹簧秤的秤钩，问学生：有什么感觉？

学生回答：秤钩对手指也有一个拉力的作用。

老师指出：手指拉秤钩的力和秤钩拉手指的力叫做作用力和反作用力。

然后教师再提问：手指对秤钩的作用力和秤钩对手指的反作用力，这两个力的大小存在着什么关系呢？手指对秤钩的拉力可以直接从弹簧秤上读出，但秤钩对手指拉力的大小却无法仅靠感觉得出，你能设计一个实验来确定这两个力之间的大小关系吗？最后再引导学生用两个弹簧秤的相互牵引来发现它们大小相等的规律。

高中物理教学阶段，建议使用问题设计方案2：

教师可以故意提供几把测量不准的弹簧秤，然后请甲、乙两位同学演示弹簧秤对拉实验，汇报实验数据（甲同学的读数是6.3 N，乙同学的读数是6.7 N），然后问学生：甲同学的6.3 N和乙同学的6.7 N是相等的两个力吗？

接着给大家布置任务：现在请大家设计一个实验，证明甲同学的6.3 N和乙同学的6.7 N是相等的两个力？

学生经过讨论后提出验证方法，然后请丙同学用第三把弹簧秤先后分别跟甲、乙同学的弹簧秤对拉，通过等效替换的方法验证了作用力与反作用力大小相等的结论。

这样的问题设计充满挑战，激活了学生的思维，启发学生运用逻辑思维设计验证结论，发展了学生的科学思维能力。

4    问题设计的层次性

问题设计应体现层次性，要充分考虑到学生的认知特点，由浅入深地设计问题，层层递进，环环相扣，这样可使学生获得成功感，充分调动每位学生的积极性，增加自信心。对于有一定深度和难度的内容，通过分层设问，培养学生思维的深度和广度，通过层层剖析、循序推进，最终到达解决问题的彼岸。

如图3所示，一斜劈M静止于粗糙的水平地面上，在其斜面上放一滑块m，若给滑块一向下的初速度v0，滑块正好保持沿斜面匀速下滑，根据这个情景，先后设计了如下5个层层递进的问题： ①此时斜劈是否受到地面对它的摩擦力作用，并说明理由？②在此基础上，若对滑块再施加一个竖直向下的力F1，结果怎样？ ③若对滑块施加一个沿斜面向下的力F2 ，结果怎样？ ④若对滑块施加一个水平向右的力F3 ，结果又怎样？ ⑤若对滑块施加一个任何方向的力F，结果是否都一样？ 根据经典模型先设计一个母问题，由此加以变换形成多个子问题，有利于学生的理解、迁移和应用。如果直接出现问题④或问题⑤，不用前面几个问题做铺垫，学生会感到很难理解，而通过逐一解决前面几个问题，再来解决问题④或问题⑤，则显得水到渠成。

同一内容针对不同层次的学生，设问的层次和角度要有所不同。有的学生让他自己跳一跳后摘到桃子，有的学生可能需要给他设定一些台阶，让他们顺着台阶上去也能摘到桃子。在复习《探究加速度与力、质量的关系》一节时，实验装置如图4所示，大部分学生对“平衡摩擦力以及砝码盘和砝码的质量要求”实验条件的控制感到疑惑。针对基础较好的实验班学生，笔者只设置了3个关键问题：①怎样才能保证绳子的拉力等于小车所受的合力？ ②如何平衡摩擦力？ ③怎样才能保证砝码盘和砝码的总重力等于绳子的拉力？  针对基础较弱的平行班学生，设置了更具体的问题：①本实验的实验目的是什么？本实验的研究对象是谁？要测哪个力的大小？ ②对小车进行受力分析，怎样才能保证绳子的拉力等于小车所受的合力？  ③平衡摩擦力时要不要挂着砝码盘呢？要不要拖着纸带呢？ ④对砝码盘和砝码进行受力分析，列出动力学方程，并提问在什么情况下，砝码盘和砝码的总重力等于绳子的拉力？有了思维的台阶，学生就能顺利突破知识的难点，对实验原理的理解就更深刻了。

5    问题设计的构建性

问题设计的构建性是指教学内容的呈现以问题为载体，突出知识间的相互作用和内在联系，引导和帮助学生进行知识构建，为学生能力提升和思维发展奠定基础。教材中每节内容都有一个核心问题，核心问题的解决并非是一蹴而就的，为了解决核心问题，就应当根据核心问题提出一系列子问题，各个子问题的层次是否分明，能否形成一个具有渐进结构的问题系统，直接影响着教学目标能否顺利实现。

例如，在“欧姆表的原理”教学中，要解决的核心问题是：通过表头的电流大小与待测电阻大小之间有什么关系？可以把这一核心问题大致分解成如下一系列子问题：①当红黑表笔短接，此时表头中电流为Ig ，电流Ig刻度处对应的电阻刻度是多少？②当红黑表笔断开，此时表头中电流为零，电流零刻度处对应的电阻刻度为多少？③若红黑表笔间接上某待测电阻后，此时表头指针指在中间刻度（已知欧姆档工作时电源电动势为E，表头的满偏电流为Ig），电流中间刻度处对应的电阻刻度为多少？④你能把其他电流刻度改标成电阻刻度吗？⑤电阻刻度是否均匀？ 上述问题串中的各个问题都是紧紧围绕“通过表头的电流大小与待测电阻大小之间有什么关系？”这个核心问题展开，而且思维层次逐步提高，学生通过以上系列问题的思考，可以基本理解欧姆表的原理。

又如，在“楞次定律的应用”教学中，要解决的核心问题是：怎样运用楞次定律分析电磁感应现象？结合如图5所示的自制实验装置可以把这一核心问题大致分解成如下一系列子问题：①磁铁上下振动，演示二极管交替发光，请学生用楞次定律判断感应电流的方向（理解“阻碍磁通量变化”，会用“增反减同”判断感应电流方向）;②振动的磁铁在闭合开关K后，很快停止运动，演示电磁阻尼现象，请学生用楞次定律分析磁铁与线圈之间的作用力来解释这个“来拒去留”现象（理解“阻碍相对运动”， 会用“来拒去留”判断磁铁与线圈间相对运动时的受力）;③请学生分析电磁阻尼现象中磁铁与线圈之间的能量转化（理解“电磁感应符合能量守恒”，体会“克服阻碍的过程就是其他能转化为电能的过程”）;④用如图6所示的自制实验装置演示电磁感应的综合应用现象（两根铜管固定，另两根铜管可自由滚动，磁铁插入时铜管靠拢，磁铁拔出时铜管分开），再请学生用楞次定律分析这个“增缩减扩”现象（领悟楞次定律的更深层含义——“结果阻碍原因”）。通过上述4个子问题的设计，引导学生从不同角度理解“阻碍”的内涵，使学生深刻理解楞次定律内涵的多样统一性（如图7所示），帮助学生灵活运用楞次定律分析电磁感应现象。

6    问题设计的开放性

问题设计要有一定的开放性，传统的教学历来强调问题的确定性，排斥问题的可能性，这就导致我们的学生长于求同，而弱于求异，缺乏发散思维和想象能力，创新能力有待提高。开放性问题是相对于封闭性问题而言的，它是指那些条件不完整、结论不确定、解答思路多样化、触发思维活动的开放的问题。开放的问题具有鲜明的教学功能：可以培养学生思维的发散性与灵活性，开拓学生思维的空间，提高学生的参与度，调动学生的积极性，活跃课堂气氛。

例如，在“带电粒子在复合场中的运动” 复习课中，通过新颖、开放的问题设计，可以取得非常好的教学效果。教学中，先回顾力与运动的相关知识，然后学生自行分析带电粒子在几种单一场和复合场中能否实现下列几种运动，表格中分别有匀速直线运动、匀变速直线运动、类平抛运动、匀速圆周运动。若能，在表格中画出场的情况，并填写出带电粒子完成各运动需要的条件;若不能，请说明理由。图8是学生设计的带电粒子做匀速直线运动的可能分布情形（约定粒子都带正电荷），学生对给定的情境进行开放性讨论，探究粒子运动的各种可能性，将常见的粒子运动问题进行了归类，形成带电粒子运动的图式结构，培养学生思维的发散性与灵活性，开拓了学生思维的空间。

又如，在必修1的“力和运动”模块复习中，笔者上了一堂“测木块和木板间动摩擦因数”的主题探究活动课，整堂課分实验方案设计、论证、操作和交流四个环节。在学生自己设计实验方案环节中，要求学生自己选择使用过的器材，运用合适的方法，至少设计两种方案（画出实验装置图 ，写出实验原理表达式和要测量的物理量）;在实验方案论证环节，要求同桌从实验原理和实验操作两个角度互相论证方案（实验原理是否正确，实验操作是否可行）。学生经过自己设计和互相论证之后，形成如图9所示的4种典型实验方案，有共点力平衡方法（如图9甲和乙），也有动力学方法（如图9丙和丁），通过设置自己选择器材和方法设计实验方案的开放性问题，发散了学生的思维，激发了学生的探究热情。

优化问题设计、激活学生思维是创设高效课堂的关键，课堂问题设计必须遵循有效问题的设计原则，让有效问题具有针对性、明确性、挑战性、层次性、构建性、开放性等诸多品质。

参考文献：

[1]郑青岳. 如何设置物理课堂教学中的问题[J]. 物理教师， 2000，21（8）：38-40.

[2]徐立海. 谈物理课堂教学中问题设计的原则[J].物理教师，2013，34（8）：26-27.

[3]屠旭滨. 基于实验探究的“楞次定律”教学设计与实施[J]. 物理教学探讨，2017，35（10）：38-40.

（栏目编辑    邓   磊）