创设真实物理问题情境 促进学科核心素养落地

陈成波

摘   要：在高中物理课堂教学过程中，要实现物理问题由微观到宏观、抽象到具体的转化，需要设计与学生认知水平相关的物理问题、创设生动有趣的物理情境、大胆质疑创新，创设出目标明确、方式方法多样的教学案例进行有序引导，致力于教学问题的解决，帮助学生在感悟解决问题的过程中，促进高中物理学科核心素养的落地。

关键词：问题情境;建构模型;引导;科学探究

高中物理学业质量标准体系的建构，是高中物理（2017版）课程标准的核心内容之一，具体体现在物理观念、科学思维、科学探究和科学态度与责任等四个方面物理学科核心素养和五个学业质量的等级表达。因此，改进高中物理教学可以从学习目标的建立、课堂教学的实施、学生评价的改革等多个维度来落实培育学生的物理核心素养，促进学生学业质量的全面提升。

根据高中物理学科核心素养的具体要求，在课堂教学的实施过程中，围绕创设真实有价值的问题情境，实现物理问题由微观到宏观、抽象到具体的转化，是高中物理学科核心素养落地的着力点之一，下面通过几个教学实例加以说明。

1  设计与学生认知水平相关的问题，促进学生物理观念的形成

物理概念是对物理事实的本质特征的综合表述，常用文字和数学公式两种形式来表达，形成物理概念一般要经历从感性到理性的认识过程;而物理规律的建立一般是在理论与实验的基础上，通过分析、归纳、推理等多种科学方法得到的，常用文字与符号表达的认知结果。

作为高中物理两大基石的物理概念与物理规律，因其抽象，学生的学习要经过复杂的认识、理解过程，课堂教学中需要采用多渠道、多层次由浅入深的设计与学生认知水平相关的问题，才能让学生弄清物理概念与规律的内涵与外延，逐步形成正确的物理观念。

1.1  “瞬时速度” 概念的教学

学生在学习平均速度概念的基础上建立瞬时速度的概念，教学中利用DIS实验系统测定瞬时速度，通过实验数据的采集、记录并显示图象，再到提取数据及数据的处理，让学生感受体会一段时间或一段位移相对应的速度为平均速度，当时间非常短或位移非常小时，此时的平均速度可以表示瞬时速度，从而架起实验到抽象概念之间的桥梁，而不是单纯从数学极限角度来理解这一概念。

1.2  “在摆角α<5°的情况下，单摆做简谐运动”的教学

教学中，从F回=mgsinα到F回≈mgx/L，具体的推导过程用到了两个近似：①sinα≈α，②在小角度下弧线与直线近似相等，这两个近似成立的条件是擺角α<5°。推导过程用到的这两个近似，如何让学生找到感觉呢？

这时候可采用多种媒体的不同角度，让学生感受体会。比如：①列表比较：α在小于5°时的sinα和α弧度值。②几何作图：感受体会弧长与弦长。③实验验证：简谐运动的图象是正弦（或余弦）曲线，既然单摆做简谐运动，猜想其运动的图象也应该是正弦（或余弦）曲线。用单摆振动图象演示仪演示振动图象，结果墨水洒在匀速运动的纸板上是正弦（或余弦）曲线，学生亲历这样的教学过程，对物理概念与规律就会有深层次的理解。

2  创设生动有趣的物理情境，培养学生科学思维能力

高中物理课程标准指出“教师要紧密联系学生的生活环境，从学生的经验和已有的知识出发，创设生动的物理情景” [ 1 ]，提炼出生产、生活中的实际物理问题中的某一对象与某一过程，通过通俗易懂的实例类比，加深对物理问题的理解，让学生在形象比较中建构物理模型、进行科学推理与论证，学会以不同方式分析解决综合物理问题的方法。

2.1  卫星变轨、能级跃迁与登山模型

在分析地球与卫星的变轨、氢原子能级的跃迁的课堂教学中，面临着天体与微观粒子一大一小、看不见又摸不着的困境，为有效化解这一教学难点，可用“登山模型”来类比。

来自于人们生活生产劳动实践的登山运动，无论上山或下山常见的有走缓坡和走台阶两种形式，卫星在不同轨道上的运动可以等效为“走缓坡”，意味着卫星的轨道半径可以取大于地球半径的任意值。氢原子内部抽象的能级分布形象化为“走台阶”这一模型，就是说氢原子的轨道半径不是任意的，而是定态的。

而卫星在某一轨道的动能、引力势能和机械能以及在变轨过程中变化，与氢原子能级分布动能、电势能，某一能级的能量以及在跃迁过程中的改变，随着轨道半径的增大，动能减少、势能增大而总能量增大，它们又有着相同的变化规律，这样的类比学生不仅容易听懂，而且便于理解。

用“登山模型”讲解卫星变轨和能级跃迁，通过类比学生容易理解又能区别两者的异同点，在降低难度的同时，又领略自然界规律的奇妙，激发了他们学习的兴趣，为学生思维空间搭建起一个平台，其教学效果显著，具有一定的借鉴意义。

2.2  不同轨道的卫星与环形跑道的运动员

在探讨“在同一轨道平面上不同高度的A、B两颗人造地球卫星某一时刻恰好相距最近，经过多长时间两者将再次相距最近”的问题时，不少老师在教学中，从数学的角度运算卫星转过的圆心角之差进行分析，因其抽象而令人费解。

而环形跑道的长跑比赛，当跑道的运动员追上最后面的运动员，出现所谓的“套圈”总能引来阵阵喝彩声，教学中将这一情境引入，点拨比较在相同的时间内前者比后者多跑了一圈。然后将这一情形与探讨的问题“A、B两颗人造地球卫星由相距最近到再次相距最近“进行类比，换个角度的思考，学生感受到由大惑不解进而豁然开朗的喜悦。

3  强化质疑与创新，培育学生的科学探究品质

高中物理课程标准指出“教师可在一些物理实验中创设情境，让学生在观察和体验后有所发现、有所联想，萌发出科学问题” [ 1 ]。在高中物理实验教学中，学生对实验原理、实验操作以及通过数据得出实验结论等基本技能，通过配以练习还能掌握，运用物理理论和实验方法去处理物理实验问题有一定难度，用所学物理实验的思想去设计解决新问题，那就难上加难了。

实验探究是提升学生科学探究品质的重要途径，反思我们的实验教学，教学中首先要落实好每节实验课，让学生亲自经历实验的每个环节，如根据实验目的挑选实验器材、分析评价结果的合理性提出改进的措施等;其次教学中教师的科学引导，在学生创新意识的形成中也起到促进作用。

3.1  探究“影响小球动能大小的因素有哪些”的演示实验

先准备三个小球，其中两个质量相同，第三个质量大一些。实验中有个步骤是将三个小球用等长的细线悬挂于同一点，保留一个质量小的小球不动，将质量一大一小的两个小球，向右拉开同一高度，先后释放，质量大的小球撞击后，原来静止的球摆起的高度较大，说明质量大的小球动能大，在学生还没学习动能定理及机械能守恒定律的情况下，给出“大小两球撞击时速度相同”， 生活经验告诉同学，同一高度摆到最低点，质量大的速度大，这一教学难点如何化解？

实验教学中可增加设计如下情境：在铁架台水平直棒上用等长的细线悬挂质量一大一小的两个小球，同时让它们从同一高度由静止释放，观察到两球同步左右摆动，说明质量不同的两个小球从同一高度到达最低点速度相同。

3.2  几何光学光路作图中的“偏向角”

光的传播规律和平面几何知识是几何光学教学的重要内容，作图中求偏向角的问题为学生学习的难点。所谓偏向角是指入射透明体的光线与折射出透明体的光线之间的夹角，常规的方法是作光路图，画辅助线，通过几何图形求解。这办法在入射光线经过一两次折射时比较容易解决，如果是经过三次折射后的求偏向角问题，学生很难从图中找到几何关系。

化解这一难题，可以让学生讨论“走一有几个拐角的马路，如何确定方向改变 ”，感受总结后应用于求解偏向角问题，其实只要分别求出每一界面的偏角，规定一下顺时针为正、逆时针为负，求出各偏角的代数和即可。

今天我们追求学科核心素养，就要正视核心素养的落地问题，创建一个个目标明确、方法多样的教学案例，进行有序引导、致力于教学问题的解决，让学习由浅入深，帮助学生在感受与感悟解决问题的过程中，发展核心素养，助推学习真正发生。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.