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创设有效的问题情境是优化课堂效率的重要手段在教学中将要学习知识外显的特征在特定的情境中呈现，使学生观察和分析问题时与旧有的认知经验发生冲突，诱发求知欲望，导致认知结构的改组或重建而问题情境是否真正有效，以学生是否积极参与课堂学习活动，是否能有效激发大多数学生的思维，按照一定的逻辑顺序有效建构知识并最终达成教学目标来体现的实验表明：并不是任何问题都能激发学生有意注意心向的，也不能随意把问题提出来就能达到启发学生自主建构新知的目的问题情境的设计必须要从三方面综合考虑：要解决什么问题（教学目标）、学生目前的知识结构（习得经验）、问题如何呈现（教学策略）。
1有效问题情境的三要素。
11要解决什么问题
问题既是思维的起点，也是思维的动力学生通过观察和分析形成问题意识，产生一种怀疑、困惑、焦虑的心理体验，驱使学生为解决问题而展开的思维活动，实则让学生产生“为什么”和“怎么办”的形成和目标意识因此，待解决的问题能给学生提供待加工的信息，这些信息中蕴藏问题的初始条件、情境和解决的目标。
12学生目前的知识结构
初中学生学习物理的基本特征：学习始于直观的物理现象，积累大量的感观认识，但抽象思维能力较弱，需要借助外界的帮助不同的学生知识结构是不同的，对同一问题情境的刺激感觉和作出反应不同譬如：基础不扎实会导致分析问题时观点飘浮不定，易受外界干扰；知识区分度不够会导致运用时易混淆；联系不紧密会导致知识不会迁移只有意识到学生在建构知识时会遇到各种的困难和认知特点，花时间“充分展示思维过程”而不是“一蹴而就”，才会使问题情境的创设更有针对性。
13问题如何呈现
若学生的知识水平是建构认知的起点，每一节课的教学目标是终点，那么问题情境就是两者的桥梁，若两者的思维落差大，则设置问题时要做好思维的阶梯或铺垫因此要根据学生不同学习阶段的知识结构以及预设目标要求，在问题情境的设置上如何呈现知识，不可能面面俱到，要在众多因素中找出突破口，并以此为落点带起整个思维系列的有序推进。
2有效实验情境的创设策略。
21用实验现象承载问题，使思维直接、快速切入
思维的本源在于问题，而“实验现象承载问题”能直观快速地引领学生思维发展中学实验按功能分三大类：引入性实验——在于激起学生对所研究的问题的兴趣调动学生的求知欲望；探索性实验——为建立概念和规律提供必要的素材，引导学生从感性认识上升到理性认识；验证性实验——用推理的方法从旧有知识导出新知识，为判断推理是否正确，以实验来验证
根据知识的生成方式以及实验现象对学生思维指向性的功能，在选择做什么实验，如何做实验前都有通盘的考虑本文以《大气压》的新授课为例，先根据学生思维发展特性设置了“感知大气压存在→模访并尝试解释现象→验证大气压存在并测量”的流程整个流程涉及到几个实验来支撑，如瓶吞鸡蛋、马德堡半球实验、吸不到口的汽水，覆杯实验等但这几个实验所呈现的现象对学生思维的指向各有侧重“瓶吞鸡蛋”现象能激起学生浓厚兴趣，现象指向使学生感知大气压的存在；“半球实验”现象让学生获得大气压值较大的体验；这两个实验起到引入并推进思维的效果“吸不到口的汽水”做法是：发给学生一些吸管，插入他们自带的矿泉水或汽水，在水面上方的管子剪一小洞；或者用两根不剪洞管子（一根插入水中，另一根在瓶外）在口中同时吸结果“喝不到水”颠覆了学生原有的看法，激起学生刨根问底的欲望；再追问怎样才能喝到水时，能很快探索出结果并得到验证，该实验现象起到了促使学生运用刚得到的初步认识来尝试解释，提出问题解决设计方案、并最终得以验证的一系列完整的思维进程而“覆杯实验”现象能使学生直观知道大气压能支持杯中水而不流出来，到底能支持多高的水柱呢，从而能自然过渡到托里拆利实验的原理和实验步骤环节
创设策略：由以上分析可以看出，不同的实验所表示出来的现象有截然不同的效果呈现的先后顺序和知识逻辑顺序——要根据学生的习得经验，知识的逻辑结构需要分解成几个环节，按照各环节的预设思维发展目标要求来统筹安排设计中尽可能纯化过程，排除干扰，便于找到问题的实质具体来说：在教学中编排实验时要深思：“这实验现象会给学生怎样的印象？引起怎样的思维？做这实验想达到怎样的目的？有没有比这个更好的实验？前后现象呈现对学生的思维发展有没有层层推进的作用？”此外，还要考虑有些实验所反映的是非本质的现象，要有所改进。
22在实验方式设置问题，拓展思维的发展空间
实验方式：实验常见的呈现方式是演示实验、课内学生实验、课外学生实验等经验表明，提供动手的机会越多，学生对知识的理解越能得到有效的加深但存在着突出的问题——所耗时间过多，这需要在两者中达到平衡考虑到学生的能力，将一些演示实验改为学生实验能有效调动自主学习的作用有些课内实验往往受知识容量、器材配置、时间、实验条件等诸因素的限制，常采取观看视频或图片等方式来展示，而将问题的探讨拓展到课外是知识的理解能力得以深化和创造的重要补充如：《熔化和凝固》教学，呈现2008年南方雪灾，路政部门对“夜冻昼化”的京珠高速公路采取了撒盐的措施为验证猜想是否正确，可让学生在家里的冰箱做比较水和盐水的凝固点实验
课外实验的策略：一是结合教学内容，要求学生用一些简单的器材自制教具并独立地进行观察和实验，特别是在课堂中费时而又受条件限制的实验；二是在教师的组织和指导下进行室外观察和测量，并收集结果在班上与同学们分享交流。
23用实验方法设置问题，培养思维的灵活性
物理学科发展历程中沉淀下来许多科学有效的研究方法，如“研究决定电阻大小的因素”中的控制变量法；“研究电压”中的类比法；“研究物体不受力，将会怎样”中的推理法；“研究力的概念”中的归纳法另外，比较法、等效法、建模型法、替代法和图像法等，也是常用的研究方法在设计问题情境时要充分考虑概念或规律知识的形成特征，还要掌握每种方法得以成功的基本因素是什么，最佳生成途径来选择合适的实验方法，将知识体系和方法体系加以融合，把猜想与假设具体化、程序化，对其包含的知识和方法，按教学流程进行合理编排而形成实验的步骤，体现“方法是线索，知识是载体”的特点用实验方法设置问题可从以下几方面着手： （1）改变实验的做法
例如人教版《二力平衡》一课，作用在同一物体上的两个力、如果大小相等、方向相反、并且在同一直线上，则这两力的作用效果能使物体保持静止或匀速直线运动（即“平衡状态”），若只按课本的装置来实验，学生印象最深刻的是其中一个条件——大小相等，至于其他的三个条件也能顺理成章地得出，看似很容易得出了结论，但结果表明学生经常将平衡力与相互作用力相混淆，根本原因是实验没有充分展示学生思维加工过程可以将装置的四个角分别再加多几个滑轮[TP5CW21TIF，Y#]（如图1），老师用手按住小车，请学生想办法并上台改变一下实验的操作，再松开按小车的手，若使车从静止变成运动，有多少种做法？最后可设计将小车一分为二（原先用胶水粘紧），每次实验后反过来问，若使小车一直保持静止不动的条件是什么？改变实验的做法——从归纳实验变成演绎实验，引导学生逆向思维，大大拓展学生参与思考的空间
（2）实验器材选择上设置
在分析该探究要解决哪些问题，每个问题有什么解决方法；再根据现有的条件和探究的要求，选择解决问题的方法；根据这些被选中方法确定需要的实验器材这是实验器材选择的思维过程，常规教学上，器材的选择大多是教师预先准备好的，导致学生这种思路过程被包办了学生在初次学习完相关知识后会认为自己学得差不多了，多次重复只会导致他们的思维疲劳，认知僵化可以尝试在学生熟知的实验装置通过删减、改换某个器材；或利用常用的测量仪器但没有刻度（如没有砝码的天平如何测物体质量）；或身边的一个小物件设计多个实验；或做验证同一规律的实验用不同的物件设置一系列思维训练的问题情境，促使学生获得了新的能力或已有的能力得到提升
（3）实验的条件
经过一段时间的学习后，学生脑海形成的知识之间的联系有跨度大和密度大的特点，若能善于将其综合，就会产生许多新的方法与策略方面的知识改变问题的条件——较直观的是改变实验条件能引导学生将方法、策略、技巧纳入其知识结构如在学生熟练使用的测量仪器、设备上，设置“只利用弹簧测力计和盛水的烧杯，如何测石块的密度？”、“设计不同实验验证，铭牌看不清的两灯泡，谁的额定功率较大？”等问题，促使学生在原有解决问题的方法上寻求改良和突破
创设策略：物理研究方法既表现在知识结构上，也表现在知识[HJ]建构过程中在建构过程中确立用什么方法，能显性体现在问题情境中具体到选用什么实验方法、如何实验都能对预设目标达成度有重要影响应该根据知识点的结构及形成特征比较各种物理思维方法的优劣，构思实验建构新知的整体思路，有时可能用一种方法就能达到较好的效果，有时可能用到两种或多种方法综合才达到；有时在实验器材选择上“集束”收拢，有时在实验条件上“变式”发散不是追求每个环节均匀用力，而是在某一个问题的解决只需找准某个突破口精心设置系列问题组。
24突出推理过程的问题设置，促进认知的迁移
通过观察得出的大量感性认识，若不引导学生进行科学的推理，即运用比较、分析、综合、抽象、概括等思维来抓住事物的本质特性，学生输入的信息就得不到有效的编码和储存，推理过程就象一条思维的纽带，将直观的感性素材与抽象的理性结论有效连接如《流体压强与流速的关系》一课中大多教师的教学流程是设计多个实验：口吹硬币跳栏杆、向倒置漏斗吹气乒乓球不掉、向下垂的两纸中间吹气、简易喷雾器、机翼模型等，引导学生观察出现的现象后，直接得出结论“在气体和液体中，流速越大的位置压强越小”实际上忽略了从现象到结论的推理过程，两者之间思维跨度较大，课后提问学生“为什么不是流速越大的位置压强越大呢？”，他们一般是回答不出来可设置以下的问题情境：
[TP5CW22TIF，Y#]
（1）如图2，一张较轻的纸A端下垂，要它升高，老师在A端施加一个力，让学生说出力的方向如何（向上）
（2）现在不用手对它施力，如图2在纸的上方吹气也能达到（1）的效果，说明吹气过程能给纸片产生怎样的力？（使学生知道力与气体流速大小有关）
（3）启发学生推导：纸片上、下面的压力：F上=p上S上，F下=p下S下，由纸片上升说明它上、下方产生的压力不同，即F下>F上，（纸重忽略不计）而上下纸面积相等，于是得出p下>p上
问题情境重点突出推理过程，能防止学生过于重视知识个体孤立、机械的记忆和理解，割裂相关知识的联系和融合，有利于学生稳固旧知识，将新知识纳入并加以重新编码，形成牢固的知识板块在初中教材中有不少与此类似的成功教学案例：如由三棱镜对光线偏折演绎推理得平行光线入射到凸、凹透镜的规律，由平衡力知识归纳综合出浮力的测量方法，由伏安法测电阻类比推理到测小灯泡功率等
创设策略：首先要综合分析新问题与哪些已学知识的本质联系，两者可以是相似的分析方法，也可以是同一类知识的内涵和外延；其次要夯实确认选取的旧知识基础，问题情境创设要突出旧有认知的唤醒和思维引入，为新问题的有序展开做好铺垫或补充总之，学生已有知识结构越稳定、概括水平越高，新旧问题之间共同成份越多、具备清晰可辨别的特征越显著，思维和能力的迁移越容易
综上所述，有效的问题情境的基本特征：让学生容易觉察到的一种有目的但不知如何达到的心理困境，能提供认知所需要的易于觉察到的信息，伴随着与学生的情感、心理发生共鸣的认知氛围，从而诱发学生主动建构知识的动机
【本研究为广州市教育科学“十二五”规划立项课题《基于目标分类理论下初中物理导学案的设计研究 》成果之一 （ 立项批准号： 12B103） 】
1有效问题情境的三要素。
11要解决什么问题
问题既是思维的起点，也是思维的动力学生通过观察和分析形成问题意识，产生一种怀疑、困惑、焦虑的心理体验，驱使学生为解决问题而展开的思维活动，实则让学生产生“为什么”和“怎么办”的形成和目标意识因此，待解决的问题能给学生提供待加工的信息，这些信息中蕴藏问题的初始条件、情境和解决的目标。
12学生目前的知识结构
初中学生学习物理的基本特征：学习始于直观的物理现象，积累大量的感观认识，但抽象思维能力较弱，需要借助外界的帮助不同的学生知识结构是不同的，对同一问题情境的刺激感觉和作出反应不同譬如：基础不扎实会导致分析问题时观点飘浮不定，易受外界干扰；知识区分度不够会导致运用时易混淆；联系不紧密会导致知识不会迁移只有意识到学生在建构知识时会遇到各种的困难和认知特点，花时间“充分展示思维过程”而不是“一蹴而就”，才会使问题情境的创设更有针对性。
13问题如何呈现
若学生的知识水平是建构认知的起点，每一节课的教学目标是终点，那么问题情境就是两者的桥梁，若两者的思维落差大，则设置问题时要做好思维的阶梯或铺垫因此要根据学生不同学习阶段的知识结构以及预设目标要求，在问题情境的设置上如何呈现知识，不可能面面俱到，要在众多因素中找出突破口，并以此为落点带起整个思维系列的有序推进。
2有效实验情境的创设策略。
21用实验现象承载问题，使思维直接、快速切入
思维的本源在于问题，而“实验现象承载问题”能直观快速地引领学生思维发展中学实验按功能分三大类：引入性实验——在于激起学生对所研究的问题的兴趣调动学生的求知欲望；探索性实验——为建立概念和规律提供必要的素材，引导学生从感性认识上升到理性认识；验证性实验——用推理的方法从旧有知识导出新知识，为判断推理是否正确，以实验来验证
根据知识的生成方式以及实验现象对学生思维指向性的功能，在选择做什么实验，如何做实验前都有通盘的考虑本文以《大气压》的新授课为例，先根据学生思维发展特性设置了“感知大气压存在→模访并尝试解释现象→验证大气压存在并测量”的流程整个流程涉及到几个实验来支撑，如瓶吞鸡蛋、马德堡半球实验、吸不到口的汽水，覆杯实验等但这几个实验所呈现的现象对学生思维的指向各有侧重“瓶吞鸡蛋”现象能激起学生浓厚兴趣，现象指向使学生感知大气压的存在；“半球实验”现象让学生获得大气压值较大的体验；这两个实验起到引入并推进思维的效果“吸不到口的汽水”做法是：发给学生一些吸管，插入他们自带的矿泉水或汽水，在水面上方的管子剪一小洞；或者用两根不剪洞管子（一根插入水中，另一根在瓶外）在口中同时吸结果“喝不到水”颠覆了学生原有的看法，激起学生刨根问底的欲望；再追问怎样才能喝到水时，能很快探索出结果并得到验证，该实验现象起到了促使学生运用刚得到的初步认识来尝试解释，提出问题解决设计方案、并最终得以验证的一系列完整的思维进程而“覆杯实验”现象能使学生直观知道大气压能支持杯中水而不流出来，到底能支持多高的水柱呢，从而能自然过渡到托里拆利实验的原理和实验步骤环节
创设策略：由以上分析可以看出，不同的实验所表示出来的现象有截然不同的效果呈现的先后顺序和知识逻辑顺序——要根据学生的习得经验，知识的逻辑结构需要分解成几个环节，按照各环节的预设思维发展目标要求来统筹安排设计中尽可能纯化过程，排除干扰，便于找到问题的实质具体来说：在教学中编排实验时要深思：“这实验现象会给学生怎样的印象？引起怎样的思维？做这实验想达到怎样的目的？有没有比这个更好的实验？前后现象呈现对学生的思维发展有没有层层推进的作用？”此外，还要考虑有些实验所反映的是非本质的现象，要有所改进。
22在实验方式设置问题，拓展思维的发展空间
实验方式：实验常见的呈现方式是演示实验、课内学生实验、课外学生实验等经验表明，提供动手的机会越多，学生对知识的理解越能得到有效的加深但存在着突出的问题——所耗时间过多，这需要在两者中达到平衡考虑到学生的能力，将一些演示实验改为学生实验能有效调动自主学习的作用有些课内实验往往受知识容量、器材配置、时间、实验条件等诸因素的限制，常采取观看视频或图片等方式来展示，而将问题的探讨拓展到课外是知识的理解能力得以深化和创造的重要补充如：《熔化和凝固》教学，呈现2008年南方雪灾，路政部门对“夜冻昼化”的京珠高速公路采取了撒盐的措施为验证猜想是否正确，可让学生在家里的冰箱做比较水和盐水的凝固点实验
课外实验的策略：一是结合教学内容，要求学生用一些简单的器材自制教具并独立地进行观察和实验，特别是在课堂中费时而又受条件限制的实验；二是在教师的组织和指导下进行室外观察和测量，并收集结果在班上与同学们分享交流。
23用实验方法设置问题，培养思维的灵活性
物理学科发展历程中沉淀下来许多科学有效的研究方法，如“研究决定电阻大小的因素”中的控制变量法；“研究电压”中的类比法；“研究物体不受力，将会怎样”中的推理法；“研究力的概念”中的归纳法另外，比较法、等效法、建模型法、替代法和图像法等，也是常用的研究方法在设计问题情境时要充分考虑概念或规律知识的形成特征，还要掌握每种方法得以成功的基本因素是什么，最佳生成途径来选择合适的实验方法，将知识体系和方法体系加以融合，把猜想与假设具体化、程序化，对其包含的知识和方法，按教学流程进行合理编排而形成实验的步骤，体现“方法是线索，知识是载体”的特点用实验方法设置问题可从以下几方面着手： （1）改变实验的做法
例如人教版《二力平衡》一课，作用在同一物体上的两个力、如果大小相等、方向相反、并且在同一直线上，则这两力的作用效果能使物体保持静止或匀速直线运动（即“平衡状态”），若只按课本的装置来实验，学生印象最深刻的是其中一个条件——大小相等，至于其他的三个条件也能顺理成章地得出，看似很容易得出了结论，但结果表明学生经常将平衡力与相互作用力相混淆，根本原因是实验没有充分展示学生思维加工过程可以将装置的四个角分别再加多几个滑轮[TP5CW21TIF，Y#]（如图1），老师用手按住小车，请学生想办法并上台改变一下实验的操作，再松开按小车的手，若使车从静止变成运动，有多少种做法？最后可设计将小车一分为二（原先用胶水粘紧），每次实验后反过来问，若使小车一直保持静止不动的条件是什么？改变实验的做法——从归纳实验变成演绎实验，引导学生逆向思维，大大拓展学生参与思考的空间
（2）实验器材选择上设置
在分析该探究要解决哪些问题，每个问题有什么解决方法；再根据现有的条件和探究的要求，选择解决问题的方法；根据这些被选中方法确定需要的实验器材这是实验器材选择的思维过程，常规教学上，器材的选择大多是教师预先准备好的，导致学生这种思路过程被包办了学生在初次学习完相关知识后会认为自己学得差不多了，多次重复只会导致他们的思维疲劳，认知僵化可以尝试在学生熟知的实验装置通过删减、改换某个器材；或利用常用的测量仪器但没有刻度（如没有砝码的天平如何测物体质量）；或身边的一个小物件设计多个实验；或做验证同一规律的实验用不同的物件设置一系列思维训练的问题情境，促使学生获得了新的能力或已有的能力得到提升
（3）实验的条件
经过一段时间的学习后，学生脑海形成的知识之间的联系有跨度大和密度大的特点，若能善于将其综合，就会产生许多新的方法与策略方面的知识改变问题的条件——较直观的是改变实验条件能引导学生将方法、策略、技巧纳入其知识结构如在学生熟练使用的测量仪器、设备上，设置“只利用弹簧测力计和盛水的烧杯，如何测石块的密度？”、“设计不同实验验证，铭牌看不清的两灯泡，谁的额定功率较大？”等问题，促使学生在原有解决问题的方法上寻求改良和突破
创设策略：物理研究方法既表现在知识结构上，也表现在知识[HJ]建构过程中在建构过程中确立用什么方法，能显性体现在问题情境中具体到选用什么实验方法、如何实验都能对预设目标达成度有重要影响应该根据知识点的结构及形成特征比较各种物理思维方法的优劣，构思实验建构新知的整体思路，有时可能用一种方法就能达到较好的效果，有时可能用到两种或多种方法综合才达到；有时在实验器材选择上“集束”收拢，有时在实验条件上“变式”发散不是追求每个环节均匀用力，而是在某一个问题的解决只需找准某个突破口精心设置系列问题组。
24突出推理过程的问题设置，促进认知的迁移
通过观察得出的大量感性认识，若不引导学生进行科学的推理，即运用比较、分析、综合、抽象、概括等思维来抓住事物的本质特性，学生输入的信息就得不到有效的编码和储存，推理过程就象一条思维的纽带，将直观的感性素材与抽象的理性结论有效连接如《流体压强与流速的关系》一课中大多教师的教学流程是设计多个实验：口吹硬币跳栏杆、向倒置漏斗吹气乒乓球不掉、向下垂的两纸中间吹气、简易喷雾器、机翼模型等，引导学生观察出现的现象后，直接得出结论“在气体和液体中，流速越大的位置压强越小”实际上忽略了从现象到结论的推理过程，两者之间思维跨度较大，课后提问学生“为什么不是流速越大的位置压强越大呢？”，他们一般是回答不出来可设置以下的问题情境：
[TP5CW22TIF，Y#]
（1）如图2，一张较轻的纸A端下垂，要它升高，老师在A端施加一个力，让学生说出力的方向如何（向上）
（2）现在不用手对它施力，如图2在纸的上方吹气也能达到（1）的效果，说明吹气过程能给纸片产生怎样的力？（使学生知道力与气体流速大小有关）
（3）启发学生推导：纸片上、下面的压力：F上=p上S上，F下=p下S下，由纸片上升说明它上、下方产生的压力不同，即F下>F上，（纸重忽略不计）而上下纸面积相等，于是得出p下>p上
问题情境重点突出推理过程，能防止学生过于重视知识个体孤立、机械的记忆和理解，割裂相关知识的联系和融合，有利于学生稳固旧知识，将新知识纳入并加以重新编码，形成牢固的知识板块在初中教材中有不少与此类似的成功教学案例：如由三棱镜对光线偏折演绎推理得平行光线入射到凸、凹透镜的规律，由平衡力知识归纳综合出浮力的测量方法，由伏安法测电阻类比推理到测小灯泡功率等
创设策略：首先要综合分析新问题与哪些已学知识的本质联系，两者可以是相似的分析方法，也可以是同一类知识的内涵和外延；其次要夯实确认选取的旧知识基础，问题情境创设要突出旧有认知的唤醒和思维引入，为新问题的有序展开做好铺垫或补充总之，学生已有知识结构越稳定、概括水平越高，新旧问题之间共同成份越多、具备清晰可辨别的特征越显著，思维和能力的迁移越容易
综上所述，有效的问题情境的基本特征：让学生容易觉察到的一种有目的但不知如何达到的心理困境，能提供认知所需要的易于觉察到的信息，伴随着与学生的情感、心理发生共鸣的认知氛围，从而诱发学生主动建构知识的动机
【本研究为广州市教育科学“十二五”规划立项课题《基于目标分类理论下初中物理导学案的设计研究 》成果之一 （ 立项批准号： 12B103） 】