基于培养核心素养的高中物理科学探究中的问题设计策略

姜明姬 罗翀

摘   要：新的《物理课程标准》指出：“科学探究既是学生的学习目标，又是重要的教学方式之一。”科学探究有七个要素，其中提出问题是前提，科学探究过程要围绕着所探究的问题展开。问题设计是高中物理新课程教学中重点关注的问题，在进行科学探究的教学中，教师设计的问题要遵循学生的认知规律，激发学生的兴趣，培养学生的创新思维，从而培养学生的物理学科核心素养。

关键词：科学探究;问题设计;思维能力;核心素养

高中物理的核心素养是学生适应个人终身学习的社会发展需要的基础知识、关键能力和科学态度等方面的表现，是学生通过物理学习集中体现的带有物理特征的品质，主要有“物理观念与应用”“科学思维与创新”“科学探究与思维”“科学态度与责任”四个维度构成[ 1 ]。在新的课程改革背景下，高中物理教学突出科学探究的学习方式和基于问题的“质疑创新”的课堂教学，使学生逐步形成以问题为载体的解决问题的“科学推理”以及“科学论证”的能力[ 1 ]，促进学生的主动发展。探究性学习的最基本程序见图1。

其过程是围绕问题开展探索、研究，问题成了探究的核心，包括发现问题、提出问题、探究问题和解决问题。陶行知先生曾说：“发明千千万，起点是一问”，可见问题是科学探究的出发点。这就要求教师在实际的课堂教学中，要让学生自主探究，以学生学习为主线，关注学生问题生成、思维转化、问题解决的全过程[ 1 ]，这就需要教师在“问题设计”上多下功夫，提出富有吸引力的问题来，指导并促进他们由浅入深、由表及里地进行探究，进而形成独立思考、自主学习的能力，从而提升学生的物理核心素养。

以下是我对物理科学探究教学中问题设计策略的一些经验和体会。

1  教师设计的问题要能激发学生的探究兴趣，充分发挥学生进行科学探究的主动性

爱因斯坦说：“兴趣是最好的老师。”兴趣能促使人专心致志，充分发挥人的潜能。所以，激发兴趣可以充分发挥学生的主动性，也是学生自主思考、自主探究问题的动力之一。

大家都知道《十万个为什么》中的每一个问题都很吸引人，使人很想知道为什么，因而受到广大青少年读者的喜欢。所以教师也可以在大量的科学探究中引出学生感兴趣的问题，例如，在“牛顿第三定律”中为了激发学生对探究作用力和反作用力的关系的兴趣，教师可以结合拔河比赛提出以下问题：﹙1﹚拔河比赛是比双方力气的大小吗？﹙2﹚拔河时双方的拉力是什么关系？﹙3﹚既然双方对绳子施加的拉力大小相等，为什么还能分出胜负呢？﹙4﹚拔河比赛中到底是哪些因素影响了胜负？通过这几个学生感兴趣的问题，可以激发学生的探究欲望，从而发挥学生的科学探究的主动性和积极性，培养学生对科学知识的好奇心，养成学生主动思考的好习惯，提高学生的创新思维能力。

2  教师设计的问题要具体明确，有针对性，便于学生思考

在进行科学探究过程中，教师设计问题时要紧紧围绕所探究的内容，针对学生的认知情况和思维能力，设计出有助于学生思考、方便学生回答的问题。因此，所设计的问题除了要有新意，更要讲究题意清楚，条理清晰，语言简洁明了，可以帮助学生更好地理解概念，进行疑难辨析，完善知识结构和认知结构，纠正错误的认知和理解，提高思维能力。教师设计的问题切不能让学生摸不清意图，而要尽量避免过于简单、重复、模糊或者可以靠猜得出答案，更不能出现科学性错误。

例如在探究洛倫兹力的方向时，教师如果直接问学生洛伦兹力的方向如何判定，有预习过的学生可以不加思考的回答出“用左手定则”这样的结论，对培养学生的思维没有任何帮助;教师如果问洛伦兹力的方向有什么规律，学生也摸不清老师的意图，不知从何答起。因此，教师可以将其分割成几个指向性明显的小问题供学生思考讨论：①安培力的方向是如何判定的？（教师可以画出两个图供学生判断。） ②电流是怎么形成的？③电流的方向和电荷定向移动方向之间存在什么关系？④洛伦兹力的定义是什么？它和安培力之间存在什么关系？它们的方向又存在什么关系呢？⑤请试着总结出电荷运动方向、磁场方向与洛伦兹力方向之间的关系。（先让学生自己分析总结，教师再引导学生得出左手定则。） 这几个问题明确具体，针对性比较强，方便学生回答，在原有知识的基础上，学生能顺利地得出答案，最后顺理成章地得出洛伦兹力的方向的判定方法。

因此教师在设计一个问题之前，一定要深思熟虑，明确设计该问题的意图，并估计学生的答案可能会出现哪些情况，想好应对的措施以及各个问题之间如何衔接。为方便学生思考，对于一些整体性较强的问题，学生难于回答的，教师就要想办法进行分割，将其设计成几个并列的或层层递进的小问题来提问。如果学生将这些小问题一个个分析清楚了，最后的答案也就自然而然的得出来了，整个问题也就解决清楚了，思维能力也从中得到了训练。

3  教师设计的问题要有启发性和层次性，能激发学生思维

课堂上的问题如果过于简单，或者学生需要回答的问题只是简单的“是不是”“会不会”或者“行不行”等，学生就会不经思考随意猜测，长期下去会降低学生的探究兴趣，使学生不爱思考、应付老师的问题，从而损害学生的思维品质，影响其探究能力的发展。因此，教师应抓住问题的关键点，在新旧知识的衔接处设计问题，把握合适的时机，从而启发学生思考，激发学生思维，培养学生主动探究问题、解决问题的好习惯。

例如在探究感应电流的方向是否有规律时，教师可以先演示一遍课本中的三个实验来设置情境，分别如图2、图3、图4所示，请学生认真观察灵敏电流表指针的偏转情况，提出如下问题启发学生思考，以引入新课：①以上三个情况下灵敏电流表指针有无偏转？②灵敏电流表指针若有偏转，偏转方向如何？一直朝同一个方向吗？③灵敏电流表指针为什么会偏转？④灵敏电流表指针偏转方向为什么有时向左有时向右？通过以上几个问题的回答，教师可以自然地将学生的思维引向新课教学：本节课我们来探究感应电流的方向是否有规律可循，如果有，跟哪些因素有关？是什么样的规律？从而激发学生的思维，之后再进行具体的探究，教师再次演示，学生将观察到的电流表指针的偏转情况记录在书上的表格中，比较归纳后自己发现“增反减同”的规律，从而深刻理解了楞次定律的特征，把握了楞次定律中阻碍的意义[ 2 ]。

可见，教师提出的问题越有启发性，在讨论中越能把问题引向深入，越可以加深学生对所学内容的理解，越可以激发学生探究物理规律的欲望。教师设计的问题越是难度适宜，越是有层次性，越能训练学生思维能力。

“最近发展区”理论认为，高中生的接受能力和认知水平仍处于“初级阶段”，教师为了设计出具有培养物理思维价值的问题，应慎重思考，不能过难，以至于超出高中生的“最近发展区”，让学生无从回答，甚至失去信心;也不能过易，让学生能随便猜出答案。因此教师在科学探究中设计的问题既要难易适度，又要有梯度，要让学生通过思考循序渐进地得出答案，即要让学生“跳一跳”才能“摘到果子”。为此，教师设计问题时可以采用“走台阶”的方法，就是按照思維顺序设计一组逐渐深入而又环环相扣的问题，让学生在解决这些越来越难的问题中产生思维的碰撞，不断激发出思维的火花，体验成功的乐趣，从而集中学生的注意力，提高课堂的效率，培养学生思维的有序性和深刻性。

例如在探究光的折射定律时，教师如果直接让学生从书上表格的数据中找折射角与入射角之间的定量关系，学生肯定无从下手，而如果直接将结论告诉学生，又起不到培养学生思维的作用，因此，教师在设计问题时要多设几个“台阶”，从而一步步引导学生去思考、解决问题，让学生既能体验到成功的乐趣，又能提高思维的有序性和逻辑性。为此，教师可以在介绍装置后这样设计问题：（1）请观察演示实验定性分析：①光从空气射入玻璃中，根据入射光线，怎样确定折射光线的空间位置？②试找出入射角和折射角并比较两者的大小关系。③折射角随着入射角的增大是如何变化的？（2）教师引导学生分析具体实验数据（演示实验、学生读数、记录），寻求折射角与入射角之间的定量关系并找出规律——折射定律：①两者的差是定值吗？②两者的差有规律地增大吗？③两者的比值相等吗？④究竟是什么关系呢？请计算几组两角的正弦值，并从中找出规律。学生通过计算，很容易就能发现两角的正弦值之比几乎相等，在实验误差允许的范围内是一常数，从而自己推导出光的折射定律，成功完成科学探究的任务。

从整个实验过程来看，这几个连续的问题就是探究性实验的知识台阶点，由浅入深，从定性分析过渡到定量分析，使学生的思维上了一个重要台阶。通过这些问题的思考讨论，使学生能循序渐进地思考问题、动手实验、处理数据、总结规律、得出结论[ 2 ]。从而也培养了学生思维的有序性、逻辑性和深刻性，提高了学生的科学思维能力与创新能力。

物理学家劳厄说过：教育最重要的不是获得知识，而是发展思维能力。学生思维的有效性和能力的发展性是新课程的灵魂，也是物理学科核心素养的基本要素。一节课的好坏主要看学生主体性发挥得怎样，教师要通过精心的设计一些有思维容量和启发性的问题，来调动学生积极参与科学探究，使学生对知识的学习是自己感悟和探究出来的，而不是教师讲述的。因此，对于我们物理教师来说，在核心素养理念的指引下，更应在科学探究过程中充分重视问题的设计，通过不断实践，不断摸索来不断优化问题设计，充分发挥问题在科学探究中的重要作用，从而提升学生终身学习的能力，实现物理学科核心素养的培养。

参考文献：

[1]陈丽珊， 陈海. 基于高中物理学科核心素养的物理教学探究[J]. 基础教育研究， 2016（20）：7-8.

[2]孔令军. 问题设计——高中物理教学中应重点关注的问题[J]. 教育实践与研究（B）， 2007（2）：11-12.