時間：2023-08-23 09:18:17
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“串反并同”意即在電路中，當某個電阻的阻值發(fā)生變化時，凡是與該電阻串聯(lián)的用電器（含電表）的電流、電壓和電功率的變化趨勢與該電阻阻值的變化趨勢相反，凡是與該電阻并聯(lián)的用電器（含電表）的電流、電壓和電功率的變化趨勢與該電阻阻值的變化趨勢相同。
2 “串反并同”規(guī)律的由來
如圖所示，電源的電動勢為E、內(nèi)阻為r，當滑動變阻器R由上而下滑動時，試判斷燈泡L的亮度、電流表和電壓表的示數(shù)以及定值電阻R0的電流、電壓、電功率如何變化？
分析：當滑動變阻器R由上而下滑動時，它被連入電路的電阻變小，燈泡支路的電阻R1＝R＋RL減小，則R外＝R1R0/（R1＋R0）＝R0/（1＋R0/R1）減小，由閉合電路歐姆定律：I＝E/（R外＋r）知，通過電源的電流I增大，那么U內(nèi)＝Ir必定增大，U外＝E－U內(nèi)減小，通過定值電阻R0的電流I0＝U外/ R0減小，它兩端的電壓U0＝U外減小，其電功率P0＝U02/R0減??；通過燈泡支路的電流I1＝I－I0是增大的，電流表的示數(shù)增大；燈泡兩端的電壓UL＝I1RL是增大的，則電壓表的示數(shù)增大，燈泡的功率P＝I12RL增大，其亮度變亮。
可見，當滑動變阻器R連入電路的電阻變小時，與之串聯(lián)的燈泡的電流、電壓、電功率增大，電流表、電壓表的示數(shù)增大；與之并聯(lián)的定值電阻R0的電流、電壓、電功率均增大，所以在此將其總結(jié)為“串反并同”。
3 “串反并同”規(guī)律的應(yīng)用
3.1 在全電路動態(tài)分析問題中的直接應(yīng)用
例1 如圖所示電路中，A、B、C、D是只相同的電燈，當滑動變阻器的滑鍵上滑時，各燈的亮度怎樣變化？
解析 首先判斷A、B、C、D四只電燈與滑動變阻器的連接方式，其中B、D與滑動變阻器串聯(lián)，A、C與滑動變阻器并聯(lián)。據(jù)“串反并同”知，當滑動變阻器的滑鍵上滑時，它被連入電路的電阻增大，那么與之串聯(lián)的B、D電燈的電流、電壓、電功率隨之減小，與之并聯(lián)的A、C電燈的電流、電壓、電功率隨之增大，而電燈亮度的變化取決于其電功率的變化。因此，當滑動變阻器的滑鍵上滑時，電燈A、C變亮，電燈B、D變暗。
3.2 在全電路動態(tài)分析問題中的間接應(yīng)用
例2 如圖所示電路中，當可變電阻R的阻值增大時
A．UAB增大，IR增大；
B．UAB減小，IR減??；
C．UAB減小，IR增大；
D．UAB增大，IR減小。
解析 結(jié)合電路圖和選項，我們設(shè)想在
A、B兩點并聯(lián)一個電壓表，在可變電阻R所在支路串聯(lián)一個電流表，那么，當可變電阻R的阻值增大時，根據(jù)“串反并同”規(guī)律知，與之并聯(lián)的電壓表示數(shù)增大、與之串聯(lián)的電流表示數(shù)減小，因而UAB增大，IR減小，選項D正確。
3.3 在電路故障分析中的應(yīng)用
例3 在如圖所示的電路中，燈泡A和B都是正常發(fā)光的。忽然B燈比原來變暗了一些，而A燈比原來亮了一些。試判斷電路中什么地方出現(xiàn)了斷路故障?
解析 a.斷路（相當于該處電阻增至無窮大）使電路中電阻增大。
b.B燈比原來變暗，說明B燈中電流減小，根據(jù)“串反并同”規(guī)律，斷路處必定與B燈串聯(lián)。
c.A燈比原來變亮，說明A燈中電流增大，根據(jù)“串反并同”規(guī)律，斷路處必定與A燈并聯(lián)。
根據(jù)以上分析可知，R2出現(xiàn)了斷路故障。
可見，利用“串反并同”規(guī)律處理具體問題，關(guān)鍵在于深刻理解“串反并同”規(guī)律的具體含義和判斷電路中的元件與可變電阻的串、并聯(lián)關(guān)系．只有這樣，才能熟能生巧，才能提高分析、解決問題的能力。
練習(xí)
1．在如圖所示電路中，當變阻器R3的滑動頭P自a向b滑動時
A．電壓表示數(shù)變大，電流表示數(shù)變??；
B．電壓表示數(shù)變小，電流表示數(shù)變大；
C．電壓表示數(shù)變大，電流表示數(shù)變大；
D．電壓表示數(shù)變小，電流表示數(shù)變小。
2．在如圖所示電路中，當開關(guān)斷開時，各燈亮度變化情況正確的是
A．L1變亮，L2變亮；
B．L1變亮，L2變暗；
要教會學(xué)生逐步研究問題的方法
教會學(xué)生根據(jù)實驗課題確定研究的方法和實驗步驟，并在操作過程中給與方法的指導(dǎo)，從根本上提高學(xué)生的探索能力.例如，研究滑動摩擦力的實驗，可以先引導(dǎo)學(xué)生思考滑動摩擦力可能跟哪些因素有關(guān).讓學(xué)生自己分析，不要加框框，不要一下子就報書本上的分析和盤托出.對于學(xué)生分析過程中出現(xiàn)的差錯要因勢利導(dǎo).當眾多因素分析出來以后，教師可傳授學(xué)生常用的研究方法：只讓其中一個因素改變，而保持其他因素不變，觀察摩擦力跟這個被改變的因素的關(guān)系.至于哪一個因素改變，可以讓學(xué)生自行確定.然后，再引導(dǎo)學(xué)生對照課本上所寫的步驟實驗.經(jīng)過這樣改革后，使學(xué)生了解到書本上的步驟原來有一般規(guī)律可循，同時也可以使學(xué)生初步嘗試到，即使課本上不寫明，自己也有能力確定步驟.
該段論述中的研究方法就是控制變量法，不過沒有給其命名.
綜觀本世紀之前的各種版本初中物理教材，跟研究滑動摩擦力相類似的實驗，都有編者按照控制變量法思路預(yù)先編好了實驗步驟，學(xué)生只要按照既定步驟操作就達到了當時物理學(xué)科教學(xué)大綱的目標，不需要學(xué)生了解這些步驟的由來，更不需要學(xué)生自己來設(shè)計實驗步驟.顯然，當時初中物理教學(xué)的重點是放在由實驗得出的知識結(jié)論，至于得出結(jié)論的實驗所蘊含的哲理和內(nèi)涵那是綱外之物，未作重點要求.
久旱遇甘霖，長夜見曙光.直到本世紀初出版的初中物理教材，控制變量法等多種科學(xué)方法在教材中正式亮相，并作為學(xué)生能力培養(yǎng)的重要目標要求.初中物理實驗教學(xué)中有眾多實驗探究采用控制變量法，但直到在探究影響電阻大小的因素活動中，才出現(xiàn)控制變量法五個字的初步定義.教材簡介了該科學(xué)方法的定義、作用，并要求回顧曾探究哪些實驗活動用到此科學(xué)方法.
2 初中物理控制變量法重點應(yīng)用薈萃及典例剖析
初中物理教材中主要有13個重點實驗探究活動，運用了控制變量法研究.其應(yīng)用之廣，影響之深，作用之大是各種科學(xué)研究方法所望塵.現(xiàn)羅列如下：（1）探究滑動摩擦力大小的因素；（2）探究壓力作用效果與那些因素有關(guān)；（3）探究影響液體內(nèi)部壓強大小的因素；4.探究影響浮力大小的因素；（5）探究動能的大小與哪些因素有關(guān)；（6）探究重力勢能的大小與哪些因素有關(guān)；（7）探究影響導(dǎo)體電阻大小的因素；（8）探究通過導(dǎo)體的電流與電壓、電阻的關(guān)系（即歐姆定律）；（9）探究影響電流做功多少的因素；（10）探究影響電流熱效應(yīng)的因素；（11）探究電磁鐵的磁性強弱與那些因素有關(guān)；（12）探究磁場對電流的作用；（13）怎樣改變感應(yīng)電流的方向.
怎樣才能做到有的、有序、有機、有效地運用控制變量法呢？
第一，要明確研究對象的物理量.從數(shù)學(xué)視覺看，這個物理量就是應(yīng)變量.例如，壓力的作用效果就是壓強的大??；電流的熱效應(yīng)就是電熱的多少.
第二，要排出影響應(yīng)變量大小的其它物理量.從數(shù)學(xué)視覺看，這些物理量就是自變量.特別應(yīng)注意，對運用控制變量法的自變量至少兩個.例如，影響電磁鐵磁性強弱的因素主要相關(guān)電流大小和線圈匝數(shù)，就有兩個因素；影響電流做功的因素有電壓、電流、通電時間三個因素.
第三，要在前兩步的基礎(chǔ)上，采用“一對一”原則研究應(yīng)變量和各個自變量的關(guān)系.所謂“一對一”原則，即確定應(yīng)變量和某一自變量是否有關(guān)系，有怎樣的關(guān)系時，必須控制該自變量以外的變量保持不變，只改變這個被研究的自變量.例如，在探究通過導(dǎo)體的電流與電壓、電阻的關(guān)系（即歐姆定律）時，應(yīng)變量就是電流I，自變量就是電壓U和電阻R，探究活動就可以分兩步進行.一步是保持導(dǎo)體電阻不變，改變導(dǎo)體兩端電壓，觀察導(dǎo)體中的電流隨電壓的變化而變化；另一步驟是保持導(dǎo)體兩端電壓不變，改變接入導(dǎo)體的電阻，觀察電流隨電阻的變化而變化.
第四，逐一研究后進行歸納 ，找出應(yīng)變量跟有關(guān)自變量的關(guān)系.上述實驗中，只有第8個實驗得出歐姆定律的定量關(guān)系.其余探究活動得出都是定性結(jié)論.不過，第9個電功W和第10個電熱Q實驗得出定性關(guān)系后，教材用“進一步研究證明”“大量實驗研究發(fā)現(xiàn)”將定性結(jié)論上升到定量關(guān)系.
上述四步中，難度最大的是第二步.如果在猜想和假設(shè)中排出了很多看是相關(guān)的自變量，解釋不好，就有可能降低教學(xué)效果，甚至出現(xiàn)該課堂教學(xué)失控，致使第三步“一對一”分步驟實驗大費周折，這要引以為戒.教師課前備課時，要作充分估計，預(yù)先想好應(yīng)變解釋措施.猜想和假設(shè)時，要有的放矢引導(dǎo)是關(guān)鍵.還有一類猜想的自變量是相互關(guān)聯(lián)的物理量，它們和應(yīng)變量都有關(guān)系，但不需要都介入作為自變量處理，收拾哪個作為自變量，很有講究，教者或許難以駕馭，本文第三部分將專門討論這個問題.
下面舉幾個實驗案例，簡要說明一下控制變量法的應(yīng)用.
案例1 探究通過導(dǎo)體的電流與電壓、電阻的關(guān)系（即歐姆定律）
職高生相對于普通高中生來說一般學(xué)習(xí)基礎(chǔ)較差，知識缺漏多，學(xué)習(xí)主動性差，自卑心理強，上進心不足，為了徹底改變這一不良狀況，作為教師首先要對其加強勵志教育，做好耐心細致的思想教育工作，建立融洽的師生關(guān)系，真誠相待，主動和他們交知心朋友，不歧視，不訓(xùn)斥。同時要對其加強學(xué)習(xí)目的教育，從而進一步激其斗志，引導(dǎo)其端正態(tài)度，矯正學(xué)生的厭學(xué)心理，喚醒他們學(xué)好物理的積極性和主動性，培養(yǎng)他們學(xué)習(xí)物理的興趣。
二、明確目標，端正態(tài)度，因材施教
依據(jù)職業(yè)高中物理教學(xué)要求和教學(xué)規(guī)律，物理教師要明確教學(xué)目標，端正教學(xué)態(tài)度，正確把握教育思想，著力強調(diào)基礎(chǔ)教育，堅決克服片面追求升學(xué)率思想的影響，改變一切圍繞升學(xué)有望學(xué)生轉(zhuǎn)的錯誤做法，把目光轉(zhuǎn)移到大多數(shù)學(xué)生身上來。在教學(xué)活動中教師既要眷顧拔尖生，又要兼顧中下游學(xué)生，要嚴格按照大綱、教材的內(nèi)容教學(xué)，不超綱要求，不任意加深、加難教學(xué)內(nèi)容，不貪多求全，不加快進度，不頻繁考試，不制造人為分化，要著力改變課堂教學(xué)枯燥乏味、教學(xué)方法陳舊、滿堂灌、黑板上做實驗的模式，進一步增強教學(xué)的趣味性、藝術(shù)性，使學(xué)生時時有新發(fā)現(xiàn)的感覺，從而進一步培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。
具體做法是：密切聯(lián)系生活、生產(chǎn)實際，以一些新奇實例引起學(xué)生共鳴，激發(fā)興趣；發(fā)揮實驗的作用，引起學(xué)生的好奇心；開展以小實驗、小制作、小競賽為內(nèi)容的第二課堂活動；盡量采用多媒體教學(xué)投影模型等先進直觀的教學(xué)手段等。
通過這些手段，讓學(xué)生充分參與到教學(xué)實踐活動中，從而進一步增強學(xué)生自覺動手的能力，并激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。為了達到這個目的教師在教學(xué)中要按學(xué)生實際水平制訂教學(xué)計劃，設(shè)計教學(xué)方案，認真聽取他們的意見，給予他們施展才能的機會，使他們在學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、解決問題。通過學(xué)生的回答與補充，教師的點撥和總結(jié)，使學(xué)生能積極地動腦思考，動口表述，動手操作，使興趣由分析問題得到強化，由解決問題得到穩(wěn)定。
三、注重學(xué)法指導(dǎo)，加強能力培養(yǎng)
根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的實際，教師可開設(shè)學(xué)法課，通過舉辦學(xué)法講座，矯正學(xué)生學(xué)習(xí)的不良習(xí)慣，灌輸學(xué)習(xí)技法和竅門，改變死記硬背的壞習(xí)慣，引導(dǎo)他們課前根據(jù)學(xué)習(xí)目標預(yù)習(xí)教材：在復(fù)習(xí)、掌握教材的基本概念、原理的前提下完成作業(yè)；在掌握原理、步驟及注意事項的基礎(chǔ)上進行實驗操作；按照就近、自愿的原則，養(yǎng)成好學(xué)生幫中差學(xué)生的習(xí)慣，組織以計、讀、做、算、繪等基本技能為內(nèi)容的各種競賽活動，使學(xué)生所學(xué)知識得到鞏固，思維能力得到培養(yǎng)，實作能力得到提高。
四、教輔結(jié)合，挖潛提效
為了進一步挖潛提效，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的自覺性、主動性，提高他們的動手能力和創(chuàng)造性，教師在教學(xué)實踐中要做到教輔結(jié)合，要采取統(tǒng)一授課、分組練習(xí)、分別輔導(dǎo)的方法進行教學(xué)，具體要做到“五多一先”：多鼓勵、多提問、多板書、多檢查、多輔導(dǎo)，先批改作業(yè)。針對不同層次的學(xué)生在課堂練習(xí)、布置作業(yè)和考試命題時要提出不同層次的要求。與此同時，教師還要辦好輔導(dǎo)班，幫助學(xué)生消化書本知識，幫助解答疑難，指導(dǎo)解題方法，及時補齊知識上的缺陷。教師在日常教學(xué)工作中要有的放矢地抓住學(xué)生的閃光點，為他們創(chuàng)造成功的條件和機會，保證他們在學(xué)習(xí)活動中的平等地位，同時要采用各種形式或途徑，進行表揚鼓勵，實行激勵評價，激起他們的成功欲望，使他們能品嘗到成功的喜悅，喚起他們的自信心，使他們學(xué)有目標，趕有方向，逐步提高。通過這些途徑，以知識為載體，從“以人為本”的思想出發(fā)，來進一步培養(yǎng)和提高學(xué)生求知欲望，使學(xué)生從自己的進步中看到自己的潛力，從而重新認識了自己。
五、采用多種教學(xué)方法，降低學(xué)習(xí)難度
1 關(guān)注遷移能力的考查，努力觸及本質(zhì)
知識的遷移能力既基于又超越知識的簡單重現(xiàn).這里所說的遷移不是一般意義上的由此及彼，而是指向物理本質(zhì)的遷移運用.這一方面有些情況是喜人的，例如近年的考題中，對“效率”知識點的考查范圍已經(jīng)不再局限于機械效率，能夠考查出效率的真實含義.但有些知識點，遷移的觸角尚未觸及或觸及不深.
例如最基本的單位換算，通常的考查方式容易讓學(xué)生對某個單位進行簡單換算，如長度單位換算考查側(cè)重點一般就是不同長度單位間的換算，電流單位換算考查側(cè)重點也一般就是電流.而事實上，對于大多數(shù)單位的換算而言，關(guān)鍵在于弄清國際單位制中，某物理量的基本單位前面所加的“詞冠”的含義：兆、千、分、厘、毫、微、納等，并且要弄清它們之間的關(guān)系，掌握了這一關(guān)系，則單位換算的關(guān)系便不再孤立、單一，即使遇到陌生的單位，只要看到詞冠，也能知道換算關(guān)系.
本題中最后一個空格的編制便能體現(xiàn)這樣的意圖：“步”不是一個真實的物理意義上的單位，但類似于步的單位在生活中常用，如用人的拇指與食指指尖距離、兩手臂伸直后兩手之間的距離等.當考查的視角從物理單位的換算擴大到日常所用單位的換算，我以為能考查學(xué)生頭腦中有無詞冠關(guān)系的意識與能力，從而將單位換算的教學(xué)引向本質(zhì).
復(fù)合單位亦是如此，一個物理量的單位若是復(fù)合單位，則其決定于此物理量的定義式，上題中第二個空格即可考查學(xué)生是否認識到這一點.我們甚至還可以更進一步：基于學(xué)生熟悉的物理量給出一個陌生公式，讓學(xué)生推導(dǎo)這個新物理量的單位，在這樣一個更為陌生的情境里，可以更好地考查學(xué)生是否熟悉復(fù)合單位的由來.
沿著這一思路，用比值法定義的物理量及相應(yīng)物理量的意義等，也同樣可以考查學(xué)生的遷移能力.例如，在學(xué)習(xí)重力的時候，我們可以在復(fù)習(xí)了速度、密度物理意義的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生先自行嘗試說出g的物理意義.這同樣可以培養(yǎng)學(xué)生的遷移能力.
2 關(guān)注發(fā)散能力的考查，為了親近智慧
考查知識的發(fā)散能力其實就是考查學(xué)生的發(fā)散思維，可是由于應(yīng)試壓力，物理教學(xué)容易囿于教材，日常教學(xué)中較難以實現(xiàn).
以“比較物體運動快慢”為例，初中階段一般強調(diào)比較物體運動有兩種方法：相同路程比時間；相同時間比路程.很多課堂上一般都是這樣的情形：得出速度定義后引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)，物理上用的速度其實就是“相同時間比路程”，所用的措辭一般也是“我們物理上規(guī)定，用單位時間內(nèi)通過的路程來比較物體運動的快慢”.那為什么不用“相同路程比時間”呢（即速度公式變成v=ts）？教師常用“有興趣的同學(xué)課后繼續(xù)研究”或“我們物理上就這么規(guī)定的”之類的話帶過.
對于高中生，解釋通常是這樣的：一個物體一段時間內(nèi)位移可能為0（物體運動一段時間后回到出發(fā)點），則用公式v=ts便會出現(xiàn)分母為0，分式無意義的情形.而對于初中生，是不好這樣解釋的，但這個問題又無疑又是值得研究的，只好另想辦法.
題目編制 小華是一個愛思考的學(xué)生，他想：既然用“相同路程比時間”也可以比較物體運動的快慢，為什么不用v=ts來作為速度的表達式呢？就這個問題他去請教老師，老師說：“假設(shè)某物體靜止了10 s，你用v=ts計算試試，看會出現(xiàn)什么情況.”請你幫小冬寫出計算過程，并說明用此式作為速度表達式的不合理之處.
（提示：數(shù)學(xué)分式有意義的條件.）
靜止是運動的一部分，是物體運動快慢中慢的極限，當然也在初中生的思維能力之內(nèi).本題選取靜止這一情形，利用分式中分母不能為零，來證明公式v=t/s實際上是不能用來比較物體運動快慢的.
這樣的題目對于學(xué)生而言，延伸了課堂的長度與思維的寬度，既可以滿足學(xué)生思維的需要，從而開拓學(xué)生的思路，又能完善學(xué)生的認知體系，有利于真正培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維能力；對于教師而言，也可以引領(lǐng)教師形成走出教材的意識與能力，是一種積極作用.
3 關(guān)注物理學(xué)史的考查，一手牽著哲學(xué)
物理源頭在古希臘哲學(xué)，物理學(xué)行走至今，從來沒有離開過哲學(xué).但，當下教學(xué)并不能很好地體現(xiàn)這一點.
題目編制 17世紀英國著名哲學(xué)家培根曾有名言：知識就是力量.對于生活在今天的我們，這句話是恰如其分的，因為知識的力量已經(jīng)并將繼續(xù)強烈地改變我們的生活.下面選項中不屬于推動社會進步的科技力量的是
A.牛頓第一運動定律的發(fā)現(xiàn)，使得人們能夠準確地判斷宏觀物體的運動
B.原子裂變的發(fā)現(xiàn)使得人們利用原子能發(fā)電
C.原子彈的制造使得人們可以掌握更為先進的殺傷性武器
D.歐姆定律的發(fā)現(xiàn)使得人們可以更有規(guī)律地利用電
【中圖分類號】G622 【文獻標識碼】A 【文章編號】1006-5962（2013）031（b）-0136-01
物理新課程標準把“情感、態(tài)度與價值觀”作為課程最重要、最核心的目標之一，與知識和技能、過程與方法一起作為課程的三維目標。情感、態(tài)度與價值觀的滲透，對教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)知識有一定的導(dǎo)向和激勵作用，決定學(xué)生認知水平和發(fā)展方向。
1 研讀《課標》要求。領(lǐng)會情感、態(tài)度與價值觀的重要意義
教師在教學(xué)過程中對教學(xué)中的“知識與技能”“過程與方法”相對來說比較重視，因為在應(yīng)試教育的體制下，教師沒有時間和過多的精力放在學(xué)生情感、態(tài)度與價值觀的教育上，也有教師在教學(xué)中根本就不知道所謂的情感、態(tài)度與價值觀的要求，何為滲透呢？其實是避重就輕了。學(xué)生在形成正確的人生觀，積極的學(xué)習(xí)態(tài)度和良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣都是情感、態(tài)度的教育，這些都是做人的基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)動力的方向。讓學(xué)生感受到每一個物理概念和規(guī)律的由來，又深深地對物理學(xué)家探索科學(xué)之路的艱辛歷程所感動，從而增強對物理的情感和歷史責(zé)任感。通過生活中的實例來學(xué)習(xí)物理，學(xué)會如何學(xué)習(xí)，如何探究，養(yǎng)成事實求是的科學(xué)態(tài)度，具有一定的創(chuàng)新精神。讓學(xué)生領(lǐng)略自然現(xiàn)象中的美妙與和諧，培養(yǎng)學(xué)生有終身探索的興趣，客觀的認識世界、發(fā)展世界?！稑藴剩?011年版）》促進了教師的教學(xué)研討和反思，促進了教師的專業(yè)發(fā)展和全面發(fā)展，新的理念已成為教師工作的“航標燈”，引領(lǐng)物理教學(xué)向前、更高的發(fā)展，也讓物理教學(xué)煥發(fā)出勃然生機。
布魯納認為：“學(xué)習(xí)者在一定的問題情境中，經(jīng)歷對學(xué)習(xí)材料的親身體驗和發(fā)展過程，才是學(xué)習(xí)者最有價值的東西。”現(xiàn)代教學(xué)理論認為，“問題情境――建立模型――解釋、應(yīng)用、拓展”的基本教學(xué)模式，是課堂教學(xué)的主要形式。因此在進行教學(xué)設(shè)計時，問題情境的創(chuàng)設(shè)顯得尤為重要，它將直接影響學(xué)生的學(xué)習(xí)活動，影響課堂教學(xué)效率。適宜的問題情境將撬動學(xué)生的思維，不斷維持學(xué)習(xí)動力，促進學(xué)生主動學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)質(zhì)量，從而提高教學(xué)效率。下面結(jié)合自己的教學(xué)實際，就如何創(chuàng)設(shè)良好的問題情境，談?wù)勛约旱囊恍┐譁\認識。
一、問題情境的概念界定
問題情境是指教師利用各種教學(xué)手段，有目的、有意識地創(chuàng)設(shè)各種教學(xué)情境，促使學(xué)生去質(zhì)疑、問難，從而主動地進行學(xué)習(xí)與探究。它是一種具有特殊意義的教學(xué)環(huán)境，它并不是教師通過語言、教材或其他教學(xué)手段向?qū)W生呈現(xiàn)明確的問題，而是通過一些事例、實驗或其他學(xué)習(xí)材料設(shè)置具有一定難度且力所能及的學(xué)習(xí)任務(wù)。它的核心是引出新問題，促進學(xué)生積極產(chǎn)生思維動機，從而主動投入學(xué)習(xí)中。
創(chuàng)設(shè)適宜的問題情境的主要作用表現(xiàn)為：（1）適宜的問題情境極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使其明確學(xué)習(xí)目標，積極主動地參與學(xué)習(xí)。（2）通過問題情境，引出問題、提出猜想、展開討論及探究，有利于培養(yǎng)學(xué)生問題意識、質(zhì)疑及科學(xué)探究能力，提升學(xué)生的綜合學(xué)習(xí)能力。（3）適宜的問題情境，能幫助學(xué)生理解掌握所學(xué)知識，有助于對所學(xué)知識的自我建構(gòu)，并將所學(xué)知識應(yīng)用于實踐，提高學(xué)生的綜合科學(xué)素養(yǎng)。（4）適宜的問題情境，使我們的學(xué)習(xí)有了積極的情感體驗，對提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果有著重要的意義。
二、問題情境創(chuàng)設(shè)的原則
通過創(chuàng)設(shè)問題情境引發(fā)學(xué)生提出問題，從而進行探究性的學(xué)習(xí)，這是一個重過程、重探究、重能力的教學(xué)活動，它的教學(xué)設(shè)計具有很強的針對性，對課堂的動態(tài)生成有著很好的預(yù)設(shè)。因此，在創(chuàng)設(shè)適宜的問題情境時，教師應(yīng)遵循以下原則：
1.“學(xué)為中心”的原則
學(xué)生的學(xué)習(xí)是在已有的經(jīng)驗認識和知識的基礎(chǔ)上，通過與外界的相互作用來構(gòu)建的。問題情境的創(chuàng)設(shè)必須從學(xué)生的生活經(jīng)驗及原有認知出發(fā)，既注重學(xué)生對知識的學(xué)習(xí)建構(gòu)，又突出學(xué)生能力的提升，培養(yǎng)學(xué)生的綜合科學(xué)素養(yǎng)。在實際教學(xué)中，從問題的提出到解決，最后到科學(xué)知識的建構(gòu)，始終以學(xué)生的學(xué)為中心，引導(dǎo)學(xué)生觀察思考、分析討論、歸納提升。
2.方向性原則
適宜的問題情境必須把學(xué)生的思維引到“要點”上，引出關(guān)鍵問題，明確學(xué)習(xí)目標及內(nèi)容，完成學(xué)習(xí)任務(wù)。學(xué)生在教師創(chuàng)設(shè)的問題情境中展開積極主動的學(xué)習(xí)，使整個課堂教學(xué)有的放矢。
3.科學(xué)性原則
適宜的問題情境必須是反映或揭示科學(xué)知識、規(guī)律及事物的本質(zhì)，必須是符合科學(xué)規(guī)律的，切合生活生產(chǎn)實際，不能脫離實際，違背科學(xué)。
4.循序漸進原則
適宜的問題情境要有合理的程序性和梯度性。要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容及學(xué)生認知及思維水平特點，把一些復(fù)雜的問題情境設(shè)計成多個不同梯度的問題情境；不同的學(xué)生，同一教學(xué)內(nèi)容可以創(chuàng)設(shè)不同的問題情境；使我們的課堂教學(xué)由易到難、由淺入深、由表入里的循序漸進的展開。
三、創(chuàng)設(shè)問題情境的具體途徑
1.巧設(shè)實驗，激發(fā)學(xué)生的探究欲望
科學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科。在教學(xué)實踐中，教師要善于利用各種實驗，創(chuàng)設(shè)寓教于樂的問題情境或再現(xiàn)知識的形成過程。各種靈活多變、新穎有趣的實驗激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，能夠引導(dǎo)學(xué)生主動進行科學(xué)探究，幫助學(xué)生理解掌握所學(xué)知識。例如，在《滑動變阻器》的教學(xué)中，用鉛筆芯做一個簡易的變阻器調(diào)節(jié)小燈泡的亮度，從而引導(dǎo)學(xué)生理解變阻器的原理及作用。又如，在氫氧化鈉能與二氧化碳反應(yīng)性質(zhì)的教學(xué)中，我就設(shè)置了如右圖實驗，學(xué)生看了后自然很好奇：氣球為什么會變大？學(xué)生自然會想到是由于瓶內(nèi)外氣壓的變化引起氣球膨脹的。那么氣壓為什么會變化呢？學(xué)生馬上會提出問題：燒瓶內(nèi)的二氧化碳氣體是溶入燒堿溶液，還是與燒堿溶液發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)？引入探究：如何檢驗二氧化碳與氫氧化鈉發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)……該情境的創(chuàng)設(shè)激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究欲望，有利于驅(qū)動學(xué)生提出問題，并積極進行思考，啟發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)造性思維，有利于教學(xué)目標的達成，教學(xué)效果良好。
【案例】阿基米德原理
傳統(tǒng)課堂教學(xué)得到阿基米德原理的實驗方法是“排水法”，即把物體浸入水中，將排開的水收集起來，測出其重力，發(fā)現(xiàn)排開水的重剛好等于浮力的大小。這個實驗簡單，也很巧妙，但學(xué)生在探究浮力大小的過程中，起初很難將浮力的大小與排開水的重聯(lián)系到一起。為此，我創(chuàng)設(shè)了如下的實驗情境：找兩個相同氣球（輕薄），其中一個里面裝滿細沙，另一個裝滿水，控制好裝滿細沙或水后兩個氣球的體積相同，分別掛在彈簧秤下慢慢浸入水中，直到浸沒。學(xué)生發(fā)現(xiàn)隨著氣球慢慢浸入水中，彈簧秤的讀數(shù)越來越小，且裝滿水的氣球浸沒水中后，彈簧秤的讀數(shù)為零。根據(jù)上述實驗現(xiàn)象分析比較浮力大小，思考浮力大小可能跟什么因素有關(guān)？進而引導(dǎo)學(xué)生將浮力大小與排開水的重力之間建立聯(lián)系，再用“排水法”進行驗證，得出阿基米德原理。
2.游戲為伴，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣
美國教學(xué)學(xué)者杜威建議：最好的學(xué)習(xí)方式是玩中學(xué)。游戲是兒童的天堂，教師要根據(jù)學(xué)生心理特點，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計各種游戲，創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，寓教于樂，讓學(xué)生在“玩樂”中完成科學(xué)的探究，在體驗中獲得了新的知識，發(fā)展了合作學(xué)習(xí)的能力，挖掘了學(xué)生學(xué)習(xí)的潛力，真正做到“玩中學(xué)、學(xué)中玩”。例如，在《密度》的教學(xué)實踐中，我設(shè)計了如下游戲活動：給每個小組準備一個牛皮紙袋，里面裝有許多大小形狀相同的泡沫、塑料、木塊、橡膠、鋁、鐵、銅等物塊（物塊表面用紙包裹粘貼）。請學(xué)生們從中摸一個物塊出來，并猜猜該物塊是什么，最后剝開外層紙看看自己究竟猜對沒有。活動結(jié)束后學(xué)生交流討論判斷物塊的依據(jù)有哪些，從而引導(dǎo)學(xué)生認識相同體積的不同物質(zhì)質(zhì)量不相同的這一特性，即密度。
【案例】時區(qū)
在教室外的一塊空地上，讓班級中24個學(xué)生手拉手、面向外，背對中心圍成一個圓圈。這個圓圈代表球。學(xué)生可以圍繞圓心勻速轉(zhuǎn)動。再請幾位同學(xué)手拉手排成一字形，他們離開這個圓圈有一定的距離，面向這個圓圈。以他們的目光代表太陽發(fā)出的陽光。
當圓圈轉(zhuǎn)動到某一時刻，有的同學(xué)正對太陽光，有的同學(xué)側(cè)對太陽光，有的同學(xué)背對太陽光，有的同學(xué)側(cè)背對的太陽光。請學(xué)生思考：
在什么位置是白天的中午12點？在什么位置是夜晚的12點？在什么位置是早晨6點？在什么位置是晚上6點？上午9點的位置大約在哪里？下午3點的位置大約在哪里？晚上9點的位置和凌晨3點的位置大約在哪里？
再請同學(xué)說說自己所處的位置大約是幾點。
教師可以用一根長的繩子，請任意兩個同學(xué)拿住它的兩端，這表示兩個同學(xué)在打電話。請其他同學(xué)說出他們分別在當?shù)氐氖裁磿r間打的電話。
如果一位公司職員上午8點給一位在國外的朋友打電話，而這個朋友接電話的時間是當?shù)氐耐砩?0點，那么我們應(yīng)該將繩子的兩端給哪兩個同學(xué)？
通過這一游戲活動，使得全班同學(xué)都能感受到世界各地的時刻為什么不同，所以有必要按照一定的規(guī)則劃分時區(qū)。
3.利用學(xué)生的認知矛盾，進行科學(xué)知識的重建
教師要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，充分利用學(xué)生的生活經(jīng)驗及認知特點，精心設(shè)置一些與學(xué)生原有的認知相沖突的問題情境，引發(fā)學(xué)生的認知矛盾，使學(xué)生處于“憤”“悱”狀態(tài)。學(xué)生經(jīng)過積極努力的思考與討論，通過科學(xué)的實驗探究，最終轉(zhuǎn)變原有的錯誤認知，建立起科學(xué)的概念，從而完成科學(xué)知識的重新建構(gòu)。例如，在《牛頓第一定律》教學(xué)中，學(xué)生頭腦中總有“力是維持物體運動的原因”這一錯誤前概念，而且根深蒂固。為了暴露并轉(zhuǎn)變學(xué)生頭腦中錯誤的前概念，我設(shè)計了如下問題情境：播放一段足球比賽的視頻，最后定格在“足球在空中飛行”和“足球在離開運動員繼續(xù)在草坪上滾動時”的兩個畫面。設(shè)問：足球在上述兩種運動情況時，有力在維持它運動嗎？學(xué)生通過積極的思考，就會對自己原有的觀點提出質(zhì)疑，并產(chǎn)生強烈的探求新知識的欲望。此時教師應(yīng)抓住契機，引導(dǎo)學(xué)生進一步探究，進行科學(xué)知識的重新建構(gòu)。
【案例】有關(guān)電動機（非純電阻電路）電能的計算問題
平時教師大多是直接告知學(xué)生并強調(diào)：“歐姆定律及電能計算中的一些推倒公式是不適用于電動機等非純電阻電路的計算”這一結(jié)論。但學(xué)生在解決實際問題時還是經(jīng)常出現(xiàn)思路不清，亂用公式等錯誤。究其原因：（1）學(xué)生沒有真正理解電動機中的電能、機械能及內(nèi)能之間的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系；（2）有關(guān)電能、電功率計算的公式繁多，學(xué)生不清楚每個公式的由來及其適用條件。為突破這一難點，我設(shè)計了如下問題情境：
將電源、開關(guān)、帶有小風(fēng)扇的電動機、電流表用導(dǎo)線連接成電路。閉合開關(guān)接通電路，使電動機轉(zhuǎn)動，觀察記錄電流表的示數(shù)。當施加外力使電動機停止轉(zhuǎn)動時，觀察記錄電流表示數(shù)。比較前后電流表示數(shù)的大小，你有什么發(fā)現(xiàn)？學(xué)生會發(fā)現(xiàn)電動機兩端電壓不變的情況下，電動機轉(zhuǎn)動與不轉(zhuǎn)動時的電流發(fā)生了改變。這與學(xué)生原有的認知――歐姆定律產(chǎn)生矛盾，引發(fā)學(xué)生的積極思考，接著給出例題進行分析計算。
教師引導(dǎo)學(xué)生分析比較電動機在轉(zhuǎn)動與不轉(zhuǎn)動時電能轉(zhuǎn)化的區(qū)別，歸納電動機（非純電阻電路）中電能計算的思路方法及注意事項。
4.聯(lián)系生活實際，關(guān)注社會熱點，創(chuàng)設(shè)問題情境
科學(xué)知識來源于社會，來源于生活，同時它又應(yīng)用于社會生產(chǎn)生活。聯(lián)系生活和生產(chǎn)，追蹤社會熱點來創(chuàng)設(shè)情境，不僅激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生理解掌握所學(xué)知識，而且能做到理論聯(lián)系實際，提高應(yīng)用知識解決實際問題的能力，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。真正體會科學(xué)、技術(shù)與社會的關(guān)系，認識科學(xué)知識的價值。例如，在《傳染病》的教學(xué)中，抓住當時的社會熱點，以禽流感和埃博拉等傳染病例作為材料，創(chuàng)設(shè)問題情境；在學(xué)習(xí)重力時，我利用神舟十號女航天員王亞平的太空授課視頻來創(chuàng)設(shè)問題情境，引導(dǎo)學(xué)生思考討論：假設(shè)沒有重力，我們的世界將會怎樣？
【案例】酸和堿的復(fù)習(xí)
2006年12月24日上午，杭州某公司濃硫酸運輸車在320國道某路段發(fā)生車禍，出現(xiàn)了大面積“硫酸泄漏”的情況，如果你是處理該事故的技術(shù)人員，你會提出什么樣的應(yīng)急處理方案？（學(xué)生討論后發(fā)言）
生1：用堿中和。
生2：用石灰水沖洗污染的地方。
生3：撒生石灰粉。
……
師：請同學(xué)閱讀兩份新聞報道材料，看看我們專家及技術(shù)人員是如何處理這類事故的。一份是某晚報報道：載27噸硫酸的運輸車在某路段翻下山坡……另一份是該事故發(fā)生第二天的跟蹤報道：運輸硫酸的事故車昨天成功被吊起……
思考討論：根據(jù)所學(xué)知識，就上述兩份材料，你能提一些與科學(xué)相關(guān)的問題嗎？（學(xué)生分組討論后，全班交流）
（1）為什么要向濃硫酸罐內(nèi)充氮氣？
（2）硫酸罐是由什么金屬制造的？為什么濃硫酸沒有與金屬發(fā)生反應(yīng)？
（3）“白色煙霧”可能是什么？它是怎樣產(chǎn)生的？
（4）被硫酸侵蝕的路面為什么是黑色的？
（5）為什么說硫酸罐內(nèi)進入氧氣有可能發(fā)生爆炸？
……
學(xué)生匯報交流對一些問題的闡釋和理解，教師小結(jié)。
5.讀科學(xué)史，聽故事，重走科學(xué)探究之路
科學(xué)史就是一個科學(xué)理論的形成過程，它具體展現(xiàn)了知識的形成是一個不斷探究、深化和修改的過程。回顧我們的科學(xué)發(fā)展歷史，不難發(fā)現(xiàn)許多適用于創(chuàng)設(shè)問題情境的科學(xué)史素材。在課堂教學(xué)中，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容適當穿插一些生動有趣的名人軼事、歷史故事等，不僅激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，開闊視野，引發(fā)學(xué)生的思考與探究，而且可以體驗科學(xué)的發(fā)展歷程和知識的形成過程，利于對科學(xué)知識的理解掌握。例如，在大氣壓強中可以介紹托里拆利請教老師伽利略對“自然界害怕真空”的觀點；在電磁感應(yīng)的教學(xué)中插入法拉第的故事；在阿基米德定律教學(xué)中穿插阿基米德鑒別王冠的含金量的故事；利用“曹沖稱象”的故事作為情境來探究浮力的應(yīng)用――浮力稱。
【案例】牛頓第一定律
為了體驗知識的形成過程，課堂教學(xué)就沿著人類對運動和力關(guān)系的認識過程進行。
史料一：古希臘哲學(xué)家亞里士多德根據(jù)自己的觀察，認為一個物體要持續(xù)運動，就必須有力的作用在物體上；沒有力的作用，物體就會靜止下來，即力是維持物體運動狀態(tài)的原因。
教師引導(dǎo)學(xué)生：根據(jù)你的認識，談?wù)剬Υ擞^點的看法……
史料二：伽利略對此問題的研究，他認為物體的運動并不需要力來維持，運動的物體之所以會停下來，是因為受到了摩擦阻力。他采用理想實驗方法得出結(jié)論：如果物體在運動中不受到力的作用，它的速度將保持不變。
由此引出科學(xué)探究：摩擦力對物體運動的影響。
史料三：笛卡兒對伽利略的認識進行了補充。
史料四：牛頓總結(jié)了伽利略等人的研究成果，進一步得出：一切物體在沒有受到力的作用時，總保持勻速直線運動或靜止狀態(tài)，即牛頓第一定律。
最終學(xué)生思考總結(jié)運動和力的關(guān)系：力是改變物體運動狀態(tài)的原因。
上述這段史料具體地展現(xiàn)了人們對科學(xué)的認識是一個不斷探究、深化的過程，同時又為課堂的探究作了準備。
6.多媒體創(chuàng)設(shè)情境，提升課堂教學(xué)實效
多媒體輔助教學(xué)已成為現(xiàn)代化教育中的一種常用手段，它可以把文字、聲音、圖形、圖像、動畫、視頻等多種信息融為一體，制作成微課、微視頻等多媒體課件。多媒體可以將常規(guī)教學(xué)手段難以創(chuàng)設(shè)的一些問題情境或?qū)W習(xí)內(nèi)容形象直觀地呈現(xiàn)給學(xué)生，從而讓學(xué)生獲取足夠的感性認識，為思維加工奠定基礎(chǔ)。同時還可以通過放大、重復(fù)、慢放、定格等手段向?qū)W生提供內(nèi)容豐富而又形象生動的感性材料，做到化難為易、化繁為簡，有效地突出重點，突破難點，提高教學(xué)效果。例如，在《植物的光合作用》的教學(xué)中，課堂內(nèi)無法完成植物光合作用的整個實驗過程，所以我就在課前組織部分學(xué)生進行植物光合作用的實驗，并將整個實驗的過程拍攝下來制作成微課或微視頻，在課堂內(nèi)播放給學(xué)生看，為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供一個感性的問題情境，引發(fā)學(xué)生積極思考并提出問題，展開討論，從而理解植物的光合作用的過程及原理，教學(xué)效果良好。
【案例】原子結(jié)構(gòu)模型的建立
原子及其微小，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，學(xué)生無法直接觀察，缺少感性認識。學(xué)生主要是通過原子結(jié)構(gòu)模型的發(fā)展史來體驗人類對原子結(jié)構(gòu)的認識，了解原子的構(gòu)成，并建立模型的思想。因此在實際教學(xué)中，介紹完“湯姆生原子模型”后，我進行如下設(shè)計：
播放“盧瑟福用帶正電的α粒子轟擊金屬箔”實驗的FLASH動畫。
學(xué)生觀察現(xiàn)象并思考：如果是湯姆生提出的原子結(jié)構(gòu)模型，現(xiàn)象將會怎樣？接著根據(jù)實驗現(xiàn)象，提出質(zhì)疑，思考討論。最后進行合理推測，建立盧瑟福的“原子核式結(jié)構(gòu)模型”，即原子是由帶正電的體積很小的原子核和核外電子構(gòu)成的。
“學(xué)起于思，思源于疑?！眴栴}總是在一定情境中產(chǎn)生的，思維是在發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的過程中不斷發(fā)展的，科學(xué)知識就在思維的發(fā)展中形成的。問題情境創(chuàng)設(shè)的好壞直接影響到學(xué)生提出問題、分析解決問題的能力，影響學(xué)生思維的發(fā)展，影響對知識的理解掌握，影響課堂的教學(xué)效率。食物的營養(yǎng)要溶于水中，才能被人體吸收利用；科學(xué)的知識要融于情境中，才能被學(xué)生理解掌握。因此，在平時進行教學(xué)設(shè)計時，教師要充分重視問題情境設(shè)計的有效性，并不斷優(yōu)化，努力創(chuàng)設(shè)一個引人入勝、促人深思的教學(xué)情境，打造出高效課堂。
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