基于智慧教室的问题链教学

吴荣华　黄巧曦　林洁清

[摘   要]物理教学的本质是关于“问题”的教学。文章根据问题链的教学特征，融合智慧教室的功能，整理形成基于智慧教室的问题链教学模式，并通过具体的案例对教学模式的应用进行了详细的呈现，探讨了高中物理融合信息化工具的问题链教学。

[关键词]智慧教室;问题链;教学模式

[中图分类号]    G633.7        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2021）02-0048-03

物理的发展过程是一个不断发现问题、分析问题和解决问题的过程，物理的研究和学习都是从问题开始的。物理教学可以看成是一个关于“问题”的过程。在物理课堂中，通过解决问题实现对知识的建构，不仅可以增强学生对知识的理解，还培养了学生的高阶认知能力。通过信息化手段把一连串具有内在逻辑联系的问题，形成问题链指引学生思维，从而更好地驱动学生解决问题，帮助学生有逻辑地掌握知識，提升学生的问题解决能力，促进学生学科核心素养的发展。

一、基于智慧教室的“问题链”教学模式

（一）“ 问题链 ”教学模式的含义

教学模式是在一定教学思想或教学理论指导下建立起来的、较为稳定的教学活动框架和活动程序。它是教学理论的具体化。问题链教学模式（Problem-Link，简称PL）是以马赫穆托夫“问题教学”理论为依据，将课堂讲授的内容设计成若干个对学生来说是未知的问题，以具有内在、逻辑的问题链为主线，以问题为中心的教学模式。“问题链”是指教师根据教学目标，充分考虑学生已具备的知识经验和能力，针对学生在学习过程中的思维变化，结合教学内容、重点、难点，设计一系列层次鲜明，彼此联系的有效教学问题（问题链）[1]。

（二）“ 问题链 ”教学模式理论

PL教学模式的理论依据是马赫穆托夫的“问题教学”理论，马赫穆托夫认为，问题教学的心理学依据是“问题性思维”理论。该理论认为，人们在认识活动中，经常会意识到一些难以解决或疑惑的实际问题及理论问题，而现有的条件没能提供解决问题的方法，过去的知识和经验也没有经过验证，这时就会产生一种怀疑、困惑、焦虑、探索的心理状态，要摆脱这种困境，主体就会积极思维，提出以前未曾有过的新的活动办法，即完成创造性的行为，这种情境称为“问题情境”，而解决包含其中问题的心理过程，则叫作“问题性思维”，又称“创造性思维”或“能产性思维”[2]。

（三）101智慧教室

101智慧教室是针对K12阶段教学场景设计，凭借移动互联网技术，依托教育云平台，通过互动课堂、101教育PPT（https：//ppt.101.com/）、课后作业系统等智慧应用软件系统和智能硬件，贯穿课前、课中、课后三个环节的智慧化教与学的整体解决方案。101智慧教室应用场景分成3种：101平板型智慧课堂场景下，教师通过101教育PPT发送任务，可进行推屏、锁屏、发送习题等操作。学生在PAD上完成相应的操作，通过无线网络连接，与教师进行课堂互动。家长在家长端APP上可以同步收到学生的学习情况，并可以对学生进行学习辅导;101反馈型智慧课堂场景下，教师通过PC端的101教育PPT发送任务。学生配备一个答题器，通过无线网络连接，即可实现课堂答题、抢答等师生互动;101电脑型智慧课堂场景下，在普通的计算机教室，利用学校原有的电脑设备，通过安装智慧教室相关软件，实现课堂上的师生互动及数据回收反馈，将传统的计算机教室升级成智慧教室。样例是在101电脑型智慧课堂的场景下的应用。

（四）基于智慧教室的问题链教学的实施

问题的产生及解决过程都需要进行师生、生生的互动，智慧教室的互动功能可以对课堂的交互起到很好的支撑，把智慧教室与问题链的教学模式融合，形成新的基于智慧教室的问题链教学模式，通过一系列的问题链驱动，促使学生解决问题，提升学生的问题解决能力及学科核心素养。

模式流程包括新课引入（产生问题情景、分析情景）、新课进行（提出问题、分析问题、找出方法解决问题以及多个问题的循环进行）、习题互动、课堂总结。

教师先通过实验等形式引出问题情景，让学生针对实验呈现的现象，对情景问题进行分析思考，通过调取原有知识的方式对情景进行分析解释，从而发现过去的知识和经验不能解决所对应的情景引入的新课题。在新课讲授中，教师基于情景提出一系列与学生前知识有逻辑关系的未知教学重难点问题，形成螺旋上升的教学问题，让学生在已有知识的支撑下对新情景问题产生惊异感，引导学生通过信息化的方式（如实拍视频及虚拟实验室）展现问题本质，并引导学生分析问题。利用信息化技术传授知识，辅助学生找出解决问题的方法，使学生在掌握科学知识和成果的同时，还知晓了这些知识和成果获得的过程、方法和途径，强化了学生的问题意识，发展了学生思维的独立性和创新性。基于课堂知识，设置相应的互动练习，并利用信息化工具实现互动习题的数据分析及反馈功能，实时呈现课堂数据，帮助教师了解学情，使教师的讲解更有针对性。最后针对课堂内容进行总结，加深学生对知识及实验方法的记忆理解，帮助学生摆脱想要解决问题而形成的怀疑、困惑、焦虑、探索的心理困境，强化学生的问题意识，发展学生思维的独立性。具体流程如图1所示。

二、案例分析

以司南版（鲁科版）高中物理选修3-3第1章第1节《分子动理论的基本观点》的教学为例，在物理探究室，利用16台学生电脑和1台教师电脑组建智慧教室，对全班48位学生（以3人为一小组配置1台电脑）开展课堂探究教学，教学中把智慧教室、101教育PPT、物理实拍实验视频（用显微镜观察小炭粒的运动）、虚拟实验室（用显微镜观察微粒的运动） 等信息化工具融入课堂，突破布朗运动的相关难点。

（一）课题分析

在高中《原子物理》以及《热力学》中，有的实物实验难以完成或实验现象不好观察，比如布朗运动，是一种微观现象，肉眼无法看见，需要借助显微镜观察，所以实验时，存在一些痛点，比如教师演示实验，学生无法观察显微镜下的实验现象，学生实物实验时准备显微镜较难。

（二）课程简介

《分子动理论的基本观点》这节课着重学习两个观点：1.物质由大量分子组成;2.分子永不停息地做无规则运动。由于课堂时间有限，第3个观点“分子间存在着相互作用力”安排在下一个课时进行学习。本节课的信息技术创新教学主要融合在第2个观点中的“布朗运动”部分，包括：（1）借助实拍实验高清视频展示小炭粒在水中的布朗运动;（2）借助虚拟实验室观察多个小炭粒的实时运动轨迹，验证小炭粒运动的无规则性，解决实物实验无法实时跟踪炭粒轨迹的痛点;通过虚拟颗粒模拟微观运动，呈现布朗运动的成因，解决因实物实验现象本质分析的抽象性而导致学生难以理解的痛点，把抽象的知识变得更加具象化;再通过虚拟实验的互动调节功能，改变炭粒的大小和温度，并实时呈现粒子的运动轨迹和运动快慢，直观的呈现突破了布朗运动影响因素的难点。同时该虚拟实验中小炭粒的布朗运动及其轨迹为实物实验的实拍效果，数据真实，非常难得，既体现出实物实验的真实性，又解决了实物实验的痛点，具有较高的应用价值;（3）利用101教育PPT的课堂互动功能，将虚拟实验颗粒推送给学生，让学生亲自体验操作，增强学生的印象，帮助学生理解与记忆相关知识;同时通过互动习题，增强了教师与学生的课堂互动，实时进行课堂反馈，帮助教师了解学情，从而更有针对性地引导及讲解。

采用基于智慧教室的问题链教学模式，对教学主题（分子动理论）进行细化，设置成下列问题链：问题1.“大量”究竟是多少呢？问题2 .每一个水分子的大小是多少？问题3. 这么多分子是一个紧挨着一个的吗？问题4.分子的运动是否有规律？问题5.布朗运动的影响因素有哪些？这些问题形成了一个主题相关、逻辑严密、递进式的层次关系，突出了教学难点、重点和现实问题，强化了学生的问题意识，培养了学生的研究能力和自学能力，使课堂交流由单向变为多向。

（三）教学实施

1.新课引入

教师通过花露水的实物实验提出问题：为什么可以闻到花露水的味道？让学生体验实验现象（闻到花露水的味道），通过调取原有知识对问题进行分析解释，引导学生复习旧知：物质是由大量分子组成的，分子不停地做无规则运动，延导出新的问题，大量分子的“大量”数值大小的知识，引发学生分析思考情景问题，进而发现过去的知识和经验不能解决对应情景引入的新问题。

2.新课进行

（1）提出问题1

问题1.“大量”究竟是多少呢？教师引导学生分析计算1滴水中的分子数，先分析1 mL=20滴水，再计算1滴水的质量，最后得出1滴水有1.7×1021个水分子，再提出10亿人，每人每分钟数100个，日夜不停地数，需要3万年才能数完1滴水中的分子数。通过计算得到1滴水中分子的具体数值，让学生对“大量”的具体值有个直观理解，并把这个数量级太大的数值转换为数分子的时间，让学生通过将生活中无法体验到的数量级转化为更具体的感观体验，引起学生的共鸣，使学生对“大量”有更直观的理解。

（2）提出问题2

问题2.每一个水分子的大小是多少？教师引导学生计算1个水分子体积，并得出一个水分子的体积为10-10 m3数量级，再计算得到1滴水单层铺开的面积达到500 m2，运用这种直观的数据转化，增强学生对分子“小”的体验感，化抽象为具象，为即将重点学习的布朗运动埋下伏笔。布朗运动是微粒的行为，微粒数量级一般是微米级别的，这种数量级的尺寸肉眼无法看见。通过这样的教学设计让学生认识分子的“小”，有效突破把握数量级的难点。

（3）提出问题3

问题3.这么多分子是一个紧挨着一个的吗？教师引导学生证明水分子间是有空隙的，先通過实物实验进行模拟演示，在装满了乒乓球的烧杯中可以再倒入小铁珠，酒精与水混合后体积减小的实验，再演示红墨水在热水中比在冷水中扩散快的实验。通过宏观实验现象引发学生对微观粒子的发散，通过模拟实验使微观现象宏观化、形象化，进而帮助学生理解扩散现象。

（4）提出问题4

问题4.分子的运动是否有规律？播放[用显微镜观察小炭粒的运动]的高清实验视频，视频中有实验操作步骤、实验现象及实验分析，学生观察视频的实验现象，并通过视频中的实验分析，理解实验本质。通过高清实物实拍视频，真实展示小炭粒在水中做布朗运动的轨迹（如图2所示），用于解决教师演示实验，学生无法观察到显微镜下的实验现象的问题，同时解决学生进行实物实验时准备显微镜仪器困难的痛点。既体现了实物实验的真实性，又解决了实物实验的痛点。

（5）提出问题5

问题5.布朗运动的影响因素有哪些？教师先在白板上演示虚拟实验室颗粒的运动（用显微镜观察微粒的运动），并讲解操作技巧，利用智慧教室推送功能把虚拟实验室颗粒运动推送给学生亲自操作，学生分小组在电脑上操作虚拟实验室颗粒运动（如图3所示），模拟呈现3个炭粒的运动轨迹（如图4所示），同时通过调节炭粒大小及温度高低，改变小炭粒运动的快慢。通过观察多个小炭粒的实时运动轨迹，验证小炭粒运动的无规则性，解决实物实验无法实时跟踪炭粒轨迹的痛点;通过虚拟颗粒运动模拟微观运动，直观呈现布朗运动的成因，解决因实物实验现象本质分析的抽象性而导致学生难以理解的痛点，把抽象的知识变得更加具体形象;将虚拟实验颗粒运动推送给学生，让学生亲自体验操作，增强学生对实验的印象，促进学生对知识的理解与记忆。

3.课堂练习巩固

通过智慧教室中的101教育PPT的课堂互动功能，把互动习题推送给学生，学生通过小组电脑进行答题，并对学生答题情况进行回收和数据分析，根据数据进行及时讲评反馈。通过互动习题，增强了教师与学生的课堂互动，实时进行课堂数据反馈，帮助教师了解学情，使讲解更有针对性。

4.课堂总结

课堂总结，沉淀方法，物质是由大量分子组成的，分子在不停地做无规则运动。布朗运动是微观粒子运动的宏观表现，且受到多种因素的影响，通过总结，加深学生对知识及实验方法的记忆理解，帮助学生总结重点，厘清脉络。

三、总结与反思

本课题运用问题链教学模式，创设问题情景，设置一系列与学生前知识有逻辑关系的未知教学重难点问题，形成螺旋上升的教学问题链（问题链），让学生在已有知识的支撑下对新情景问题产生惊异感，通过实拍视频及虚拟实验室等信息化工具展示问题本质，帮助学生摆脱想要解决问题而形成的怀疑、困惑、焦虑、探索的心理困境，让学生不仅掌握科学知识，还知晓这些知识获得的过程、方法和途径，同时培养学生的研究能力、自学能力。

[参考文献]

[1]  王后雄.“问题链”的类型及教学功能：以化学教学为例[J].教育科学研究，2010（5）：50-54.

[2]  鄢红春.问题链教学模式[J].物理通报，2012（9）：9-11.

（责任编辑 易志毅）