一、高中物理教学有效设问的具体表征

要使问题设置有效,我们首先要对有效设问的具体表征做一个归纳。

(1)设置的问题与全班大多数学生的智力和已学相应物理知识发展水平相适应。并关照了班级中不同智力与物理学习水平学生的差异性需求。

(2)问题的设置能从不同层次和不同的角度激发起学生进一步学习与探究物理概念的欲望,能引发学生的思趣。

(3)问题的设置能直接、迅速地引导学生进入与问题相对应的思维情境之中,并有助于实现教学过程中的各项具体目标,进而从整体上实现课堂教学的三维目标。

(4)设置的问题富有启发性。既能使学生自省,又能引发学生思维的多样性(适度的发散)。

(5)设置的问题用语精确,无科学性错误,意思清楚。并能做到一个问题的解决有助于多个问题的连环解决。

(6)设置的问题提出的先后有序,富含强烈的物理知识逻辑或知识点的转承关系。

二、物理课堂教学的有效设问模型的构建与论证

依据有效设问的具体表征,我们创建了有效设问的四维模型,具体说明如下。

任何课堂教学都是以时间为序展开的,同样有效设问的提出顺序也必须以时间为序。所以我们选取时间为一个维度,使设问按时间的先后依次排列在时间轴上展开,而每一个设问由“教学目标”、“学情分析”、“设问层次和方式”三个维度进行定位,如图1所示。

由上所述,我们不难看出,有效设问成功实施的关键在于对所设问题的“定位”和“展开”。“定位”需要综合考虑“教学目标”、“学情分析”、“设问方式”三个维度,而“展开”则应主要考虑该问题在整个教学时间链中的地位和发问时机或顺序。

1.有效设问的定位

(1)教学目标维度的说明与论证

在教学中,教学目标必须细分到课堂的各个教学环节中才有价值和可操作,否则问题就会失去基本的内容和核心,变得空洞或不着边际,而教学目标最好的呈现方式就是教师针对具体细分目标的设问。所以,结合具体的教学内容与《普通高中物理课程标准》对该内容的定位,综合考虑该设问如何达成课程标准所倡导的“知识与技能”、“过程与方法”、“情感态度与价值观”三个维度的教学目标是确保问题设置有效的前提。当然,需要说明的是,不是所有的问题都一定要包含三个维度的教学目标,有些问题可能只是涉及其中一个维度的某一部分。

对于有效问题的设置,重要的是要具有三维目标的融入意识和积极寻求有机融入的契合点,而不能为追求形式而生硬地表现在所设问题当中。例如,在“超重与失重”的教学中,神舟五号飞船在回收途中,杨利伟向控制中心报告了什么?他是如何感知降落主动伞已经打开?使学生在运用牛顿运动定律解释超重现象的同时,无形地进行了爱国主义教育。这个场景问题的设置就融入了牛顿第二定律知识的应用和情感教育两个方面。

(2)学情分析维度的说明与论证

建构主义的学生观认为,学习者并不是空着脑袋进入学习情境中的。在日常生活和以往各种形式的学习中,他们已经形成了有关的知识经验,他们对任何事情都有自己的看法。即使是有些问题他们从来没有接触过,没有现成的经验可以借鉴,但是当问题呈现在他们面前时,他们还是会基于以往的经验,依靠他们的认知能力,形成对问题的解释,提出他们的假设。所以我们教学不能无视学习者的已有知识经验,简单强硬地从外部对学习者实施知识的“填灌”,而是应当把学习者原有的知识经验作为新知识的生长点,引导学习者从原有的知识经验中,生长新的知识经验。所以,我们有必要在有效设问中考虑学情分析维度。

在具体的教学中,我们必须认真分析学生已学相应物理知识的发展水平或已有的生活经验,同时还需要考虑实际全班大多数学生的智力水平以及班级中不同智力与物理学习水平学生的差异性,尽量使不同程度的学生都能从所设问题中得到相关信息引起积极思考并组织回答。

例如,在“多普勒效应”教学的课堂引入中,学生已经初步具备了一些关于音调高低和声音大小区别的知识,但初中所学知识遗忘率高,所以必须对知识重唤。我们准备了一台齿轮转盘机和硬塑料片,首先慢速转动齿轮转盘,让学生熟悉低频的声音信号,接着逐步加快转速,又让他们感受高频的声音信号,再播放摩托车静止鸣笛声和高速驶来鸣笛声的变化进行对比,体会多普勒效应现象的本质。由此设计了如下系列问题:①塑料片振动声音有什么变化?②是声音的什么发生变化引起的?③摩托车静止鸣笛声和高速驶来鸣笛声有何区别?④请你尝试解释为何出现这种现象?

再例如,在选修3-1模块里,“闭合电路的欧姆定律”这一课堂教学中,学生已经在高一化学必修课当中学过“化学原电池”的知识,而在这之前,学生又做了串、并联电路研究的实验。因此,一上课教师就向学生们介绍了两位同学在实验后所提出的一个问题:“为什么测到的电源电压数值略小于它的电动势?”并且还补充问:“为什么电池越陈旧,测到的数值就越小?”当这些问题提出之后,教师并不急于进行系统地讲授,而是帮助学生复习和组织他们已有的知识,向他们提供探究的实验工具组织学生自己去进行探究。

实践证明,只有根植于学生实际情况的问题才是有效问题,才具有生命力。

(3)设问层次与方式维度的说明与论证

根据布鲁姆的“教育目标分类法”,在认知领域的教育目标可分成:知道(知识)、领会(理解)、应用、分析、综合、评价[1]。由此,我们可以按具体的教学要求设计从简单逐渐发展到复杂的问题。相对于“教学目标维度”强调的具体教学内容的细分和预期设问效果,“设问方式维度”强调的则是通过分层设问来实现细分后的教学内容所要达成的预期设问效果。

依据布鲁姆的“教育目标分类法”的教育目标分类,结合学习目标的要求,我们可以把问题分成认知性问题、理解性问题、应用性问题、分析性问题、综合性问题、评价性问题等6个层次的问题。

落实到具体教学中,教师则应在考虑问题的设置层次大前提下,还要根据不同的教学目的和内容,采用不同的方法,在设计提问时要考虑到经常变换手法,即使是同一个内容,在不同的场合下进行提问,也要注意转换角度,让学生有一种新鲜感。从而使学生看到“教师是如何提出问题的”,这对学生学会“自己提出问题”能起到潜移默化的作用。

例如,在必修1的“超重与失重”的教学中,讲述“完全失重状态”的特征时,先播放所拍摄的水瓶(侧面底部有孔)自由落体的录像,设计问题:①你们观察到了什么?②下落过程中,水有没有继续流出呢?③用牛顿运动定律如何解释?(层递式)④根据以上现象,请同学们设想一下,在太空的空间站内,处于完全失重状态下的宇航员们是如何生活的呢?

2.时间维度的说明

“还没有证据显示,一种提问的顺序要比其他提问的顺序在提高学生成绩方面更有效.”[2]但毫无疑问,设问必须依据时间顺序来展开,学生认知水平的提高和思维程度的深入也是随着课堂教学的发展而逐步深入的,问题提出的先后次序必须与之相适应。否则即使是设计非常好的问题,如果提出的时机不合适,也不能达到预期效果,当然也就不能称之为有效的设问。

具体到物理课堂上,为了适应学生的科学思维发展需要,老师在创设问题时必须按照时间和物理知识的层层深入顺序依次呈阶梯展开。问题有序地提出,对培养学生的逻辑推理能力和学会思考问题十分有效。

例如,在“电磁感应现象”的知识分析环节,让学生观察不同的演示实验:实验①让闭合电路线圈的一部分切割磁感线,产生感应电流;(对比线圈电路不闭合时,观察有否电流产生?)实验②当磁铁插入或拔出线圈时,线圈内产生感应电流.(对比线圈电路不闭合时,观察有否电流产生?)

在学生观察归纳产生感应电流的条件时,我们设计如下的系列问题.

问1:4次实验有几次成功得到了感应电流?没有得到的实验有何共同特征?(得出产生感应电流的首要条件是:线圈电路必须闭合)

问2:只要电路闭合就一定能得到感应电流吗?(引导学生对产生感应电流的其他条件的思考)

问3:闭合电路中产生感应电流的条件是什么?

答:电路中有磁通量变化。(这答案很可能是学生看了课本上的结论)

问4:你是怎么想到从磁通量的角度进行思考呢?(此时,学生无言以答,教师关键不要怕问)

问5:实验1中,磁场变了吗?

答:不变。

问6:线圈有变化吗?(配以动画展示线圈在垂直B方向上投影面积的变化)

答:线圈的有效面积大小在变。

问7:在实验2中,磁场变了吗?

答:变。

问8:线圈有效面积变了吗?

答:不变。

问9:两个实验有共同点吗?共同点是什么?

答:有,通过线圈中磁感线条数在变。

(顺势归纳出产生感应电流的条件①电路必须闭合②线圈中有磁通量变化)

问10:在实验电路中,你能否得到感应电流?应该如何操作?

通过在教学中一问一答的引导和深入,学生找到了真正的答案,即在闭合电路中产生感应电流的条件是:通过闭合电路的磁通量发生变化。

为了验证和加深学生对这个条件的认识和理解,再由学生自己分析实验③中产生感应电流的过程:线圈A中通过的电流由于滑动变阻器阻值的变化而变化,同时,由此电流而产生的磁场也在变化,所以此时通过线圈B的磁通量发生变化,此时产生感应电流的前提依然是通过B的磁通量变化。

有序的问题深入,能不断地启发学生的思维,既可使教学内容和教学重点落到实处,又能启发学生不断地从自己的学习中提出问题,解决问题。

三、基于有效设问四维模型的物理课堂教学实践

在物理教学中,知识的相互联系紧密,而且存在着明确的递进关系。一个新知识的构建,需要原有的知识作为基础。知识的展开,形成了一

个网络,网络之间的联系,就是线索,故在高中物理课堂教学中必须以知识为线索展开。根据这一特点,我们在设计中以教学时间链确定在教学内容的引入、分析、归纳、应用、拓展等各个环节具体应达成什么样的教学目标,针对各个教学环节依据四维模型图式设计出主要问题。然后对各个环节之间的逻辑关系进行梳理,依据四维模型图式设计好环节之间的衔接问题。最后把各环节中的主要问题逐步分解成若干个小问题,同时注意每个问题的展开顺序与层次递进关系或逻辑关系,使小问题得以串联,与主要问题及教学内容形成一个有机整体。具体可用图2展现。

为了更好地完善、修正、验证课题研究成果,课题组分别在初二、初三、高一、高二各年级开展了依据本课题的有效设问规律的四维模型进行设计和实际教学,拍摄了录像课,并组织课题组成员通过回看录像,进行了相关的教学行为研究,及时反省自己的教学行为。

四、四维模型的实践拓展

为了进一步量化验证“有效设问规律的四维模型是否有效”我们还与南京师范大学物理教育研究所合作,在南京师范大学“物理科学与技术学院物理教育专业2007级的师范生(大三)”中进行了职前的有效性研究,研究主要采用观察法与对比法。

1.研究的过程

在本研究中,我们通过脱产学习有三年教育教学经验的教育硕士介入,对研究对象的模拟实习进行必要的干涉,通过对比研究,来判断“有效设问规律的四维模型”对于改善研究对象的课堂提问的有效性是否有帮助。具体操作模式如下页图3所示。

通过培训实验,我们得到了一些研究数据。数据主要是在具体对象中随机抽取的,分前测与后测部分,各部分有不同的内容主题,但前后测比较的内容是相同的。在对被测试者两次就同一课题设计提出的问题进行分类后,得到了前测和后测的数据,并使用SPSS软件对分类后的数据进行统计处理。

2.研究的结果

研究中我们把随机抽取的测试者分为双人组,要求他们分别就相同的教学内容进行教学提问设计和教学实践,其过程用数码摄像后对具体对象的课堂提问进行梳理,获得原始数据,然后按问题提出的水平按布鲁姆的教学目标分类法,分为创造、评价、分析、应用、理解、记忆、无效等7类。前测为“有效设问规律的四维模型”培训前得到的数据,后测为培训后得到数据。通过SPSS软件对数据进行统计和处理(见图4、图5)。

从图4中可以看出,在前后测中,提问水平主要分布在理解和应用层次上,理解性提问占了绝大多数。就图形的整体分布来看,后测图形较前测图形重心向右移动,提问的层次有向高级发展的趋势。

从图5中可以看出通过一段时间的干涉后,后测与前测相比较来说,无效提问,记忆性提问,应用性提问比重降低,无效提问与记忆性提问降低比较明显;理解与分析性提问比重有所提高,理解性提问比重增加明显。

3.研究的结论

通过对两图的结果进行分析,我们可以得到这样的结论:通过一定的干涉,即“有效设问规律的四维模型”的培训,可以提高职前物理教师提问的层次。图4中后测与前测图形相比较,重心后移,说明提问层次是提高的。所以,通过一定的干涉,可以使职前物理教师课堂提问的有效性提高。图5中后测与前测相比较,无效提问的比重降低,同时理解性提问的明显提高,说明通过干涉,职前物理教师提问更具有针对性,更贴近真实课堂,提问的品质得以提升。

通过具体的物理教学实践和职前培训的效果的定量测试证明,高中物理教学有效设问四维模型可以迅速地帮助教师寻找到有效提高物理教学效率的切入点和行动主线,有效提升设问的内在品质,为物理教师,尤其是年轻的物理教师的专业成长提供了一个便于操作和复制的教学设计模式,值得推广