强学生的现实适应性等都是物理开放问题教学的应有目标。 3.1.2物理开放问题教学的基本原则——整合的建构主义学习理论
建构主义是在认知主义基础上发展起来的，不仅形成了全新的学习理论，而且也逐渐形成了全新的教学理论和与之相关的教学模式、教学方法和教学设计思想，它的一些基本观点为我们提供了一种与传统教学完全不同的教学理念和教学指导原则。
① 激发学生学习兴趣、发挥学生主体性原则
建构主义认为，学习应该是积极的。学习者必须积极地做一定的事情，他们不是被动地接受外在信号，而是主动地根据先前认知结构注意和有选择性地知觉外在信号，并对信号加以重新解释，重新构造其意义。因此，在物理课堂教学中，教师要想方设法在教学的各个环节中促使学生主动学习，积极思考，像磁石一样紧紧地吸引学生的注意力，这是学生能够主动建构知识的前提。
② 营造良好学习环境、加强多方互动性原则
人们的认识活动（问题解决活动）总是在一定的社会环境中完成的，因此建构活动具有社会性。事实上，每个学习者都以自己的方式建构对于事物的理解，由于不同的人看到的是事物不同的方面，学习者通过合作可以使理解更加丰富和全面。因此，建构主义学习特别强调学习者之间的充分沟通与合作，强调学习者之间有效的交流和互动，强调学生从动手实践中获得知识。
③ 设立具体教学目标、确保目标指引性原则
目标定向是建构主义学习的又一特征，只有学习者清晰地意识到自己的工作目标，并形成与获得所希望的成果相应的预期时，学习才可能是成功的。因此，在物理问题解决教学中教师应首先把教学目标具体化（问题情境、明确问题），并在此基础上将其进一步转化为学生的学习目标，确保学生在目标指引下自主建构，实现对问题的真正解决。
④ 发展学生学习策略、突出自主建构性原则
学习是建构性的。学习过程不仅仅是简单的信息输入、存储和提取，在这一过程中，学习者必须对新信息进行精制并将其与其它信息关联起来，深刻理解新信息、新知识，才能实现“意义建构”这一教学过程的最终目标。与此相适应，教师在物理教学中必须由传统的权威角色转变为学生学习的辅导者和学生学习的高级合作者，教师除了在教学内容方面辅导学生，更应在新的学习技能和技术方面指导学生，促使学生在学会的过程中获得物理学习的策略，学会独立的探究，学会学习。
⑤ 优化学生认知结构、注重学习累积性原则
学习是累积性的。一切新的学习都是以决定学什么、学多少、怎样学的方式建立在以前学习的基础上或是在某种程度上利用以前的学习建构自己的理解。因此，在物理问题解决教学中，教师不能忽视学习者的已有知识经验采用简单强硬地从外部对学习者实施知识的“填灌”，而是应当把学习者原有的知识经验或知识层次作为新知识的生长点，引导学习者从原有的知识经验中生长新的知识经验，通过问题解决形成合理的问题结构图式。
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⑥ 提高学生元认知水平、实施主体取向评价原则
建构性学习不是简单地占有别人的知识，而是建构自己的知识经验，形成自己的见解。建构性学习要求学习者承担更多的管理自己学习的任务，更注重主体取向的质性评价方式，要求学习者必须从事自我监控、自我测试、自我检查、自我评价等活动。因此，在物理问题教学中，教师应努力提高学生的元认知水平，通过问题解决中的诊断与反思，判断自己的学习进展及与目标之间的差距，进而采取各种增进理解和帮助思考的策略，完成问题解决的任务，进而实现对知识的深层次建构。
①
3.2构建物理问题解决的课堂教学模式
教学设计理论指出，针对不同的教学目标和教学内容要选择不同的教学模式。为此，笔者以有关教学设计理论为参照，同时将自己的教学实践经验规范化、系统化、理论化，构建了以学生主动建构为特征的物理问题解决课堂教学模式，为物理开放问题教学提供了具体的操作指导。 3.2.1教学流程
以学生主动建构为特征的物理问题解决课堂教学模式流程图如下： 认识的一般过程 明确问题 教师活动 创设情境 目标反馈 探究问题 启发点拨 分层指导 过程反馈 共同研究 引导提示 合作分享 结论反馈 解决问题 指导建构 揭示结果 应用反馈 新的问题 激励评价 促进迁移 教学相长 图3—1 物理问题解决的课堂教学模式
3.2.2核心思想
物理问题解决课堂教学模式的设计以学生学习为出发点和归属，对学生的心理发展历程和师生之间的互动作用给予了特别的关注和强调，较好地把握了“问题、探究、合作、建构、创新” ① 张建伟：《简论建构性学习和教学》，《教育研究》，1999年第5期，pp.56——60。
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师生互动 导向激趣 学生活动 明确目标 学生心理发展过程 目标定向指引 积极思考 丰富学习体验 组织交流 促进全面理解 认知建构 建构问题意义 反思内化 发展提高创新 等诸多因素的辨证统一关系，并在一般意义上规定了教师和学生的双边活动、特别是学生的主体活动程序：以合适问题（物理问题的开放度）为切入点、以积极思考为手段、以合作讨论为依托、以意义建构为目标、以实践创新为最终目的；反过来实践创新又促进了学生自主学习和问题意义的建构，促进学生学会分享与合作，从而实现在物理问题解决教学中培养学生自主学习能力、发展学生良好合作意识、帮助学生建构问题意义和提高学生实践创新能力的互动和互补。
该教学模式的核心教学目标是：在学生积极思考、共同合作和个体问题解决的基础上，发展学生以创新精神和实践能力为核心的素质，特别是提高学生信息时代学会学习和主动发展的能力，增强学生的现实适应性。 3.2.3理论基础
物理问题解决课堂教学模式以建构主义和布鲁纳的发现学习为理论基础，提倡在教师指导下的、以学习者为中心的学习和解决问题。也就是说，既强调学习者的认知主体作用，又不忽视教师的指导作用。教师是意义建构的帮助者、促进者，而不是知识的传授者与灌输者；学生是信息加工的主体、是意义的主动建构者，而不是外部刺激的被动接受者和被灌输的对象。
从认识发展角度看，以学生主动建构为特征的物理问题解决课堂教学模式符合人类认识发展的一般历程，特别强调问题解决在新知识建构中的重要作用——从提出问题、分析问题、共同研究、解决问题、然后再提出新的问题，通过问题解决的连续思维序列实现个体的认知发展。 3.2.4教学步骤
一般而言，以学生主动建构为特征的物理问题解决课堂教学模式是由创设问题情境、实施分层指导、组织学生交流、揭示问题意义、促进学生迁移五步构成。这五步可以构成一堂课的完整教学，也可能一堂课的教学只是该模式的一个环节。
①创设问题情境：这一过程实质上是启动学生思维活动的过程，同时又是激发学生内在机制运转、促进学生识别问题关键和明确探究学习目标的过程。
②实施分层指导：由于不同的人看到的是事物的不同方面，每个学习者都以自己的方式建构对于事物的理解和思考，因此，实施分层指导有助于学生更加积极地以自己的方式思考问题、表征问题，制定问题解决计划等。
③组织学生交流：人的认识活动总是在一定的社会环境中完成的，学习者通过合作可以使理解更加丰富和全面、使问题解决得更为圆满，并在这一过程中学会合作和分享。
④揭示问题意义：是学生思维突破的关键过程，也是学生深刻理解所学知识、进而实现有效的认知建构——对科学概念体系的深刻理解，并将其转化为个体内在的认知结构；
⑤促进迁移创新：对问题解决的反思可以使学生更好地理解某一具体方法的适应性，通过对一种方法在一种情境的不适用的仔细考虑，可以使学生在其他情境中更好地迁移和利用。有关元认知与自我调节的研究表明，大部分的发展性成长和学习经验上的改进发生在源于有效反思和评价问题解决过程和成果之中，这是提高学生问题解决能力最为重要的一步。
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3.2.4教学实例
为改变教学方式单一沉闷局面和鼓励学生积极参与教学过程，笔者结合高中物理“用单摆测定重力加速度g”的学生实验，选择了“如何用不规则的重物做摆锤测定重力加速度g”的物理开放问题，应用上述物理问题解决课堂教学模式，对如何促进学生主动建构进行了有益的探索和尝试。
课始，首先带领学生复习单摆的组成和周期公式，进一步理解公式的成立条件和公式中每一物理量的意义及其测量方法；然后通过实验室中的单摆与实际生活中的摆相比较创设问题情境，向学生介绍“如何用不规则的重物做摆锤测定重力加速度g” 的问题，确保学生明确学习目标、知道问题的实质涵义——问题的困难在于无法确定摆锤的质心位置，从而不能直接测定摆长。
接着，学生就如何回避测量摆长的困难来解决测定重力加速度g的问题进行个体思考。这时，针对不同层次和不同水平的学生，需要教师提供适时、适量的帮助和指导，因为适度的困惑可以诱发深入的探究，但过度的困惑则可能使学生丧失兴趣。教学实践表明，在教师提示和帮助下，学生大多能领会和掌握解决这一问题的差值方法或图线方法①(限于篇幅，略)。
进一步，组织学生交流讨论。由于每个学生都以自己的方式建构对于事物的理解，不同学生看到的是事物的不同方面，通过学生之间的讨论和交流既可以改善学生个体思考的缺陷，又有助于培养学生的合作能力。事实上，要减小测量g的相对误差，必须减小测量摆长差值L的相对误差，所以L值要适当地取大些，如40～50㎝；为了使装置接近单摆，l2也不能取得太短，可取70～80㎝；在L值较大条件下，T1与T2之差也较大，上式中分母(T12-T22)的相对误差也会小些?? 对差值方法的上述分析和讨论为学生全面理解和意义建构提供了良好条件。
最后，引导学生进行反思，以促进迁移。教学中引导学生对差值方法与图线方法进行分析比较、并介绍差值方法与图线方法在其他方面的应用实例等，不仅能从认知、情感、社会性、创造性等方面帮助学生全面达成教学目标，而且有助于改进学生的学习策略。
教学模式是教学理论的具体化，是教学经验的系统概括②。从模式的角度来研究课堂教学的基本结构和程序，有助于动态地、有机地把握教学过程的全局，同时也在教学理论和教学实践之间架起了一座桥梁。
3.3渗透物理学前沿内容 在开放题教学中建构意义（教学案例1——情境的开放）
中学物理教学注重与现代物理发展相联系，在近年来物理课程、教材和高考改革中得到了充分印证，物理教学内容的现代化已引起人们愈来愈多的关注。然而，传统观点认为，中学物理教学内容是物理学科基础中的基础，是经典物理学中的一些基本概念和基本规律，中学物理与现代物理发展之间存在着巨大的鸿沟。事实上，只要我们转变观念，善于挖掘，完全可以于中学物理 ① 阎金铎：《物理典型课示例》，山东教育出版社，2001年6月第1版，pp.82—86。 ② 高 文：《现代教学的模式化研究》，山东教育出版社，2000年6月第1版，p.480。
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的一些具体问题中渗透物理学的前沿内容、思想和观点。本案例以物理开放问题（情境开放）教学为依托，联系黑洞研究的最新进展谈谈如何促进学生建构 “黑洞” 的物理意义。
[例3.3.1]一个密度均匀的球形天体，它的质量等于太阳质量M日=2×10㎏，问它的半径R最大为多少时，才会使它的第一宇宙速度大于光在真空中的速度？
这一临界半径就是黑洞的临界半径。因为第一宇宙速度v1是物体能环绕星体表面作圆周运动的速度。若v1=c(光速)，则从星体表面发射的光子肯定到不了远处，因而从远处“看到”是黑的。
[例3.3.2]所谓黑洞，产生于某些类型的星体的最后演化阶段。当星体变得如此之小(相对一定星体的质量)以至于从它表面发射的光不再具有足够的能量离开它，它就成了一个黑洞。有些黑洞问题可以利用守恒定律以及频率为υ的光子具有质量m?②
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①
h?的假定，求解到一个数量级的2c近似值。把一个星体看成质量为M的均匀球。当它们变成黑洞时，其半径的极限有多大？
对一个具有太阳质量的星体，这个值是多大？
设一个频率为?0、能量为h?0的光子从半径为R、质量为M的星体射出。当它与星体中心相距r时，根据能量守恒定律和引力势表达式?GM有 r h?0(1?GMGM)?h?(1?) c2Rc2r这里G为引力常数。当光子脱离星体的引力场（r趋于无穷）时，我们得到 ???0(1?GM) 2cR?必须是正的，因此星体的半径极限是
R?GM c2对太阳，R?1km。用这种方法推导出的表达式同根据爱因斯坦理论引力理论得到的表达式相差一个2的因子（并不影响结果的数量级）。
[例3.3.3]黑洞产生于某些类型星体的最后演化阶段，有些黑洞问题可以利用频率为υ的光子具有质量m?h?和圆周运动的条件（星体对光子的引力提供光子绕星体运动的向心力）的假定，c2求解到一个数量级的近似值。把一个星体看成质量为M的均匀球，当它们变成黑洞时，其半径的极限有多大？
[例3.3.4]天文学家根据天文观测宣布了下列研究成果：银河系中可能存在一个大黑洞，距黑 ① 人民教育出版社物理室：《高中物理课本(试验修订本·必修)》第一册，人民教育出版社，2000年2月第2版 ，p.110。
② W.H.Jarvis 编，宣桂鑫等译：《物理竞赛示范题解》，上海交通大学出版社，1984年2月第1版，p.12。
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