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摘 要：大学物理竞赛中运用问题导向型教学模式，可以有效地促进学生从多角度、多层面进行问题探索，进而找到解决问题的方法，在问题探究中，学生的物理能力将得到强化。问题导向型教学模式在大学生物理竞赛实践运用应重点抓好“导图布局，激发探究能量”“注重过程，主动质疑”“寻求突破，激发原创”“问题化解，能力提升”和“客观审视，拓宽领域”五大环节。教师通过问题引发学生思考，并使学生积极融入教学主题中，充分发挥问题导向型教学模式的作用。
关键词：问题导向教学模式；实践运用；大学物理竞赛
本文引用格式：陶磊明，薛鹏，郑焜元 , 等 . 问题导向型教学模式在大学生物理竞赛中的实践运用 [J]. 教育现代化 ,2021,8(39):185-188.
Problem-Oriented Teaching Mode for Practical Application in College Physics CompetitionTAO Leiming1, XUE Peng1, ZHENG Kunyuan2, ZHENG Junjie1, LI Fei1, WANG Shihua1(1.School of Science, Guangdong University of Petrochemical Technology, Maoming Guangdong; 2. Chemical Engineering Institute, Guangdong University of Petrochemical Technology, Maoming Guangdong)
Abstract: The use of problem-oriented teaching mode in college physics competitions can effectively promote students to explore problems from multiple perspectives and levels, and then find solutions to problems. In the process of problem exploration, physical ability will be strengthened for students. In the practice and application of the problem-oriented teaching mode in college physics competitions, the following five links should be emphasized: “map layout and exploration energy”, “process orientation and active questioning”, “breakthrough and originality”, “problem solving and ability improvement” and “objective examination and field broadening”. The teacher prompts the students to think through questions, and makes the students actively integrate into the teaching theme, giving full play to the role of problem-oriented teaching mode.
Keywords: problem oriented teaching model; practical application; college physics competition
一 引言
单纯授课式教学方式因为无法实现预定的物理教学目标，所以需要更多手段融入进物理教学中， 目前已经提出了多种教学改革方法，如开发生动的多媒体、翻转课堂、MOOC 等大量的教学模式并对其进行尝试和研究。新冠肺炎疫情爆发以来，教育部倡议“停课不停学”，在这大背景下促进了多种新教学手段的产生和模式的发展。目标导向性学习模式越来越受到高校欢迎，围绕特定目的为任务驱动力对课程进行设计与研究，从而有益于高等教育改革探索和实践 [1-2]。例如，项目导向学习法（PBL），以某个真实项目为依托，学生充分利用线上线下资源，通过设计、协作，技术探究，完成有价值的项目成果 [3-4]。
PBL 教学法在西方发达国家的学校被广泛采用 [5]。然而，PBL 教学方法存在如下一些问题： 由于教学过程受到教学计划、课程设置、时间设置和评价方式等限制，项目是否能够在教学活动中实现，项目如何与教学合理融合等问题。在实践教学过程中， 所选的题目往往来源于模拟场景的设定， 这种教学模式更倾向于问题导向型的教学方法 [6]。问题的设定由教师负责，问题偏向于知识性和因果性， 学生自主寻找问题答案，这种教学模式被称为问题导向型教学模式 [7]。
学由疑而始，问题导向型教学模式是教师通过问题引发学生思考，并使学生积极融入实践中。以问题导向作为切入点，将多种先进科技手段融入教学过程中，用形象的、直观的或能感知的实践问题，引导学生主动思考，从而激发学生兴趣，增强学生分解问题、分析问题、解决问题能力。随着教育改革的不断深入，问题导向型教学模式正成为有效的教学模式 [8-10]。
大学物理竞赛中运用问题导向型教学模式，可以有效地促进学生从多角度、多层面进行问题探索， 进而找到解决问题的方法，在问题探究中，学生的物理知识将得到强化。以第二十一届广东省大学生物理实验设计大赛为例，运用问题导向型教学模式的若干环节进行探讨，并提出具体的运用方法。
物理比赛题目：设计和制作一个测量液体或固体物质扩散的实验系统，研究扩散机制及其影响因素，测量扩散系数，讨论测量精度和不确定度。
二 导图布局，激发探究能量
题目分解：什么是扩散系数？选择什么样的研究/ 实验对象和实验仪器的药品？ 扩散的机制？扩散系数的影响因素？扩散系数测量方法及各自的优缺点 ? 具体测量时的限制条件？……扩散现象生活中较为常见，但其微观机制较为复杂，特别是液体和固体体系中的扩散过程。1858 年， 德国物理学家克劳修斯思考若摔破一瓶汽油，声音和气味是否应该同时传到？实验测得室温下空气分子的平均速率约为 4×102 m/s，声速约 3×102 m/s。克劳修斯从分析气体分子间的相互碰撞入手，引入单位时间内所发生的碰撞次数和气体分子的平均自由程的重要概念，解决了根据理论计算气体分子运动速度很大而气体扩散的传播速度很慢的矛盾，开辟了研究气体的输运过程的道路， 论文发表在《关于气体分子的平均自由程》。扩散系数是从宏观的角度描述扩散过程，对它的测量为研究物质扩散的微观机制提供重要的实验手段。
图 1 是学生根据题目分解过程制作的扩散问题解决过程导图。有了这些小问题之后，再从文献中 搜索相关内容，只看相关内容，不相关的没必要看。搞定一个问题之后继续下一个问题。运用导图来思 考问题，对事物有更全面、深入的理解。例如，计算机解决事物的方法也是如此，观察、收集、逻辑“是”“非”的判断，“是”继续下一项逻辑，“非”停止，如此循环找到最终答案。再例如，对自身能力做分析， 想想自己擅长什么，不擅长什么，借助个人能力评估导图模型进行分析，进而对自身能力有一个更全 面深入了解。先考虑原因，再基于原因找解决办法， 不断激发探究兴趣能量，如此训练，学生可具备一 定的分析问题的能力。
三 注重过程，主动质疑
学生的思维，进而形成创新能力。当我们面对一个新问题的时候，不管是查找文献书籍，还是上网找资学生认识学习事物往往是对侧面、多角度的，教师绝不能将问题设置唯一的答案，让学生被动地接受。应引导学生进行多向思维，找出几个或多个答案，注重间过程，扩展学生的知识面，开拓学料等自学方式，一定要先自己尝试解决，记录自己思路轨迹，即便暂时无法解决，这个记录和尝试过程非常重要。其次，知道了答案，也不要停留在结果上，而是思考如何想到这里，为什么想到这点，如何搜索到解决方法，有没有其他解决途径等过程上。图 2 是学生针对扩散系数测量的解决思路过程。南宋学者朱熹曾经说过，“读书无疑者，须教疑”。
所以说“疑”是学习进取的关键，“疑”能促使学生积极思维，去“质疑”“释疑”，在不断的生疑、质疑、释疑的过程中学得知识。设法造成思维上的悬念，使学生处于暂时的困惑状态。无论结果是否正确， 要用质疑的态度审视。从教育心理学观点看，设疑能激发学生的学习兴趣，是一种点燃学生思维火花， 进而开发他们智力的教学艺术。注重过程，主动质疑， 经过一段训练和培养，学生已从开始的被动执行解决结果到可以具备独立解决问题的能力。
四 寻求突破，激发原创
图 3 问题导向模式下的分析和解决问题的过程
但其微观机制较为复杂，特别是液体和固体体系中的扩散过程。扩散系数是从宏观的角度描述扩散过通过导图，图 3 列举问题导向模式下的寻找分析和解决比赛问题过程。扩散现象生活中较为常见，按比赛要求后，进行相关资料信息的搜集和知识的积累和学习。首先对于资料的搜索，优先选择 专业知识覆盖面广、多人在线的论坛类平台，以“知乎”中搜索扩散系数为例，检索到测扩散系数探究 方法恒电流间歇滴定技术测试 (GITT) 技术，此方法使用广泛且符合比赛要求故作为待定方法，又通过 “扩散”关键词，找到了与物质的扩散相关的菲克定律，还有菲克定律在 CV 模拟中的应用“模拟循环伏安曲线”，从而引出后面的“循环伏安法”即 CV 法。
选择电化学方法后，以此方向探究方法的不足之处并利用已知知识去优化、解决，通过借阅《电化学测量》和《电化学原理》后进一步学习，配合前期“菲克定律”基础知识的积累，以扩散系数 D 的计算公式中的每个参数入手，最终在“GITT 法” 中发现电极面积 S 在取电极几何面积或活性物质比表面积不同取值计算得到扩散系数在数值上相差了3-5 个数量级，以及有些文献认为 GITT 法未考虑动力学、非均相反应动力学因素，可能无法得到适当的扩散系数，便可以在以上两方面重点研究、突破， 使实验结果的更精确化和方法的合理化。对于实验除了在宏观方面变化上下功夫，更要研究实验更深一步原理及物质的微观变化，如物质扩散过程与电荷转移的关系，反映电化学法在扩散中的微观表现。
五 问题化解，能力提升
问题客观存在，不会自动消失。存在问题固然有烦恼，但只要认识到它的存在，并致力于真正去解决它、攻克它，我们就可以在解决问题的过程中收获丰厚的财富。提高解决问题的能力，首先具有发现问题眼光。问题具有开拓新知的价值，发现问题往往是进步的开始，正如 19 世纪末期汤姆孙所说“物理学大厦上空还漂浮着两朵乌云”，一朵乌云是指黑体辐射，另一朵乌云是指光速 c。正是这两朵乌云推动了物理学发展，形成了量子力学和相对论。对待问题的心态，把问题当作财富，是成功者践行和推崇的成才之道 ; 盯着问题开展工作，不仅是事业取得成功的秘诀，也是推动事业发展的经验总结。
在物理比赛上，这种教学方式充分体现“生本位” 教学理念，引导学生主动质疑，自己挖掘问题并探索问题答案，这也是问题导向型教学模式“升级版”。学生主动质疑的过程，可以是学生提问教师回答，也可以学生之间互相解答，这一过程能够形成强烈的课堂互动， 同时也能够养成“敢问”“会问”“巧问”的良好习惯。
六 客观审视，拓宽领域
点到面的扩展往往很难，同一类问题，可能这次会解决了，但下一个同类的问题稍微有点变化， 是否还可以解决呢。应对问题域本身变化后带来的解决方式变化，我们应该考虑解决前一个问题时， 所涉及的知识体系结构，是否能延伸到下一个问题中来。举一反三，围绕问题驱动拓展学习为主。解决实践问题过程，包含提出问题、分析问题、解决问题、思考与反馈、举一反三、特殊到一般六个过程， 从而实现个人经验变成公式定理。
利用问题导向模式开展大学物理竞赛，可以一改以往沉闷、公式化的教学模式，学生在物理竞赛中不再片面地强调概念记忆与训练，而是通过主动思考、积极探究，发现自身的“知识盲点”，而这些盲点的发现，就是导学问题提出的关键所在。通过学生的自主探究，不但掌握了更多的物理知识，而且还使学生感受到了物理探索的乐趣所在，在物理学习中更加积极主动。问题导学的巧妙运用，同样需要教师不断提高素质或者提升素养，在为学生营造开放自主的课堂环境的同时，还需要教师对课堂整体的驾驭能力，控制好提出问题的方向、课堂互动时间、问题探索方式等，这些都需要教师进一步强化作风建设或者提高能力水平，真正将问题导学融会贯通。
综上所述，在大学物理比赛中，利用问题导向型教学模式开展，在经过学生自主探究后，学生的物理学习热情能够被充分调动起来，求知欲与实践愿望也会不断增加。在物理教学中引入问题导向型教学模式，能够有效激发学生主动质疑、探索归纳的学习能力，从而保证物理教学水平和教学质量的稳步提升。
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