从核心素养视角谈物理新教材“问题”栏目的设计

葛正洪

(江苏省震泽中学，江苏 苏州 215200)

核心素养是指学生在学习过程中获得的能够适应个人终生发展和社会发展需要的必备品格和关键能力.在教学过程中要通过情景创设和问题驱动等方式,精心设计系列学习和实践活动,让学生在分析和解决情景问题的过程中建构新知识,以情景化任务驱动,把学生置于问题情景中,不断生成问题,不断解决问题,让他们去经历智力探险过程发展和提升核心素养.

问题是点燃学生思维的火种,是展开合作交流的导索,问题导学是通向高效课堂的钥匙,其关键是要能提出有效问题.教学设计其实就是问题设计,即设计有效问题.有效问题可以激发学生好奇心,培养学生的兴趣爱好,营造独立思考,自由探索,勇于创新的良好环境,培养学生主动学习、自主学习,也可以激起学生探究欲望,促使他们运用已有的知识,通过质疑、分析、推理,去主动建构新知识.从2019年秋季开始使用的物理新教材,在原教材的基础上增加了一个非常新颖的栏目——“问题”,即在每节开始创设一个情景问题,以引发学生对所要学习内容的主动思考,培养学生的问题意识及提出问题的能力.本文从核心素养视角例谈人教版物理新教材“问题”栏目的设计.

1 联系生活,以问题导入新概念

第1章第4节为了导入加速度这个运动学中处于重要地位的核心概念,一开始引入生活中常见的小汽车和火车加速的问题,如图1所示,显然用“速度大”或“速度变化大”是不能描述这种不同的,因为它们速度都是从0达到100 km/h,速度变化量是相同的,发生这一变化小汽车只用了10 s,而火车却用了300 s,小汽车所用时间短,速度变化快;火车所用时间长,速度变化慢.那么,应该怎样描述速度变化的快慢呢,可以类比前一节速度的比值定义法,用速度的变化和发生这一变化所用时间的比值来描述,这个比值大表示单位时间里速度变化量大,即速度变化率大,表示速度变化快,反之,则表示速度变化慢,物理学中将这个比值定义为一个新的物理量——加速度.教材设计的问题联系生活中学生都见到过的汽车和火车的速度变化快慢的不同,让学生沿着问题的方向去分析、比较、类比,很快发现速度变化量和所用时间这个比值的物理意义,水到渠成构建加速度这个新概念.

图1

2 学以致用,以问题导出新方法

为了让学生学习体会万有引力定律的两大实际应用:一是可以用来间接“称量”天体质量;二是发现未知天体.本节开始引入了情景问题(如图2所示):在初中我们已经知道物体质量可以用天平测量,生活中物体的质量可以用电子秤或者台秤来称量,对于地球,我们怎样“称量”它的质量呢?这当然不可能用天平称量!联系前一节所学的万有引力知识,若不考虑地球自转的影响,地面上物体的重力等于地球对物体的引力,如果已知地面的重力加速度g和地球半径R,再测出引力常量G,就可以算出地球的质量M.卡文迪许测出了引力常量G,因此他也被称为“可以称量地球质量”的人.教材还引用马克·吐温的话设置了本节第一个小标题“科学真是迷人”,卡文迪许在实验室里测量几个铅球之间的作用力,就可以称量地球,这不能不说是一个科学奇迹，让学生深刻领悟物理学的魅力．这是万有引力定律的一个典型应用,教材设计的问题承上启下,让学生沿着问题方向去思考,既复习巩固了前面所学知识,又让他们轻松理解并掌握间接测量质量的一种新方法.

图2

3 逻辑推理,以问题导出新常量

第7章第4节在引入第一宇宙速度之前,如图3所示,课本设计了这样一个情景问题:根据平抛运动的知识我们知道,从同一座高山上平抛物体的初速度一次比一次大,落地点也就一次比一次远,抛出速度足够大,物体就不会落回地面,成为人造卫星,这个速度究竟有多大呢?根据卫星的向心力由万有引力来提供,代入引力常量、地球质量、地球半径,很容易算出这个速度为7.9 km/s,就是物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度,叫第一宇宙速度.教材设计的问题引导学生通过一步步的逻辑推理和简单计算得到第一宇宙速度这个新常量.学生经历过自己独立分析和推算的过程,这个常量自然也就能深刻理解并能熟练运用.

图3

4 形象类比,以问题导出新模型

第10章第4节在引入电容器的概念之前,用水容器作类比,给出储存电荷的“容器”叫电容器(如图4所示),形象直观,类比贴切.展示实物照片,给学生提出它有怎样的内部构造?并且用形象生动的“装进”电荷来阐释“充电”的概念,用“倒出”电荷来阐释“放电”的概念.教材设计的问题类比对象为生活中常见的水容器,简单明了,让学生很容易就理解并建立了电容器这一元件新模型.问题的设计贴近学生日常生活,让学生感觉到原来物理就在我们身边,增加了学科的吸引力和亲和力,提高了问题的效益.

图4

5 引发冲突,以问题导出新观念

第12章第4节在前一节学习了能的转化和守恒定律之后,学生已经知道了不同形式的能量可以相互转化,在转化或者转移的过程中能量的总量保持不变.能量不会凭空消失,能量守恒的观念已经深入学生脑海,那为什么还存在能源危机呢?为什么还要节约能源呢(如图5所示)?教材提出的问题引发学生强烈的认知冲突,急于想通过本节的学习从中得到正确的答案或合理的解释,学生受到问题的强烈驱动,通过积极主动的自主学习后,明白了能量耗散和能量转化有方向的道理,更进一步弄清楚了熵增原理,进而深切理解能源危机,牢固树立必须节约能源的新观念.

图5

6 基于实验,以问题导出新认识

第13章第3节在回顾初中电磁感应现象的基础上提出问题，如图6所示，通过学生完成自己设计的小实验,知道切割磁感线不是产生感应电流的唯一方法,还可以有磁体和线圈相对运动,一个线圈中电流变化会在另外一个线圈中产生电流等,找到这些方法的内在联系是回路磁通量发生变化,得出这是回路产生电流的原因.教材设计的问题启发学生主动设计实验方案,亲身经历实验过程自主探究,分析比较,归纳总结,得到产生电流的所有方法的内在联系是回路磁通量的变化,深刻理解电磁感应现象及其规律,获得了对电磁感应本质的新认识.

图6

学生成长需要的是发展核心素养,教学最重要的目标是让学生带着问题去思考、去探究,让学生主动去发现、质疑、猜想、分析.问题设计是为实现教学目标服务.教材将学生已有的知识经验与将要学习的知识联系起来,依据特定的知识内容和目标,设置科学合理、难易适度的问题,问题有梯度、有层次,并且注意到问题之间的衔接和过渡以及问题前后的铺垫和台阶,以问题为驱动,突出学生主体地位,调动学生主观能动性,提高学生课堂参与程度,提高问题的整体效益.

教材站在学生的角度去设计和创设情景问题,提出的问题具有启发性和很强的导向作用,引发学生沿着问题的方向去思考,积极参与探究活动,通过问题的分析和解决,就把核心素养的培育有机地融入到物理教学中,有效提升学生核心素养,使学生养成终生发展需要的必备品格与关键能力.