基于问题解决的高中物理教学实践探索——以鲁科版“力的分解”教学为例

陈军霞 刘玉树

（莆田第四中学，福建 莆田 351100）

《中国高考评价体系》中的学科素养，是指即将进入高等学校的学习者在面对生活实践或学习探索问题情境时，能够在正确的思想价值观念指导下，合理运用科学的思维方式与方法，有效地整合学科相关知识，运用学科相关能力，高质量地认识问题、分析问题、解决问题的综合品质。［1］2017 版高中物理课程标准强调：通过问题解决促进物理学科核心素养的达成。什么是问题解决？“问题”是需要解决的疑难；“解决”就是处理问题使之有结果；“问题解决”就是在教师的指导下，学生在面对物理问题时，能把已有的物理观念和科学思维用于分析、解决实际问题，在问题解决中进一步提高探究能力，增强创新意识，养成科学态度，促进物理学科核心素养的提升。［2］基于问题解决的物理教学，就是要培养和发展学生的物理思维能力，其核心是学生的“问题解决”能力。为改革课堂教学形态，启迪学生思维，构建知识架构，组织高效学习，突出对“问题解决”教学具有现实意义。笔者以鲁科版·高中物理必修一“力的分解”教学为例，阐述在问题解决中如何培养高中生物理学科核心素养的优化策略。

一、基于问题解决的物理课堂教学设计与实践

1.基于问题解决的教学流程

教学流程（如图1）说明：

情境：小游戏如图2 所示：三人趣味拔河。其做法是：首先一个男生和一个女生拔河，再三人趣味拔河。

活动1：按照前一节课学到的平行四边形法则，在导学案上对已知力进行分解，通过作图第一次发现问题。

活动2：在导学案上按照两个方向对已知力进行分解，通过作图第二次发现问题。

活动3：通过演示实验“体会重力的作用效果”，观察并讨论如何寻找分力的方向。

活动4：通过小实验，体会手的感受，理解沿着力的实际作用效果进行分解的实际意义。

活动5：通过小实验探究：合力一定时，分力与夹角的关系，利用DIS 实验加以佐证。

总结结论，利用探究结论解决实际问题。

图1 问题解决的教学流程图

2.教学过程

（1）新课导入

教师创设如图2 所示的小游戏情境：三人趣味拔河。其做法是：先让一个男生和一个女生拔河，学生观察到的结果是男生获得胜利；接着再三人趣味拔河，学生惊讶地发现女生赢了！教师适时发问：为什么在第一次拔河中拔输的女生在三人趣味拔河中可以轻易拉动两个强壮的男生？让学生观察现象，思考问题，引入新课。

图2

本教学环节是通过趣味游戏引入，创设问题情境，引发认知冲突，吸引学生注意力并积极思考，营造教学氛围和教学情境，从而使学生形成相应的物理观念。

（2）概念形成

在让学生体会并猜想：女生所用的力是否能够分解为两个较大力而产生这样的效果呢？教师展示问题1：什么是力的分解？力的分解遵循什么原则?接着和学生一起复习“力的合成”的相关知识，引导学生思考、归纳得出力的分解是力的合成的逆运算。这样通过对“力的合成”“等效替代”概念的复习，得出“力的分解”的概念。

（3）方法探究

教师展示问题2：已知一个力可以分解成几组分力？要求学生用作图法做出已知力F 的分力。让学生在学案上动手画图，思考、总结得出：将一个已知力分解，在没有任何限定条件的情况下，可以有无数种情况。这样让学生在学案上对已知力进行分解，然后通过同学之间交流，教师展示学生作图成果，引导学生发现力的分解的多解性，不唯一。

教师展示问题3：实际情境中，一个已知力到底要如何分解？让学生实验探究一：如图3，用垫有海绵的斜面和挡板、铅球进行实验探究，观察并用心体会重力的作用效果。教师通过演示：把铅球放在垫有海绵的斜面和挡板之间，让学生观察海绵的变化情况。接着拓展性提出问题：若把垂直斜面的挡板撤掉，重球的重力产生哪些效果？又要怎样分解？让学生积极思考：①铅球对两接触面产生了哪些作用效果？②要如何把重力分解呢？两个分力的大小与斜面的倾角有什么关系？［3］教师引导学生建立模型，板画作图（如图4）。

图3

图4

图5

教师展示问题4：如何定量计算分力呢？在图解的基础上，并引导学生通过三角函数求分力。接着让学生思考：若把垂直斜面的挡板改成竖直方向（如图5），该如何分解重力？两个分力的大小与斜面的倾角又有什么关系？［3］通过拓展性问题的解决，让学生及时巩固所学的方法。

教师展示问题5：力按效果分解应该遵循什么步骤？引导学生思考：为什么同样一个力分解的情况不同？教师通过生活、生产实例解释按力的实际效果分解的现实意义。学生小组讨论分析得出：在实际问题中，一个已知力按力的实际作用效果分解。并通过探究，小组讨论分析总结力的分解的步骤。

本教学环节根据生活经验体会力的作用效果的概念，领悟力相互作用的物理观念，培养学生的物理建模能力，培养学生作图能力和利用三角函数进行数学运算的能力。通过科学探究，培养学生分析总结能力，提升科学思维素养。

（4）问题解决

教师展示问题6：水滑梯为什么比较陡?高大的桥为什么要造很长的引桥？让学生观察课本图片，思考问题，分析解释，展示思维。接着继续让学生进行实验探究二：（如图6）学生体验、领悟、感知力的作用效果，并在同学间分享交流体会。之后教师展示问题7：合力一定时，分力与夹角有什么关系？引导学生进行实验探究三：合力一定时，分力与夹角的关系。探寻并获得相应规律，最后教师演示：传感器、钩码、细线，改变两细绳间的夹角，观察传感器示数如何变化。学生在导学案上画图，小组讨论分析得出：合力一定时，分力的大小与两分力间夹角变化的关系。

图6

本教学环节采取联系实际，通过小实验进行探究，利用DIS 实验加以佐证，让学生理解沿着力的实际作用效果进行分解的实际意义，培养学生科学探究素养。

（5）学以致用

学会分解的一般步骤之后，要用它来解决一些日常生活中的有关物理问题，通过利用力的分解的分析思想对实际问题的解决，有效提升分析问题和解决问题的能力。如：

①女同学为什么能轻松把男生拉动了？（小合力产生大分力）

②为什么刀刃的夹角越小越锋利？让学生思考，小组讨论得出：刀刃越锋利，夹角越小，切东西时刀刃两侧产生的两分力的夹角就越大，两分力也就越大。

③我国古代的石拱桥，为何屹立千年不倒？让学生思考，小组讨论得出：中间的石块的重力产生两个作用效果，使中间石块压紧两边的石块，这样石块跟石块之间就紧密结合在一起了。

利用物理知识解释、解决生产、生活中的实际问题，培养科学精神、科学态度与责任。［4］

二、课堂教学实践的反思

本节课紧扣教材，以展示学生思维为主要教学环节展开课堂教学，基于问题解决促进物理学科核心素养的提升。注重对学生科学思维的培养，规律教学环节清晰，情境建立新颖有趣，学生体验丰富多彩，概念建立科学有效，科学方法潜移默化。课堂中以“趣味拔河”为情境导向，通过精心设计的一系列“问题串”展开教学，在教师的指导下，学生不断地把感性知识上升到理性知识，思维高度活跃。

1.问题导向，激活思维

学生是学习的主人，是解决问题的第一人。课堂教学活动是师生、生生双边有效互动并解决问题的过程，课堂采用“问题串”展开教学，步步为营，抽丝剥茧。本节课全程贯彻“发现问题—解决问题—又发现新问题—再解决新题—方法总结”的思想方法。通过问题导向，激活学生思维，以展示学生思维为主要环节的核心教学，在问题的不断解决中提升学生的科学思维素养。

2.活动体验，科学探究

物理是一门抽象的学科，对理解能力、逻辑思维能力、问题迁移能力都有一定的要求，通过一些小实验带来的直观感受，有助于理解一些第一次接触的、相对抽象的问题，同时提升了学习的专注力，增强了物理研究的兴趣。本节课上采用例如课上理解斜面物体重力分解效果的演示实验（如图3），动手探究体验的小实验（如图6），另外利用DIS 实验，帮助学生理解，有了切身体验，再进行理论分析，现代教育技术辅助，起到了更好的效果。

3.学以致用，解决问题

要提高解决问题的能力，应重视物理基础知识训练。本节课中学生动手画图，建立模型、数学运算能力的培养以及小实验探究体验，从小处着眼解决实际问题，从而学习物理知识。同时也从多方面进行探究，联系生产、生活实际，学以致用。不忘实践检验，科学态度与责任素养教育方面也得以落实。

三、结语

基于问题解决的物理教学，围绕“问题解决”策略构建教学目标，认知物理规律，形成关键能力。立足课堂实践，培养学生“问题解决”能力和创新能力。注重启迪学生思维，构建与现代信息技术高度融合的高效课堂，培养学生的学习品质、实践能力和创新人格，提升学生的核心素养。