中学物理电磁学问题设计研究毕业设计论文.doc

中学物理电磁学问题设计研究
摘　要
加强对学生的问题意识、创造性思维以及问题解决能力的培养，是新课程改革的重要目标之一。问题是培养学习者认知发展和高级思维技能的基础，对于教学有着至关重要的作用。而对整个教学过程来说，各个教学环节需要不同复杂程度的问题来支撑和引导，尤其对分层教学来说更是如此。因此，教师需要的不止是一个单独的问题，更是知识和方法要求有层次区分的一系列问题，本研究将其称为“问题系统”。
针对问题和问题系统的设计方法，教学设计以及物理教学论领域的专家已经做出了一定的研究成果，但多是宏观策略和原则指导，不足以为一线物理教师的具体操作提供帮助。以学习活动为中心的教学设计理论，提出了知识推理路径问题设计方法，尝试为教师提供一种可操作的问题设计技术，但仍有待完善。
本文在现有研究成果的基础上，针对中学物理电磁学探索出知识关联图问题设计的操作技术。并通过问卷调查以及缺陷分析的方法进一步完善和改进这种问题设计技术。从设计单个问题到设计一个问题系统，本研究进一步发展和提升了物理问题设计的技术水平。
本研究主要包括以下三部分内容：
（1）物理学科知识关联图的绘制规范和问题设计的操作细节。该部分对物理学科知识关联图的应用功能、构成成分、绘制步骤以及完备性检验方法做了详细说明，并阐述了其相对知识推理路径的继承与创新。同时，在借鉴知识推理路径问题设计方法的基础上，进一步完善针对知识关联图的ADM操作方法。
（2）中学物理电磁学问题系统设计方法。针对物理电磁学部分的知识内容，运用知识关联图问题设计方法设计一系列问题，并在此基础上总结出问题系统的构建方法。
（3）问题系统设计成果的问卷调查与归因。通过问卷调查，分析所设计的问题及问题系统存在的缺陷与不足，根据分析及归因的结果进一步改进和完善问题设计技术。
关键词：问题设计，问题系统，物理电磁学，知识关联图
A Study on Problem Design of Physics Electromagnetism in Middle School

ABSTRACT

Enhancing the students’ problem awareness, creative thinking and problem solving abilities is one of the most important goals of the New Curriculum Reform. As the foundation to train learners’ cognitive development and advanced thinking skills, problem has a vital role for instruction. And for the whole teaching process, problems on different levels are needed in various teaching link, especially for the hierarchical teaching. What teachers need is more than just a single problem, but a series of problems which can be distinguished according to the knowledge and methods required. We call them the “problem system”.
Experts in fields of Instructional Design and Physical Pedagogy have made some achievements on the methods to design a problem and problem system. But most of them are macroscopic principles which can’t help the Physics teachers directly and specifically. In the study of Learning Activity-Centered Instructional Design, a method to design a problem using Knowledge Ratiocination Routes was explored. It is a operational problem design technology but still needs to be improved.
In this paper, on the basis of existing research results, the problem design technology using Knowledge Relating Network has been explored and applied in Physics Electromagnetism of middle school. The author also validates this technology through questionnaire and limitation-analysis and further improves it. Designing a problem system instead of a single problem, this research develops and improves the technical level of Physics problem design.
The research is composed of the following three parts:
(1) Mapping rules of Knowledge Relating Network and operation details of Physics problem design. In this part, the author elaborates the function, components, mapping steps, self-consistency verification of the Knowledge Relating Network and its relationships with and differences from the Knowledge Ratiocination Routes. And the ADM operation method on Knowledge Relating Network is improved using Knowledge Ratiocination Routes Problem Design Method for reference.
(2) Problem system design method for Physics Electromagnetism in middle school. Design a series of problems on Physics Electromagnetism with the Knowledge Relating Network Problem Design Method. And then sums up the method to construct a problem system.
(3) The questionnaire-based survey and attribution on the fruit of problem system design. Analyze the limitation of the problems and problem systems which are designed in this paper, and further improve the perfect the problem design technology in the light of the analysis results.

KEY WORDS：Problem Design, Problem System, Physics Electromagnetism, Knowledge Relating Network
III

目　录

中学物理电磁学问题设计研究 I
摘　要 I
A Study on Problem Design of Physics Electromagnetism in Middle School II
目　录 1
正文图表目录 1
附录图表目录 3
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 相关研究综述 2
1.2.1 问题设计的相关研究 2
1.2.2 物理电磁学的相关研究 4
1.2.3 研究现状分析总结 5
1.3 研究意义 6
1.3.1 理论意义 6
1.3.2 实践意义 7
2 研究的整体设计 7
2.1 关键词界定 7
2.11 “问题”的界定 7
2.1.2 问题系统 9
2.2 研究目标与内容 9
2.2.1 研究目标 9
2.2.2 研究内容 9
2.3 研究过程设计 10
3 知识关联图问题设计技术 11
3.1 知识关联图介绍 11
3.1.1 知识关联图及其功能 11
3.1.2 知识关联图的构成成分 12
3.1.3 知识关联图的绘制方法 13
3.1.4 知识关联图与知识推理路径的联系与区别 18
3.1.5 知识关联图介绍小结 18
3.2 运用知识关联图进行问题设计 19
3.2.1 绘制知识网络图 19
3.2.2 选择问题原型 20
3.2.3 ADM操作 21
3.3 小结 23
4 中学物理电磁学问题系统设计 23
4.1 问题系统设计方法概述 23
4.2 问题系统设计举例 24
4.2.1 绘制知识网络图 24
4.2.2 选择问题原型并绘制知识关联图 25
4.2.3 针对知识关联图进行ADM操作设计新题 26
4.2.4 分析问题知识结构，构建问题系统 38
4.3 中学物理电磁学问题系统设计技巧 42
5 问卷调查分析与归因 43
5.1 单个问题的调查结果统计与分析 43
5.1.1 科学性缺陷分析和归因 45
5.1.2 教学性缺陷分析和归因 45
5.2 问题系统的调查结果统计与分析 46
5.3 分析与总结 48
6 后续研究与展望 48
6.1 与课堂教学相结合，深入问题设计技术的研究 48
6.2 探索问题设计技术的自动化实现 48
参考文献 49
附　录 51
附录1 高中物理电磁学问题设计调查访谈提纲 51
附录2 高中物理电磁学问题系统缺陷分析问卷 53
致　谢 60

61

正文图表目录
表 1 面向各科课程的教学问题设计模板 3
表 2 新题知识结构分析表 38
表 3 单个问题的调查结果统计表 43

图 1 研究流程图 11
图 2 知识关联图构成成分 13
图 3 13
图 4 知识关联图绘制举例步骤一 14

图 5 知识关联图绘制举例步骤二 14
图 6 知识关联图绘制举例步骤三 14
图 7 知识关联图绘制举例步骤四 14
图 8 知识关联图绘制举例步骤五 15
图 9 知识关联图绘制举例步骤六 15
图 10 知识关联图绘制举例步骤八 17
图 11 知识关联图删除操作举例 22
图 12 问题系统设计举例——知识网络图 24
图 13 问题原型题目中图 25
图 14 问题原型知识关联图 25
图 15 新题1题目中图1 26
图 16 新题1题目中图2 26
图 17 新题1知识关联图 27
图 18 新题2题目中图1 27
图 19 新题2题目中图2 27
图 20 新题2知识关联图 28
图 21 新题3题目中图1 28
图 22 新题3题目中图2 28
图 23 新题3知识关联图 29
图 24 新题4题目中图 29
图 25 新题4知识关联图 30
图 26 新题5题目中图 30
图 27 新题5知识关联图 31
图 28 新题6题目中图 31
图 29 新题6知识关联图 32
图 30 新题7题目中图 32
图 31 新题7知识关联图 33
图 32 新题8题目中图 33
图 33 新题8知识关联图 34
图 34 新题9题目中图 35
图 35 新题9知识关联图 35
图 36 新题10题目中图 36
图 37 新题10知识关联图 36
图 38 新题11题目中图 37
图 39 新题11知识关联图 37
图 40 问题系统问卷统计结果图 47

附录图表目录
图 1　 题1-1图1 54
图 2　 题1-1图2 54
图 3　 题1-2图 54
图 4　 题1-3图 55
图 5　 题1-4图 55
图 6　 题1-5图 55
图 7　 题1-6图 56
图 8　 题1-7图 56
图 9　 题2-1图 56
图 10　题2-2图 57
图 11　题2-3图 57
图 12　题2-4图 57
图 13　题2-5图 57
图 14　题2-6图 57
图 15　题2-7图 58
图 16　题2-8图 58

1 绪论
1.1 研究背景
随着21世纪经济时代的到来，培养学生的问题意识、创造性思维以及问题解决的能力逐渐成为备受关注的课程目标，一系列的课程改革正是在这样的时代背景下轰轰烈烈地展开。而问题是培养学习者认知发展和高级思维技能的基础。现代心理学认为，一切思维都是从问题开始的。[[].朱德全.问题系统教学设计探究——数学处方教学设计原理归结[D],重庆：西南师范大学，2002：3.
]因此，一个好的问题对于教学有着至关重要的作用。
物理学科的新课程改革强调关注学生的学习过程，注重分析、解决物理问题的思路[[]阎金铎主编，郑军 余国祥著《物理课程论》，广西教育出版社 1996 年 12 月第 1版
]这一目标的实现更是离不开一个好的物理问题。从课堂练习、课后巩固到单元复习等等各个教学环节，都需要教学问题的支撑和引导。而针对一个特定知识单元内容的教学来说，各个环节需要的问题是不同的，问题所训练或考查的知识点的复杂度和难度都应该有所不同，尤其对分层教学来说更是如此。因此，教师需要的不止是一个单独的问题，更是知识和方法要求有层次区分和不同侧重的一系列问题，在此笔者称其为“问题系统”。这一问题系统，不仅能够与教学的各个环节相吻合，还应该能够帮助教师开展个别化教学以及分层教学等。
那么如何设计一个问题？如何设计一系列问题从而构造一个满足教学需求的问题系统？教学设计以及物理教学论领域的专家对此已经有了一定的探讨，如问题教学的设计与实施、问题解决能力的培养、问题设计的原则、问题的分类和各类型问题设计思路等，这些研究成果为问题设计提供了有力的宏观指导和方向指引。但到底如何通过一步步操作设计出满足自己教学需要的问题呢？上述研究还不能为一线物理教师提供一个很好的答案。
以学习活动为中心的教学设计理论，提出了一套从目标知识点出发设计物理问题的知识推理路径问题设计方法，一定程度上突破了上述研究的局限，尝试为教师提供一种可操作的技术方法，但仍然有待完善。
本文正是在现有研究成果的基础上，试图进一步改进和发展物理问题设计技术。为保证研究的准确性，笔者选择以中学物理课程中的重点内容之一——电磁学知识内容为载体，研究中学物理电磁学问题及问题系统的设计方法。
1.2 相关研究综述
1.2.1 问题设计的相关研究
培养学生解决问题的能力是一个重要的课程目标，而问题是培养学生高阶思维技能的关键。目前问题的重要性得到国内外研究学者的普遍认可，如有学者认为“问题有助于摆脱思维定势、问题促使思维进入‘后反省状态’、问题的解决带来成功的体验、问题可促使‘顿悟’的产生”[[] 陶英江.基于问题的物理教学的研究[D].兰州：西北师范大学，2006：26-27.
]等等。而对问题设计的关注也逐渐出现在国内外各个研究领域。
1.2.1.1 国外相关研究
目前国外对问题设计并没有专门深入的研究，而对问题的关注主要体现在基于问题的学习模式（PBL）以及问题解决研究领域。
基于问题的学习模式最早应用于医学教育领域，现在已经越来越多地被其他领域所采用，如电子工程教育及中小学教育等。目前该领域的研究主要集中在PBL教学模式的应用研究[[] David O Neville, David W Britt. A Problem-Based Learning Approach to Integrating Foreign Language Into Engineering[J].Foreign Language Annals, 2007, 40( 2): 226-241.
]，包括教学策略、教学方法以及PBL教学模式的有效性研究[[] Dunlop. J. C. Problem-based learning and self-efficacy: How a capstone experience prepares students for a profession. Educational Technology, Research and Development, 2005, 53(1):65-85.
]等。尽管在研究侧重点、研究方法以及研究结论上各有不同，但有一点得到大家一致的认同：问题是PBL学习模式的核心，而问题的情境及结构则是关注的焦点。如Barrows曾指出“问题应该与学生在真实情境中遇到的问题相似”；[[] Barrows. H. S. Problem-based learning in medicine and beyond: A brief overview. New Directions for Teaching and Learning, 1996(68): 3-12.
]Byrnes则认为问题的结构可以是单独的情境，也可以由一系列需要重复使用相同认知图式才能解决的问题组成，而后一种问题结构更有利于学习的迁移。[[] James P. Byrnes, Allyn, Bacon. Cognitive development and learning in instructional contexts [M]. Boston: Prentice Hall, 2001:261-262.
]
对于问题解决的研究，国外心理学领域已经取得了非常丰硕的成果，包括问题解决的心理机制、问题解决的过程模式、问题解决的思维策略、影响问题解决的个性因素等。[[] 王延文,齐建华,游安军.“问题解决”及其研究综述[J].数学教育学报,1995（3）：35-47.
]研究问题解决教学应用的代表人物是乔纳森，他将问题按照结构进行分类，并提出了针对不同类型问题的教学设计模式[[] 戴维•H•乔纳森著,钟志贤等编译.基于良构和劣构问题求解的教学设计模式（上）[J].电化教育研究,2003(10) :33-39
]。
总之，国外的研究虽然对具体的问题设计方法涉及较少，但是已有的研究成果为问题情境的设计以及对问题符合学生认知规律的保障提供了很好的指导作用。
1.2.1.2 国内相关研究
国内对问题设计的研究成果主要来源于问题解决教学以及学科化教学设计的研究。
1. 问题解决教学的研究
问题解决教学的研究在数学、化学等多学科教学中得到广泛的关注，问题设计在问题解决教学中的重要地位也得到普遍的认可，有学者认为“问题设计是问题教学的精髓”、“如何设计出高质量有效的问题，是问题教学成功与否的关键所在”[[] 姜广平.中职化学问题设计与研究[D].济南：山东师范大学，2006：6-7.
]等。
该领域中针对问题设计的研究比较多，但研究成果多是单独探讨问题设计的方法、原则、策略、技巧或经验介绍等。值得关注的是，目前越来越多的研究者意识到了问题系统设计的重要性。
朱德全从横向和纵向两个维度对数学问题系统的构建进行了探究。他指出，构建横向问题系统即构建知识网络，使数学知识以不同问题方式展现出来，使学生在不同方式的问题认知过程中实现认知结构的整体优化，问题方式包括操作式问题、多变式问题、类化式问题、目标式问题和挑战式问题；而构建纵向问题系统即构建螺旋性问题，通过剖析新知使之逐步转化为已知，问题形式包括迁移性问题、过渡性问题、反馈性问题、强化性问题和延伸性问题。[[] 朱德全.问题系统教学设计探究——数学处方教学设计原理归结[D],重庆：西南师范大学，2002：117-118.
]
表 1面向各科课程的教学问题设计模板

胡小勇则在总结各种问题类型的基础上，以五何、基本-单元-内容、老-新-难、识记-理解-应用-分析-综合-评价等问题类型为维度，提出了三套教学问题集设计模板：面向人文领域的教学问题设计模板、面向理科领域的教学问题设计模板、面向各科的教学问题设计模板，试图为教师的教学问题设计提供帮助。其中面向各科的问题设计模板如Error! Reference source not found.所示。
横向维度代表问题所指的问题类型，纵向维度代表知识的认知程度，而斜方向切入的“由何”为整个问题集的设计提供情境化的导向。作者同时阐述了教学问题设计模板的使用方法：⑴根据课程内容自由设计问题；⑵选择相应的教学问题设计支架进行问题类型的质量验证，将所设计的教学问题依次定位于表格之中；⑶通过分析单个教学问题质量和问题集类型的整体分布，发现教学问题设计所存在的缺陷；⑷针对模板表格中所发现的教学问题不足之处进行再设计。[[] 胡小勇.问题化教学设计[D].上海：华东师范大学，2005：65-68.
]
系统性的一系列问题更有助于培养学生的高级思维技能，因此对问题系统或问题集设计的探究，为问题设计的发展指明了一定的方向。同时，在问题教学的研究队伍中，一线教师也做出了不容忽视的贡献。他们在挖掘教学需求总结教学经验的基础上，指出了课堂教学问题设计的重要性，并总结出问题设计的原则以及设计时应注意的问题，如设计的问题要满足基础性、科学性、针对性、启发性、有序性、现实性、发展性；问题的设计要遵循学生的认知规律，要有利于建立学生的思维模型[[] 柯岩.物理教学中的问题设计[J]，中小学实验与装备，2007， 17(2)：11-12.
]。还有一些物理教师总结出一些很值得借鉴的问题设计的技巧方法，如通过实验设计问题、通过知识应用进行设计、通过已有知识的扩展进行设计[[] 罗兆华.课堂教学中问题设计的原则与方法[J]. 物理通报，2006（8）：17-19.
]等等。这些研究虽然没有形成一定的体系，但却是珍贵的教学经验总结，对问题设计理论和技术研究的发展奠定了很好的基础。
2. 学科化教学设计的相关研究
教学设计的学科化带来了对问题设计技术的迫切需求。针对单纯的教学策略、教学模式等要素选择的教学设计理论已经不能满足学科教师的要求。新一代的教学设计将任务设计作为教学设计的核心内容，而问题解决是一种重要的能力生成任务，因此“问题设计将会成为教学设计理论研究的新领域”。[[] 张晓英，张润芝，杨开城.论教学设计理论发展的新领域——问题设计[J].中国电化教育,2008（11）：11-15.
]
物理学科化教学设计的研究中对问题设计的关注主要有两种思路：
一是与教学过程相结合，提供不同类型问题设计的策略。如吴光超将问题按照设问的形式、问题解答的内容、问题解决的思维类型、问题的内容性质等不同的维度分为不同的类型，在提出分别针对物理基本概念和规律教学、科学思维方法训练、专题复习建立知识结构、举一反三解题能力训练以及课外辅导的问题设计策略后，以物理电磁学的教学实践为例，结合具体的教学流程阐述了问题设计策略在各个教学环节的应用，其中包括各种类型问题设计的时机和比例等。[[] 吴光超.物理问题设计在电磁学课程中的应用研究[D].扬州：扬州大学，2006：16-25.
]
二是提供一套从目标知识点出发设计问题的可操作性技术。利用知识推理路径进行问题设计的初步探索即是这样一种思路：通过包含目标知识点的物理知识网络图找出与其相关的已学知识点，找到已学知识点或目标知识点的问题原型，通过对此问题原型知识推理路径的ADM操作，设计出适合培养或加深对目标知识点理解的问题。这种思路源于以学习活动为中心的教学设计理论研究，张润芝和刘亚萍的硕士论文中探讨了这样一种技术并分别将其应用于中学物理力学和中学数学函数部分的教学设计中，[[] 张润芝.中学物理教学设计研究[D],北京：北京师范大学教育技术学院，2008：28-32
] [[] 刘亚萍.中学数学教学设计研究[D].北京：北京师范大学教育技术学院，2007.
]其中张润芝的研究为本文提供了重要的参考和基础。
1.2.2 物理电磁学的相关研究
高中物理的主要内容是经典物理学的基础知识，其中以力学和电磁学为重点。而电磁学内容的概念繁多且抽象等特点，对学生的知识理解和应用造成一定的困难，通过恰当的学科问题加强学生对电磁学内容的掌握，是重要的教学手段之一。同时这一部分内容还具有以下一些特点：
首先，电磁学研究的是电磁的基本运动形式，在解决电磁学问题时往往又贯穿着力学中的力和运动、功和能这两条主线[[] 刘晓云.高中物理电磁学部分教学与研究[J].科技信息，2007（31）：475.
]，因此电磁学教学中需要的问题更具有综合性、复杂性。
其次，高中物理教材将电现象和磁现象分开处理，而实际上这两种现象是紧密联系不可分割的。[[] 同[19].
]为了让学生更准确地掌握电磁学的基本概念和规律原理，教师更需要系统化的问题来促进结构化的教学。
可见，电磁学教学需要恰当且针对性的学科问题，而上述特点也为问题设计的研究提出了最基本的要求。
有些学者结合物理教学实践总结出一些电磁学教学以及培养学生思维能力的方法和心得，同样对本文的研究具有借鉴意义。如有学者提出通过一题多解培养学生的发散思维[[] 辛春雨，赵衍辉.《电磁学教学与思维能力培养的探讨》[J].白城师范学院学报， 2003（2）：83-84.
]、利用类比法增强学生对概念的理解和知识的迁移[[] 郭晓松.电磁学教学可巧用类比法[J].技术物理教学，2007（2）：32-33.
]等等。这些经验对于电磁学问题的设计具有很好的启发和指导意义。
1.2.3 研究现状分析总结
通过以上的研究现状分析我们可以发现，问题设计的重要性已经得到普遍的关注和认可，对于问题设计的原则、方法等宏观指导策略已经有了比较充分的研究，教师或研究者提供的一些技巧也具有很好的借鉴作用。但是整体来说，问题设计的研究还不够系统化、理论化。
知识推理路径问题设计的方法与其它研究有着显著的不同。首先在功能上，它提供一种具体可操作的技术方法，可以切实地帮助教师设计自己需要的问题；其次在对问题的理解上，知识推理路径问题设计方法更关注的是问题所蕴含的知识结构，而非问题的外在形式。一个问题是否能够真正激发学生的思维，关键在于问题所蕴含的知识是否能够激活学生头脑中已有的认知结构，构成问题空间的知识网络是否足够丰富。从这两个角度讲，从目标知识点出发设计问题是问题设计发展的正确方向。
但知识推理路径问题设计的方法研究也存在一些不足。首先，它只是针对设计单个问题方法的初步探索，对问题系统的设计并没有涉及；其次，知识推理路径是整个问题解决的过程，包含了问题解决者（或问题设计者）的主观判断和推理，这样一条路径不足以客观准确全面地表达知识之间的关系，也有可能会掩盖问题解决的其他路径，因此在用其来设计一题多解或一题多变的问题时就会受到限制。相对知识推理路径，知识关联图描述的是问题所蕴含的知识及知识之间的关系，是对知识网络的客观表征，更适于用来表征和设计问题。因此本研究所要研究的知识关联图问题设计方法将是对知识推理路径问题设计方法的改进和进一步发展。
另外，知识推理路径问题设计的已有研究只将其方法应用于高中物理的力学知识，而电磁学知识相对力学知识又有着不同的特点。已有的方法是否同样适用于电磁学甚至可以推广到整个高中物理教学，还需要进一步的研究验证。
1.3 研究意义
本研究属于物理学科教学设计研究的范畴，从理论和实践上都具有一定的研究意义。
1.3.1 理论意义
从理论意义上来讲，本研究既是对问题设计技术的改进和提升，同时也能促进教学设计理论的进一步发展。
1.3.1.1 促进问题设计技术的发展
问题设计的原则、技巧、方法固然能为教师的问题设计提供一定的指导，但仅有宏观的指导没有微观具体的技术方法，难以切实满足一线老师的需求，也很难形成一套完整的问题设计理论体系。
在将“以学习活动为中心的教学设计理论”具体化到物理教学的过程中，以往的研究者初步提出了利用知识推理路径进行问题设计的思路。这种思路的最大特点是提供了问题设计的具体操作方法：从特定目标出发，针对问题中知识点和问题情境的变换设计不同的问题。[[] 同[17].
]该思路为中学物理教师的理性问题设计做出了初步探索。
知识推理路径可以清晰地展示问题所涵盖的知识点和问题情境的变化路径，但不足的是这条路径包含了问题解决者的主观判断和推理，不足以客观准确地表达知识之间的关系。而本文所采用的知识关联图描述的是问题所蕴含的知识及知识之间的关系，是对知识网络的客观表征。利用知识关联图进行问题设计的技术即是对知识推理路径问题设计方法的改进和发展。
另外，前人的研究多是只关注单个问题的设计，而本文从设计一个问题到设计一个问题系统，这种研究思路更加符合物理教学的需要，也更能提升问题设计技术的技术水平。
由此可以看出，本文对问题设计的研究，从研究角度和研究范围上都有所突破创新，在一定程度上能够促进问题设计理论研究的发展。
1.3.1.2 促进教学设计理论的进一步发展
教学设计的一个重要组成部分是任务设计。因为学生通过完成任务学习知识技能，任务决定了如何学进而决定如何教，也就是说，学习任务既是对学习内容的描述，也是对学习成果和过程的描述。相对于教学策略、教学模式等形式要素来说，任务设计是教学设计的内容要素。
目前，关注任务设计的主要是以学习活动为中心的教学设计理论研究。该研究指出活动任务包括意义建构的任务和能力生成的任务，并提出了知识网络图和知识网络图变形法作为任务设计的基础和操作方法。[[] 杨开城.以学习活动为中心的教学设计理论[M].北京:电子工业出版社,2005: 73,87.
]
不论是意义建构类活动任务的设计还是能力生成类活动任务的设计，都离不开问题设计技术的支撑。知识的理解与运用以及思维的训练都需要一个好的问题。因此，问题设计是任务设计的关键，进而也是教学设计研究的重要领域。问题设计技术的改进和发展将进一步促进教学设计理论研究的发展。
1.3.2 实践意义
本研究的实践意义主要在于为中学物理教师对于复杂性、综合性问题的设计提供一种具体可操作的技术方法。
物理问题是促进学生掌握物理知识、提高问题解决能力的重要手段和工具。一个好的问题应该能够充分地激发学生的思维，引导学生积极探索整个的问题空间，同时还应该能够帮助教师诊断学生的知识缺陷和不足。经验丰富的物理教师或许能够设计出自己需要的教学问题，但对于大部分新手教师来说却很困难，只能从市面上大量的习题集中苦苦寻觅。事实上，对于复杂综合性的问题，完全凭经验也是很难设计出的。
信息时代下教师角色的转变对教师的信息素养和教学科研等能力提出了更高的要求。作为教学过程的设计者，[[] 姜振宇,马远.论信息时代教师的角色[J].教育信息化，2005（6）：16.
]教师应该能够设计出满足教学目标的学习资源，当然也包括能够激发学生思维的教学问题。本研究对问题设计技术的探索将有助于中学物理教师增强问题设计的能力和理性。
为减轻教师的工作负担，这种技术最终将实现自动化，教师将能够利用计算机快速准确地搜索或是设计出针对特定知识点的问题，以满足教学的需求。而本研究则为最终自动化的实现做出初步探索。
2 研究的整体设计
2.1 关键词界定
2.1.1 “问题”的界定
关于问题的研究有很多，如基于问题的学习模式研究、问题化教学研究、问题解决的研究以及以问题为中心的学习环境设计研究等。研究的侧重不同，对问题的界定也有所不同。
格式塔心理学家Karl Dunker在1945年对问题的定义是：当一个有机体有个目标，但又不知道如何达到目标时，就产生了问题，问题是一种相对存在。问题解决研究的教父级代表人物Newell和Simon则认为问题是一种情境，包括三个主要部分：当前状态、目标状态、从当前状态向目标状态转化所需的一系列操作（Newell & Simon，1972）。[[] 转引自刘晓艳.基于问题的学习模式-PBL研究[D].江西：江西师范大学，2002：3-5.
]从建构主义学习环境设计的研究来看，问题是被赋予挑战性、真实性、困惑性的学习任务。[[] 钟志贤.论学习环境设计中的任务—情境与问题概念[J].电化教育研究，2006（3）：16-21.
]而乔纳森对问题关键属性的描述得到普遍的认可，即首先，一个问题是某种情境下的未知实体（目标状态与现实状态的差异）；第二，发现或解决这一未知实体具有社会的、文化的或智能的价值。[[] David H Jonassen. Toward a design theory of problem solving[J].Educational Technology Research and Development, 2000，Volume 48（4）：63-85.
]
国外的研究对问题的分类主要从以下几个角度进行划分：
(1) 界定良好问题和界定不良问题：界定良好问题有一个明确定义的初始状态和目标状态，和一系列可能被用来缩小和消除两种状态之间差异的操作过程；界定不良问题在初始状态、目标状态和操作过程的一个或多个方面存在不同程度的模糊性和不明确性。
(2) 语义丰富问题和语义贫乏问题：如果解题者对所要解决的问题具有很多相关的知识，这种问题称为语义丰富的问题；如果解题者对要解决的问题没有相关的经验，这种问题称为语义贫乏的问题。[[] Patricia A. Alexander& Philip H. Winne. Handbook of Educational Psychology[C].Washington: American Psychological Association, 2006:287-303.
]
(3) 专门领域的问题和非专门领域的问题：非专门领域的问题有明确的答案，但对问题解答不要求有专门的专业训练，如河内塔问题等；专门领域问题是与问题解决者的知识基础和教育训练有关的问题，如物理问题、数学问题等学科问题。[[] 辛自强.问题解决与知识建构[M].北京：教育科学出版社，2005：3-5.
]
(4) 良构问题和劣构问题：乔纳森按照问题的结构将问题分为良构问题和劣构问题，并根据问题从结构良好到结构不良的连续序列，阐述了11类问题的分类学方法，包括逻辑问题、算法问题、故事问题、规则运用问题、决策问题、故障排除问题、诊断解决问题、技巧/策略运用问题、案例/系统分析问题、设计问题和两难问题。[[] 戴维•乔纳森，简•豪兰，乔伊•摩尔，罗斯•马尔拉著，任友群等译.学会用技术解决问题——一个建构主义者的视角[M]，北京：