吳榮華　黃巧曦　林潔清

[摘 ? 要]物理教學(xué)的本質(zhì)是關(guān)于“問題”的教學(xué)。文章根據(jù)問題鏈的教學(xué)特征，融合智慧教室的功能，整理形成基于智慧教室的問題鏈教學(xué)模式，并通過具體的案例對教學(xué)模式的應(yīng)用進行了詳細的呈現(xiàn)，探討了高中物理融合信息化工具的問題鏈教學(xué)。

[關(guān)鍵詞]智慧教室;問題鏈;教學(xué)模式

[中圖分類號] ? ?G633.7 ? ? ? ?[文獻標(biāo)識碼] ? ?A ? ? ? ?[文章編號] ? ?1674-6058（2021）02-0048-03

物理的發(fā)展過程是一個不斷發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的過程，物理的研究和學(xué)習(xí)都是從問題開始的。物理教學(xué)可以看成是一個關(guān)于“問題”的過程。在物理課堂中，通過解決問題實現(xiàn)對知識的建構(gòu)，不僅可以增強學(xué)生對知識的理解，還培養(yǎng)了學(xué)生的高階認知能力。通過信息化手段把一連串具有內(nèi)在邏輯聯(lián)系的問題，形成問題鏈指引學(xué)生思維，從而更好地驅(qū)動學(xué)生解決問題，幫助學(xué)生有邏輯地掌握知識，提升學(xué)生的問題解決能力，促進學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

一、基于智慧教室的“問題鏈”教學(xué)模式

（一）“ 問題鏈 ”教學(xué)模式的含義

教學(xué)模式是在一定教學(xué)思想或教學(xué)理論指導(dǎo)下建立起來的、較為穩(wěn)定的教學(xué)活動框架和活動程序。它是教學(xué)理論的具體化。問題鏈教學(xué)模式（Problem-Link，簡稱PL）是以馬赫穆托夫“問題教學(xué)”理論為依據(jù)，將課堂講授的內(nèi)容設(shè)計成若干個對學(xué)生來說是未知的問題，以具有內(nèi)在、邏輯的問題鏈為主線，以問題為中心的教學(xué)模式?！皢栴}鏈”是指教師根據(jù)教學(xué)目標(biāo)，充分考慮學(xué)生已具備的知識經(jīng)驗和能力，針對學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的思維變化，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容、重點、難點，設(shè)計一系列層次鮮明，彼此聯(lián)系的有效教學(xué)問題（問題鏈）[1]。

（二）“ 問題鏈 ”教學(xué)模式理論

PL教學(xué)模式的理論依據(jù)是馬赫穆托夫的“問題教學(xué)”理論，馬赫穆托夫認為，問題教學(xué)的心理學(xué)依據(jù)是“問題性思維”理論。該理論認為，人們在認識活動中，經(jīng)常會意識到一些難以解決或疑惑的實際問題及理論問題，而現(xiàn)有的條件沒能提供解決問題的方法，過去的知識和經(jīng)驗也沒有經(jīng)過驗證，這時就會產(chǎn)生一種懷疑、困惑、焦慮、探索的心理狀態(tài)，要擺脫這種困境，主體就會積極思維，提出以前未曾有過的新的活動辦法，即完成創(chuàng)造性的行為，這種情境稱為“問題情境”，而解決包含其中問題的心理過程，則叫作“問題性思維”，又稱“創(chuàng)造性思維”或“能產(chǎn)性思維”[2]。

（三）101智慧教室

101智慧教室是針對K12階段教學(xué)場景設(shè)計，憑借移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，依托教育云平臺，通過互動課堂、101教育PPT（https：//ppt.101.com/）、課后作業(yè)系統(tǒng)等智慧應(yīng)用軟件系統(tǒng)和智能硬件，貫穿課前、課中、課后三個環(huán)節(jié)的智慧化教與學(xué)的整體解決方案。101智慧教室應(yīng)用場景分成3種：101平板型智慧課堂場景下，教師通過101教育PPT發(fā)送任務(wù)，可進行推屏、鎖屏、發(fā)送習(xí)題等操作。學(xué)生在PAD上完成相應(yīng)的操作，通過無線網(wǎng)絡(luò)連接，與教師進行課堂互動。家長在家長端APP上可以同步收到學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，并可以對學(xué)生進行學(xué)習(xí)輔導(dǎo);101反饋型智慧課堂場景下，教師通過PC端的101教育PPT發(fā)送任務(wù)。學(xué)生配備一個答題器，通過無線網(wǎng)絡(luò)連接，即可實現(xiàn)課堂答題、搶答等師生互動;101電腦型智慧課堂場景下，在普通的計算機教室，利用學(xué)校原有的電腦設(shè)備，通過安裝智慧教室相關(guān)軟件，實現(xiàn)課堂上的師生互動及數(shù)據(jù)回收反饋，將傳統(tǒng)的計算機教室升級成智慧教室。樣例是在101電腦型智慧課堂的場景下的應(yīng)用。

（四）基于智慧教室的問題鏈教學(xué)的實施

問題的產(chǎn)生及解決過程都需要進行師生、生生的互動，智慧教室的互動功能可以對課堂的交互起到很好的支撐，把智慧教室與問題鏈的教學(xué)模式融合，形成新的基于智慧教室的問題鏈教學(xué)模式，通過一系列的問題鏈驅(qū)動，促使學(xué)生解決問題，提升學(xué)生的問題解決能力及學(xué)科核心素養(yǎng)。

模式流程包括新課引入（產(chǎn)生問題情景、分析情景）、新課進行（提出問題、分析問題、找出方法解決問題以及多個問題的循環(huán)進行）、習(xí)題互動、課堂總結(jié)。

教師先通過實驗等形式引出問題情景，讓學(xué)生針對實驗呈現(xiàn)的現(xiàn)象，對情景問題進行分析思考，通過調(diào)取原有知識的方式對情景進行分析解釋，從而發(fā)現(xiàn)過去的知識和經(jīng)驗不能解決所對應(yīng)的情景引入的新課題。在新課講授中，教師基于情景提出一系列與學(xué)生前知識有邏輯關(guān)系的未知教學(xué)重難點問題，形成螺旋上升的教學(xué)問題，讓學(xué)生在已有知識的支撐下對新情景問題產(chǎn)生驚異感，引導(dǎo)學(xué)生通過信息化的方式（如實拍視頻及虛擬實驗室）展現(xiàn)問題本質(zhì)，并引導(dǎo)學(xué)生分析問題。利用信息化技術(shù)傳授知識，輔助學(xué)生找出解決問題的方法，使學(xué)生在掌握科學(xué)知識和成果的同時，還知曉了這些知識和成果獲得的過程、方法和途徑，強化了學(xué)生的問題意識，發(fā)展了學(xué)生思維的獨立性和創(chuàng)新性?；谡n堂知識，設(shè)置相應(yīng)的互動練習(xí)，并利用信息化工具實現(xiàn)互動習(xí)題的數(shù)據(jù)分析及反饋功能，實時呈現(xiàn)課堂數(shù)據(jù)，幫助教師了解學(xué)情，使教師的講解更有針對性。最后針對課堂內(nèi)容進行總結(jié)，加深學(xué)生對知識及實驗方法的記憶理解，幫助學(xué)生擺脫想要解決問題而形成的懷疑、困惑、焦慮、探索的心理困境，強化學(xué)生的問題意識，發(fā)展學(xué)生思維的獨立性。具體流程如圖1所示。

二、案例分析

以司南版（魯科版）高中物理選修3-3第1章第1節(jié)《分子動理論的基本觀點》的教學(xué)為例，在物理探究室，利用16臺學(xué)生電腦和1臺教師電腦組建智慧教室，對全班48位學(xué)生（以3人為一小組配置1臺電腦）開展課堂探究教學(xué)，教學(xué)中把智慧教室、101教育PPT、物理實拍實驗視頻（用顯微鏡觀察小炭粒的運動）、虛擬實驗室（用顯微鏡觀察微粒的運動） 等信息化工具融入課堂，突破布朗運動的相關(guān)難點。

（一）課題分析

在高中《原子物理》以及《熱力學(xué)》中，有的實物實驗難以完成或?qū)嶒灛F(xiàn)象不好觀察，比如布朗運動，是一種微觀現(xiàn)象，肉眼無法看見，需要借助顯微鏡觀察，所以實驗時，存在一些痛點，比如教師演示實驗，學(xué)生無法觀察顯微鏡下的實驗現(xiàn)象，學(xué)生實物實驗時準備顯微鏡較難。

（二）課程簡介

《分子動理論的基本觀點》這節(jié)課著重學(xué)習(xí)兩個觀點：1.物質(zhì)由大量分子組成;2.分子永不停息地做無規(guī)則運動。由于課堂時間有限，第3個觀點“分子間存在著相互作用力”安排在下一個課時進行學(xué)習(xí)。本節(jié)課的信息技術(shù)創(chuàng)新教學(xué)主要融合在第2個觀點中的“布朗運動”部分，包括：（1）借助實拍實驗高清視頻展示小炭粒在水中的布朗運動;（2）借助虛擬實驗室觀察多個小炭粒的實時運動軌跡，驗證小炭粒運動的無規(guī)則性，解決實物實驗無法實時跟蹤炭粒軌跡的痛點;通過虛擬顆粒模擬微觀運動，呈現(xiàn)布朗運動的成因，解決因?qū)嵨飳嶒灛F(xiàn)象本質(zhì)分析的抽象性而導(dǎo)致學(xué)生難以理解的痛點，把抽象的知識變得更加具象化;再通過虛擬實驗的互動調(diào)節(jié)功能，改變炭粒的大小和溫度，并實時呈現(xiàn)粒子的運動軌跡和運動快慢，直觀的呈現(xiàn)突破了布朗運動影響因素的難點。同時該虛擬實驗中小炭粒的布朗運動及其軌跡為實物實驗的實拍效果，數(shù)據(jù)真實，非常難得，既體現(xiàn)出實物實驗的真實性，又解決了實物實驗的痛點，具有較高的應(yīng)用價值;（3）利用101教育PPT的課堂互動功能，將虛擬實驗顆粒推送給學(xué)生，讓學(xué)生親自體驗操作，增強學(xué)生的印象，幫助學(xué)生理解與記憶相關(guān)知識;同時通過互動習(xí)題，增強了教師與學(xué)生的課堂互動，實時進行課堂反饋，幫助教師了解學(xué)情，從而更有針對性地引導(dǎo)及講解。

采用基于智慧教室的問題鏈教學(xué)模式，對教學(xué)主題（分子動理論）進行細化，設(shè)置成下列問題鏈：問題1.“大量”究竟是多少呢？問題2 .每一個水分子的大小是多少？問題3. 這么多分子是一個緊挨著一個的嗎？問題4.分子的運動是否有規(guī)律？問題5.布朗運動的影響因素有哪些？這些問題形成了一個主題相關(guān)、邏輯嚴密、遞進式的層次關(guān)系，突出了教學(xué)難點、重點和現(xiàn)實問題，強化了學(xué)生的問題意識，培養(yǎng)了學(xué)生的研究能力和自學(xué)能力，使課堂交流由單向變?yōu)槎嘞颉?/p>

（三）教學(xué)實施

1.新課引入

教師通過花露水的實物實驗提出問題：為什么可以聞到花露水的味道？讓學(xué)生體驗實驗現(xiàn)象（聞到花露水的味道），通過調(diào)取原有知識對問題進行分析解釋，引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)舊知：物質(zhì)是由大量分子組成的，分子不停地做無規(guī)則運動，延導(dǎo)出新的問題，大量分子的“大量”數(shù)值大小的知識，引發(fā)學(xué)生分析思考情景問題，進而發(fā)現(xiàn)過去的知識和經(jīng)驗不能解決對應(yīng)情景引入的新問題。

2.新課進行

（1）提出問題1

問題1.“大量”究竟是多少呢？教師引導(dǎo)學(xué)生分析計算1滴水中的分子數(shù)，先分析1 mL=20滴水，再計算1滴水的質(zhì)量，最后得出1滴水有1.7×1021個水分子，再提出10億人，每人每分鐘數(shù)100個，日夜不停地數(shù)，需要3萬年才能數(shù)完1滴水中的分子數(shù)。通過計算得到1滴水中分子的具體數(shù)值，讓學(xué)生對“大量”的具體值有個直觀理解，并把這個數(shù)量級太大的數(shù)值轉(zhuǎn)換為數(shù)分子的時間，讓學(xué)生通過將生活中無法體驗到的數(shù)量級轉(zhuǎn)化為更具體的感觀體驗，引起學(xué)生的共鳴，使學(xué)生對“大量”有更直觀的理解。

（2）提出問題2

問題2.每一個水分子的大小是多少？教師引導(dǎo)學(xué)生計算1個水分子體積，并得出一個水分子的體積為10-10 m3數(shù)量級，再計算得到1滴水單層鋪開的面積達到500 m2，運用這種直觀的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化，增強學(xué)生對分子“小”的體驗感，化抽象為具象，為即將重點學(xué)習(xí)的布朗運動埋下伏筆。布朗運動是微粒的行為，微粒數(shù)量級一般是微米級別的，這種數(shù)量級的尺寸肉眼無法看見。通過這樣的教學(xué)設(shè)計讓學(xué)生認識分子的“小”，有效突破把握數(shù)量級的難點。

（3）提出問題3

問題3.這么多分子是一個緊挨著一個的嗎？教師引導(dǎo)學(xué)生證明水分子間是有空隙的，先通過實物實驗進行模擬演示，在裝滿了乒乓球的燒杯中可以再倒入小鐵珠，酒精與水混合后體積減小的實驗，再演示紅墨水在熱水中比在冷水中擴散快的實驗。通過宏觀實驗現(xiàn)象引發(fā)學(xué)生對微觀粒子的發(fā)散，通過模擬實驗使微觀現(xiàn)象宏觀化、形象化，進而幫助學(xué)生理解擴散現(xiàn)象。

（4）提出問題4

問題4.分子的運動是否有規(guī)律？播放[用顯微鏡觀察小炭粒的運動]的高清實驗視頻，視頻中有實驗操作步驟、實驗現(xiàn)象及實驗分析，學(xué)生觀察視頻的實驗現(xiàn)象，并通過視頻中的實驗分析，理解實驗本質(zhì)。通過高清實物實拍視頻，真實展示小炭粒在水中做布朗運動的軌跡（如圖2所示），用于解決教師演示實驗，學(xué)生無法觀察到顯微鏡下的實驗現(xiàn)象的問題，同時解決學(xué)生進行實物實驗時準備顯微鏡儀器困難的痛點。既體現(xiàn)了實物實驗的真實性，又解決了實物實驗的痛點。

（5）提出問題5

問題5.布朗運動的影響因素有哪些？教師先在白板上演示虛擬實驗室顆粒的運動（用顯微鏡觀察微粒的運動），并講解操作技巧，利用智慧教室推送功能把虛擬實驗室顆粒運動推送給學(xué)生親自操作，學(xué)生分小組在電腦上操作虛擬實驗室顆粒運動（如圖3所示），模擬呈現(xiàn)3個炭粒的運動軌跡（如圖4所示），同時通過調(diào)節(jié)炭粒大小及溫度高低，改變小炭粒運動的快慢。通過觀察多個小炭粒的實時運動軌跡，驗證小炭粒運動的無規(guī)則性，解決實物實驗無法實時跟蹤炭粒軌跡的痛點;通過虛擬顆粒運動模擬微觀運動，直觀呈現(xiàn)布朗運動的成因，解決因?qū)嵨飳嶒灛F(xiàn)象本質(zhì)分析的抽象性而導(dǎo)致學(xué)生難以理解的痛點，把抽象的知識變得更加具體形象;將虛擬實驗顆粒運動推送給學(xué)生，讓學(xué)生親自體驗操作，增強學(xué)生對實驗的印象，促進學(xué)生對知識的理解與記憶。

3.課堂練習(xí)鞏固

通過智慧教室中的101教育PPT的課堂互動功能，把互動習(xí)題推送給學(xué)生，學(xué)生通過小組電腦進行答題，并對學(xué)生答題情況進行回收和數(shù)據(jù)分析，根據(jù)數(shù)據(jù)進行及時講評反饋。通過互動習(xí)題，增強了教師與學(xué)生的課堂互動，實時進行課堂數(shù)據(jù)反饋，幫助教師了解學(xué)情，使講解更有針對性。

4.課堂總結(jié)

課堂總結(jié)，沉淀方法，物質(zhì)是由大量分子組成的，分子在不停地做無規(guī)則運動。布朗運動是微觀粒子運動的宏觀表現(xiàn)，且受到多種因素的影響，通過總結(jié)，加深學(xué)生對知識及實驗方法的記憶理解，幫助學(xué)生總結(jié)重點，厘清脈絡(luò)。

三、總結(jié)與反思

本課題運用問題鏈教學(xué)模式，創(chuàng)設(shè)問題情景，設(shè)置一系列與學(xué)生前知識有邏輯關(guān)系的未知教學(xué)重難點問題，形成螺旋上升的教學(xué)問題鏈（問題鏈），讓學(xué)生在已有知識的支撐下對新情景問題產(chǎn)生驚異感，通過實拍視頻及虛擬實驗室等信息化工具展示問題本質(zhì)，幫助學(xué)生擺脫想要解決問題而形成的懷疑、困惑、焦慮、探索的心理困境，讓學(xué)生不僅掌握科學(xué)知識，還知曉這些知識獲得的過程、方法和途徑，同時培養(yǎng)學(xué)生的研究能力、自學(xué)能力。

[參考文獻]

[1] ?王后雄.“問題鏈”的類型及教學(xué)功能：以化學(xué)教學(xué)為例[J].教育科學(xué)研究，2010（5）：50-54.

[2] ?鄢紅春.問題鏈教學(xué)模式[J].物理通報，2012（9）：9-11.

（責(zé)任編輯 易志毅）