葉副權

摘 要：本文主要通過對兩組教學效果差異較大的“課堂問題設計”的對比，剖析了能有效促進學生智力發(fā)展的課堂問題設計的原則及問題層次的認知特點，初步闡述了當前中學物理課堂問題設計水平的現(xiàn)狀，并提出了相關建議。

關鍵詞：問題設計；認知水平；智力發(fā)展

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2015）7-0066-4

在三維目標中，物理學科教學策略的選取主要圍繞能力目標展開。教學策略的實施又常依附于教學方法的選用，當前通行的教學方法有討論法、課堂講授法、探究法與模擬角色扮演法。基于班級授課制的組織形式與我國的文化傳統(tǒng)，當前中學物理教學方法的主流還是以“教師傳授知識、學生掌握知識”為教學目標的課堂講授法。隨著對能力目標的提出，討論法、探究法等也得到了部分應用，教師逐漸由主體成為主導，更多地發(fā)揮著課堂組織者的作用。教學設計是課堂教學的腳本，組織者對課堂問題的設計成為目前中學物理教學討論的熱點。圍繞其開展的課題、撰寫的論文、舉行的“同課異構”教學研究，已從不同的角度作了很多的探索。但在講授法下，教師如何通過課堂問題的設計有效地促進學生智力的發(fā)展，提升物理思維品質方面的探討涉及較少。本文中，筆者以“交流電的產生”為案例作一些探討與闡述。

1 教材分析

《交變電流》是普通高中物理選修3-2第二章第一節(jié)的內容。學生已經學習了電磁感應，掌握了感應電動勢產生的條件及其表達式。如何突破交變電流方向的變化是本節(jié)的難點，從電動力學的角度出發(fā)，由e=-■■B·nds可知，單匝線圈中感應電動勢應為磁通量隨時間變化的一階導數的負值。繞垂直于磁場的軸勻速轉動的單匝線框內產生的感應電動勢，其正弦變化規(guī)律（e=BSωsinωt）可以通過對磁通量進行一階求導獲得，然后再作出e-t圖像就能理解交變電流方向的變化。但對高二階段的學生來講，導數的知識還不是十分清晰，在高中物理中的應用更少。如果這樣授課，學生在該理論的推演下獲得的知識會是十分模糊的，更不要說發(fā)展學生思維、提升學生智力了。因而目前中學階段，“交流電的產生”這一內容作為新授課講解時，主要還是根據右手定則或楞次定律來理解交變電流的方向變化。

2 問題呈現(xiàn)

“人教版”中就“交流電的產生”提供了下列四幅圖（圖1）及四個問題。

假定線圈沿逆時針方向勻速轉動，如圖1甲至丁。我們考慮下面幾個問題：

（1）圖1中，在線圈由甲轉到乙的過程中，AB邊中的電流向哪個方向流動？

（2）在線圈由丙轉到丁的過程中，AB邊中的電流向哪個方向流動？

（3）當線圈轉到什么位置時線圈中沒有電流，轉到什么位置時線圈中的電流最大？

（4）大致畫出通過電流表的電流隨時間變化的曲線，從E經過負載流向F的電流記為正，反之為負。在橫坐標上標出線圈到達甲、乙、丙、丁幾個位置時所對應的時刻。

結合學生的認知過程與課堂的實際操作，甲、乙兩位老師分別結合課本中提供的四個問題，對課堂問題作了重新設計，分別提出了如下問題。

甲老師

（1）我們的研究方法是從特殊到一般，請同學們觀察線圈旋轉一周，即從圖甲到圖乙到圖丙再到圖丁。這些位置特殊在哪里？

（2）線圈旋轉時所產生的電動勢是哪種原因引起的？

（3）既然是切割磁感線引起的，那么是哪幾條邊在切割？

（4）線圈在旋轉的過程中，這幾條邊旋轉的速率有沒有發(fā)生改變？

（5）既然旋轉的速率沒有發(fā)生改變，那么是不是意味著這些位置都有感應電動勢？

（6）似乎和有效切割速度有關，如何把它變得更直觀？

討論完畢，學生自主填寫教師課前設計好的表格，教師巡視，在填寫結束答案校對完畢后，又提出如下問題：

（1）圖甲到圖乙和圖乙到圖丙這兩個過程中，電流方向變化了沒有？

（2）既然沒有發(fā)生變化，那么究竟是在哪些位置電流的方向即將發(fā)生變化？

（3）這個位置有何特征？一周幾次經過這個位置？

在學生充分討論后，教師提出中性面的概念，并總結出交變電流方向變化的規(guī)律。

乙老師

（1）ABCD線圈在磁場中繞OO'軸轉動時，哪些邊切割磁感線？

（2）在轉動的過程中，這些位置和磁感線方向是什么關系？

（3）在圖丙中線圈面積S與磁感應強度B是什么關系？磁通量是最大還是最小？感應電動勢是最大還是最小？感應電流方向如何？

在學生討論完畢后，教師總結，圖丙位置就是中性面。利用多媒體課件，屏幕上打出中性面的概念：（1）中性面是線框平面與磁感線垂直的位置。

（2）線圈處于中性面位置時，穿過線圈的φ最大，但■=0。

然后，學生自主填寫教師課前設計好的表格，教師巡視，在填寫結束答案校對完畢后，又提出如下問題：

（1）線框處于中性面時有哪些特點？

（2）線框轉到什么位置時，電流方向改變？線圈轉動一個周期內，交變電流方向改變幾次？

3 課堂效果評析

甲、乙兩位老師圍繞“交變電流方向改變”這個難點的突破，都想通過問題的設計、問題的提出、問題的引導以及問題的解決變講授為交流、討論，變學生的被動學為主動學，但其教學效果大相徑庭，前者課堂氣氛活躍，師生關系融洽，學生操作積極投入，而后者課堂氣氛稍顯沉悶。

同樣是采用了體現(xiàn)學生主體的教學形式，實踐操作為何效果卻大相徑庭呢？關鍵在于教師是否真正掌握了問題設計的原則，設問是否符合認知的過程，是否能有效促進思維的提升與智力的發(fā)展。

學習本節(jié)內容前，學生已經有了一定的電磁感應的基礎知識，但是要遷移應用到本節(jié)課卻是個難點。關于電流方向的判斷，課本中分別提出了（1）（2）兩問。在教學設計中，甲老師選擇了切割的思想，乙老師采用了楞次定律。在解決此問題中，從快捷性上來講，無論是理論還是實踐，乙老師要比甲老師簡潔明了得多。但在解決第（3）問即“當線圈轉到什么位置時，線圈中沒有電流； 轉到什么位置時，線圈中的電流最大？”時，甲、乙兩老師面臨的原理上的困境就不一樣了，切割思想下的特殊位置，可以通過實景的呈現(xiàn)進行有效的判斷，而法拉第電磁感應定律下的磁通量一階導數為零或最大的思想，對于以初等代數為主的高中生來講理論基礎比較薄弱，因而學生深感困惑。當乙老師再以切割的思想加以補充時，在邏輯體系上又顯得凌亂，因而課堂的氛圍較為枯燥、呆板，在難點的突破上更是困難重重，學生的思維也未得到充分發(fā)展。

4 優(yōu)秀的課堂問題設計，“優(yōu)”在何處

有效的課堂問題設計能促進學生由低水平認知向高水平認知發(fā)展，提升學生的智力水平。布盧姆的認知發(fā)展水平理論共分四個層次：第一層次為記憶與觀察，表現(xiàn)為學生回答“是”或“不是”；第二層次為理解和應用，學生行為表現(xiàn)為比較、重新描述、概括、解釋、說明、聯(lián)系、使用；第三層次為分析水平，要求學生進行批判性思考，學生表現(xiàn)為分辨動機、原理、理由、得出結論、進行推論、概括、提供證據、支持觀點、分析信息；第四層次為綜合與評價水平，學生行為表現(xiàn)為創(chuàng)設新穎的問題、預測目標、構造、提出建議、發(fā)展、評價、發(fā)表意見。

依椐認知發(fā)展水平理論，我們分析一下甲老師的問題設計。

第（1）問到第（5）問屬于記憶與觀察的認知水平即認知的第一層次，問題設計中隱含了有序的觀察引導，如：由特殊到一般，由靜止到運動。采用了對比的方法加強對切割的理解，如：同一時刻不同邊切割情況的對比；不同時刻，同一邊有效切割的對比。在知識層面上加強了推導的鋪墊，如：圓周運動速率的變與不變的判斷。

第（6）問屬于理解與應用的認知水平，即認知的第二層。“如何把它變得更直觀？”的提出，旨在引導學生作出任一時刻的截面圖，訓練學生化立體為平面的幾何轉化能力及圍繞有效切割的速度分解訓練。

甲老師在課堂訓練、校對完畢后提出了三個問題，第（1）問屬于第一層次的觀察；第（2）問中的“究竟”一詞的出現(xiàn)意在引導學生比較與推理，屬于認知的第二層次；第（3）問中的“特征上”，意在讓學生自己分析信息找出原因和理由，然后得出結論或對其進行概括，找出支持自己觀點的論據，涉及多角度較高水平的思考，屬于認知的第三層次。

對于甲老師來講，如要進一步提升學生智力水平與思維層次，可以在認知水平的第四層次多作思考，讓學生自己預測問題、解決問題、創(chuàng)設問題并且基于這個問題的內部與外部標準判斷自己的思考、行為和表達的推測，不妨提出如下問題：“有同學認為本題中電動勢的產生是線框轉動時磁通量中有效面積的變化引起的，你能否根據楞次定律與法拉第電磁感應定律來描述電流方向的變化及中性面上相關物理量的特征”。以期為較高層次的學生提供多角度的思考機會，并在理論探究的基礎上加深對電磁感應規(guī)律的深刻理解，從而提升思維的深刻性。

從甲、乙兩位老師問題設計的比較，特別對甲老師問題設計的剖析，我們共同體會到了甲老師如何巧妙地克服了難點，把要解決的問題設計成由淺入深、環(huán)環(huán)相扣的問題，調動學生積極主動地參與學習。學生在沖突中不斷地自我探究，在探究的過程中不斷完善，形成概念，最終掌握了規(guī)律。由于甲老師取得了良好的教學效果，我們可以看到教師對學生思考水平的控制力具有相當大的影響，不同的問題代表著不同的認知水平。在問題設計時，教師就需要做出從低水平認知到高水平認知過程的決策，要能切中學生疑惑之處，能夠引領學生不斷地思考和學習，要由易到難，由有表及里，由具體到抽象，有層次、有梯度，如登山一般，拾級而上，循序漸進，讓學生有一個思考的過程，這樣有利于讓學生正確掌握所學知識，有助于學生克服畏難情緒，把學生的思維一步步引向新的臺階，使學生的智力水平得到充分的發(fā)展。

5 當前中學物理教師“課堂問題設計”水平現(xiàn)狀與建議

能引領學生思考的問題設計可以有效提高一大批學生的認知能力與智力水平，但在整個問題設計水平上，經相關課題組調查統(tǒng)計，中學教師趨向提出明顯低水平的問題，大多集中在認知水平的第一、二層次，主要局限在物理知識層面，囿于物理知識的對錯判斷，高度關注知識目標中對知識的識記和解題的應用。主要服務于測定學生的基礎知識與基本理解能力的目標，以期使他們通過應用這些知識達到較高水平的思考。因而以講授法為主的課堂教學中，大多數教師設計的一些問題主要是圍繞知識進行拆分降難，鋪設臺階，讓教學目標成為一個有意義的建構，課堂效果較好，這也是甲老師開課成功的原因。而屬于較高的第三、四層次的課堂問題設計所占比例較少，學生批判性思維、創(chuàng)新性思維的發(fā)展不夠充分，基于課堂問題設計要有力促進學生的智力快速發(fā)展的思想認識，教師可以利用以前呈現(xiàn)不同水平的問題信息來為低級與高級問題計劃一個最理想的均衡度，以期學生知識目標實現(xiàn)的同時獲得智力的充分發(fā)展。

參考文獻：

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（欄目編輯 鄧 磊）