有效设计课堂问题力促学生智力发展

叶副权

摘 要：本文主要通过对两组教学效果差异较大的“课堂问题设计”的对比，剖析了能有效促进学生智力发展的课堂问题设计的原则及问题层次的认知特点，初步阐述了当前中学物理课堂问题设计水平的现状，并提出了相关建议。

关键词：问题设计；认知水平；智力发展

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2015）7-0066-4

在三维目标中，物理学科教学策略的选取主要围绕能力目标展开。教学策略的实施又常依附于教学方法的选用，当前通行的教学方法有讨论法、课堂讲授法、探究法与模拟角色扮演法。基于班级授课制的组织形式与我国的文化传统，当前中学物理教学方法的主流还是以“教师传授知识、学生掌握知识”为教学目标的课堂讲授法。随着对能力目标的提出，讨论法、探究法等也得到了部分应用，教师逐渐由主体成为主导，更多地发挥着课堂组织者的作用。教学设计是课堂教学的脚本，组织者对课堂问题的设计成为目前中学物理教学讨论的热点。围绕其开展的课题、撰写的论文、举行的“同课异构”教学研究，已从不同的角度作了很多的探索。但在讲授法下，教师如何通过课堂问题的设计有效地促进学生智力的发展，提升物理思维品质方面的探讨涉及较少。本文中，笔者以“交流电的产生”为案例作一些探讨与阐述。

1 教材分析

《交变电流》是普通高中物理选修3-2第二章第一节的内容。学生已经学习了电磁感应，掌握了感应电动势产生的条件及其表达式。如何突破交变电流方向的变化是本节的难点，从电动力学的角度出发，由e=-■■B·nds可知，单匝线圈中感应电动势应为磁通量随时间变化的一阶导数的负值。绕垂直于磁场的轴匀速转动的单匝线框内产生的感应电动势，其正弦变化规律（e=BSωsinωt）可以通过对磁通量进行一阶求导获得，然后再作出e-t图像就能理解交变电流方向的变化。但对高二阶段的学生来讲，导数的知识还不是十分清晰，在高中物理中的应用更少。如果这样授课，学生在该理论的推演下获得的知识会是十分模糊的，更不要说发展学生思维、提升学生智力了。因而目前中学阶段，“交流电的产生”这一内容作为新授课讲解时，主要还是根据右手定则或楞次定律来理解交变电流的方向变化。

2 问题呈现

“人教版”中就“交流电的产生”提供了下列四幅图（图1）及四个问题。

假定线圈沿逆时针方向匀速转动，如图1甲至丁。我们考虑下面几个问题：

（1）图1中，在线圈由甲转到乙的过程中，AB边中的电流向哪个方向流动？

（2）在线圈由丙转到丁的过程中，AB边中的电流向哪个方向流动？

（3）当线圈转到什么位置时线圈中没有电流，转到什么位置时线圈中的电流最大？

（4）大致画出通过电流表的电流随时间变化的曲线，从E经过负载流向F的电流记为正，反之为负。在横坐标上标出线圈到达甲、乙、丙、丁几个位置时所对应的时刻。

结合学生的认知过程与课堂的实际操作，甲、乙两位老师分别结合课本中提供的四个问题，对课堂问题作了重新设计，分别提出了如下问题。

甲老师

（1）我们的研究方法是从特殊到一般，请同学们观察线圈旋转一周，即从图甲到图乙到图丙再到图丁。这些位置特殊在哪里？

（2）线圈旋转时所产生的电动势是哪种原因引起的？

（3）既然是切割磁感线引起的，那么是哪几条边在切割？

（4）线圈在旋转的过程中，这几条边旋转的速率有没有发生改变？

（5）既然旋转的速率没有发生改变，那么是不是意味着这些位置都有感应电动势？

（6）似乎和有效切割速度有关，如何把它变得更直观？

讨论完毕，学生自主填写教师课前设计好的表格，教师巡视，在填写结束答案校对完毕后，又提出如下问题：

（1）图甲到图乙和图乙到图丙这两个过程中，电流方向变化了没有？

（2）既然没有发生变化，那么究竟是在哪些位置电流的方向即将发生变化？

（3）这个位置有何特征？一周几次经过这个位置？

在学生充分讨论后，教师提出中性面的概念，并总结出交变电流方向变化的规律。

乙老师

（1）ABCD线圈在磁场中绕OO'轴转动时，哪些边切割磁感线？

（2）在转动的过程中，这些位置和磁感线方向是什么关系？

（3）在图丙中线圈面积S与磁感应强度B是什么关系？磁通量是最大还是最小？感应电动势是最大还是最小？感应电流方向如何？

在学生讨论完毕后，教师总结，图丙位置就是中性面。利用多媒体课件，屏幕上打出中性面的概念：（1）中性面是线框平面与磁感线垂直的位置。

（2）线圈处于中性面位置时，穿过线圈的φ最大，但■=0。

然后，学生自主填写教师课前设计好的表格，教师巡视，在填写结束答案校对完毕后，又提出如下问题：

（1）线框处于中性面时有哪些特点？

（2）线框转到什么位置时，电流方向改变？线圈转动一个周期内，交变电流方向改变几次？

3 课堂效果评析

甲、乙两位老师围绕“交变电流方向改变”这个难点的突破，都想通过问题的设计、问题的提出、问题的引导以及问题的解决变讲授为交流、讨论，变学生的被动学为主动学，但其教学效果大相径庭，前者课堂气氛活跃，师生关系融洽，学生操作积极投入，而后者课堂气氛稍显沉闷。

同样是采用了体现学生主体的教学形式，实践操作为何效果却大相径庭呢？关键在于教师是否真正掌握了问题设计的原则，设问是否符合认知的过程，是否能有效促进思维的提升与智力的发展。

学习本节内容前，学生已经有了一定的电磁感应的基础知识，但是要迁移应用到本节课却是个难点。关于电流方向的判断，课本中分别提出了（1）（2）两问。在教学设计中，甲老师选择了切割的思想，乙老师采用了楞次定律。在解决此问题中，从快捷性上来讲，无论是理论还是实践，乙老师要比甲老师简洁明了得多。但在解决第（3）问即“当线圈转到什么位置时，线圈中没有电流； 转到什么位置时，线圈中的电流最大？”时，甲、乙两老师面临的原理上的困境就不一样了，切割思想下的特殊位置，可以通过实景的呈现进行有效的判断，而法拉第电磁感应定律下的磁通量一阶导数为零或最大的思想，对于以初等代数为主的高中生来讲理论基础比较薄弱，因而学生深感困惑。当乙老师再以切割的思想加以补充时，在逻辑体系上又显得凌乱，因而课堂的氛围较为枯燥、呆板，在难点的突破上更是困难重重，学生的思维也未得到充分发展。

4 优秀的课堂问题设计，“优”在何处

有效的课堂问题设计能促进学生由低水平认知向高水平认知发展，提升学生的智力水平。布卢姆的认知发展水平理论共分四个层次：第一层次为记忆与观察，表现为学生回答“是”或“不是”；第二层次为理解和应用，学生行为表现为比较、重新描述、概括、解释、说明、联系、使用；第三层次为分析水平，要求学生进行批判性思考，学生表现为分辨动机、原理、理由、得出结论、进行推论、概括、提供证据、支持观点、分析信息；第四层次为综合与评价水平，学生行为表现为创设新颖的问题、预测目标、构造、提出建议、发展、评价、发表意见。

依椐认知发展水平理论，我们分析一下甲老师的问题设计。

第（1）问到第（5）问属于记忆与观察的认知水平即认知的第一层次，问题设计中隐含了有序的观察引导，如：由特殊到一般，由静止到运动。采用了对比的方法加强对切割的理解，如：同一时刻不同边切割情况的对比；不同时刻，同一边有效切割的对比。在知识层面上加强了推导的铺垫，如：圆周运动速率的变与不变的判断。

第（6）问属于理解与应用的认知水平，即认知的第二层。“如何把它变得更直观？”的提出，旨在引导学生作出任一时刻的截面图，训练学生化立体为平面的几何转化能力及围绕有效切割的速度分解训练。

甲老师在课堂训练、校对完毕后提出了三个问题，第（1）问属于第一层次的观察；第（2）问中的“究竟”一词的出现意在引导学生比较与推理，属于认知的第二层次；第（3）问中的“特征上”，意在让学生自己分析信息找出原因和理由，然后得出结论或对其进行概括，找出支持自己观点的论据，涉及多角度较高水平的思考，属于认知的第三层次。

对于甲老师来讲，如要进一步提升学生智力水平与思维层次，可以在认知水平的第四层次多作思考，让学生自己预测问题、解决问题、创设问题并且基于这个问题的内部与外部标准判断自己的思考、行为和表达的推测，不妨提出如下问题：“有同学认为本题中电动势的产生是线框转动时磁通量中有效面积的变化引起的，你能否根据楞次定律与法拉第电磁感应定律来描述电流方向的变化及中性面上相关物理量的特征”。以期为较高层次的学生提供多角度的思考机会，并在理论探究的基础上加深对电磁感应规律的深刻理解，从而提升思维的深刻性。

从甲、乙两位老师问题设计的比较，特别对甲老师问题设计的剖析，我们共同体会到了甲老师如何巧妙地克服了难点，把要解决的问题设计成由浅入深、环环相扣的问题，调动学生积极主动地参与学习。学生在冲突中不断地自我探究，在探究的过程中不断完善，形成概念，最终掌握了规律。由于甲老师取得了良好的教学效果，我们可以看到教师对学生思考水平的控制力具有相当大的影响，不同的问题代表着不同的认知水平。在问题设计时，教师就需要做出从低水平认知到高水平认知过程的决策，要能切中学生疑惑之处，能够引领学生不断地思考和学习，要由易到难，由有表及里，由具体到抽象，有层次、有梯度，如登山一般，拾级而上，循序渐进，让学生有一个思考的过程，这样有利于让学生正确掌握所学知识，有助于学生克服畏难情绪，把学生的思维一步步引向新的台阶，使学生的智力水平得到充分的发展。

5 当前中学物理教师“课堂问题设计”水平现状与建议

能引领学生思考的问题设计可以有效提高一大批学生的认知能力与智力水平，但在整个问题设计水平上，经相关课题组调查统计，中学教师趋向提出明显低水平的问题，大多集中在认知水平的第一、二层次，主要局限在物理知识层面，囿于物理知识的对错判断，高度关注知识目标中对知识的识记和解题的应用。主要服务于测定学生的基础知识与基本理解能力的目标，以期使他们通过应用这些知识达到较高水平的思考。因而以讲授法为主的课堂教学中，大多数教师设计的一些问题主要是围绕知识进行拆分降难，铺设台阶，让教学目标成为一个有意义的建构，课堂效果较好，这也是甲老师开课成功的原因。而属于较高的第三、四层次的课堂问题设计所占比例较少，学生批判性思维、创新性思维的发展不够充分，基于课堂问题设计要有力促进学生的智力快速发展的思想认识，教师可以利用以前呈现不同水平的问题信息来为低级与高级问题计划一个最理想的均衡度，以期学生知识目标实现的同时获得智力的充分发展。

参考文献：

[1]祁红菊 .“交变电流”同课异构教学设计与评析[J].物理教学，2014，（8）：6.

[2]李森，王纬虹译.有效教学决策（第6版）[M].北京：教育科学出版社，2009.

[3]王益明.“同课异构”物理课堂教学的评析与思考[J].物理教学探讨，2013，（11）：16.

[4]侯恕.高中物理教师专业知识现状调查与分析[J].物理教学，2014，（7）：24.

（栏目编辑 邓 磊）