提高学生物理情境化问题的处理能力，培养学生科学核心素养

叶晓山 奚俊嵩 罗婕妤

（扬州大学物理科学与技术学院 江苏·扬州 225002）

培养学生的科学素养是中学物理教育的核心指标。在实现这个目标的过程中，以问题为导向的情境化物理教学和对情境化物理问题的处理是新课改以来逐步被关注的一种有效提升学生科学素养的方法。在课堂的教学实践中，情境化物理教学正被越来越多的应用于对物理知识，物理过程和物理方法的传授中。而情景化教学的成效如何，特别是对学生核心素养的培养效果如何，目前一个重要的检验手段是通过情境化物理问题的处理来检验的。这样的检测在高考和物理竞赛中体现的尤为明显。我们通过调查发现，虽然情境化物理教学的方式在课堂教学中是受十分受学生欢迎的，但是学生在自己处理情境化物理问题时效果却并不十分理想。本文通过对近些年高考和物理奥赛试题的分析来讨论如何有效的提高学生物理情境化问题的处理能力。

1 物理情境化问题研究的意义

情境化问题与模型化问题有很大的不同。模型化问题是将物理概念，规律等模型化，通过设计一系列的理想模型来达到学习物理知识的目的。而情境化问题是指在真实的情境中将物理问题的量赋予一定的现实意义，从而实现物理生活化、社会化的意义。通过与现实问题相联系来锻炼学生运用物理知识和物理思维来解决问题的能力。所以从这个意义上来讲，情境化习题促进学生的社会化能力发展的一个重要手段。第二，情境类问题还具有一定的教育功能：学生在处理情境化问题时需要扎实的物理基础知识，还要具备将境问题转化为物理问题的能力，也就是问题模型化的能力。所以对情境化问题的处理不仅可以达到巩固物理知识、概念和规律，还可以激发学生的学习兴趣，主动构建和内化所学知识。第三，情境化问题还能培养学生的思维能力和想象力，提高学生的理性思维特质。情境类问题的处理要求学生还要有对情境的很好的想象力和理解力，要求学生对问题理解要全面、判断要准确、分析要合理、综合能力要突出。

2 物理情境化问题在高考和竞赛中的特点

下面我们从几个维度来分析了近年物理情景化问题在高考试题和奥赛试题中的特点。我们先从纵向和横向两个维度来分析。先从纵向维度。宋亚杰等对2008—2017年江苏高考物理卷情境化试题进行了对比研究。各类情境化试题总的趋势是占比越来越大。从横向来看，前几年主要是社会生活的，近些年可以看到，新科技，航天，新材料等所占的比例也越来越大。其中热点问题是考察的重点来源，如航天类问题。再从对学生的能力考查维度来看，物理全国卷情境化命题对学生物理知识考查过程中，更加注重强调对学生的物理思维，探究能力和物理综合能力的考察。（1）在重视学生的探究能力方面。结合全国卷1理科综合物理试题的命题来看，通过提供新材料，创设新情境，考查学生运用提供的物理信息来进行物理探究的能力。（2）考察学生的思维能力方面。“情境化习题”一般要求在充分理解情境题意的基础上，不但要能建立相应的物理模型，还需要经过适当的逻辑推理和对物理定律能正确的应用，然后形成逻辑清晰的书面表达。这个分析物理事件或物理状态的过程要求学生有很好的推理能力。（3）考察学生的综合能力。真实的情境化问题本身有很多铺垫性的描述，这就需要学生能够从这些辅助性的文字叙述中找出起关键的因素，抓住主要矛盾，然后将主要的物理问题分解为一系列相关的简单的子问题，在根据条件将他们有机的联系起来。这要求学生有很好的分析综合能力。在全国卷1理科综合物理情境化试题设置过程中，对双基的考察，其中之一就是考查学生对物理基础知识的掌握情况。在这一考察过程中，通过情景化试题设置物理情境，要求学生通过阅读材料，挖掘其中的重要信息。考查学生提取信息和运用信息的能力。可以看出，虽然是考查基本知识，但这样的考查方式使考试的区分度得以提升。

在对学生综合能力考查过程中，还涉及到学生的识记能力、对物理事件的理解能力、对物理规律的应用能力。例如2020全国I卷高考物理试题16考查了生活中的荡秋千问题，注重对学生的综合能力进行把握，考查学生对体育运动的理解、运动阶段特征的想象和分析、牛顿定律和圆周运动定律的理解。通过对运动过程的分析，使学生把关键物理阶段的运动特征，对荡秋千这一物理事件运用的物理知识进行分析评判，正确选择合适的物理规律，突出了学生的物理思维。

3 学生处理物理情境化习题的难点

情境化问题虽然更接近真实的物理过程，但是我们发现学生在处理情境化问题时效果却并不理想。我们分析认为。对学生来说情境化问题的难点有以下几个方面的原因：

一是缺乏对情境化问题进行物理模型的转化能力和意识。如：2019年全国I卷理科综合高考真题18：篮球架下的运动员原地垂直起跳扣篮，离地后重心上升的最大高度为H。上升第一个所用的时间为t1，第四个所用的时间为t2。不计空气阻力，则满足

此题能将篮球动员原地垂直起跳扣篮的运动看成是质点竖直上抛的物理模型，则结果是显而易见的。

二是不能有效的对情境化问题的物理量进行提取。如：2019年全国I卷理科综合高考真题15：空间存在一方向水平向右的匀强电场，两个带电小球P和Q用相同的绝缘细绳悬挂在水平天花板下，两细绳都恰好与天花板垂直，则（ ）

A.P和Q都带正电荷 B.P和Q都带负电荷

C.P带正电荷，Q带负电荷 D.P带负电荷，Q带正电荷

显然此题列动力学方程的关键是题目所给提示：两细绳都恰好与天花板垂直。

三是生活经历不足或对生活情境缺乏想象力。如：2020全国I卷高考物理试题16：一同学表演荡秋千。已知秋千的两根绳长均为10m，该同学和秋千踏板的总质量约为50kg。绳的质量忽略不计。当该同学荡到秋千支架的正下方时，速度大小为8m/s，此时每根绳子平均承受的拉力约为（ ）

A.200N B.400N

C.600N D.800N

此题以同学表演荡秋千为情境，考查学生的力学规律。如果生活经历或想象力不足，则难于对牛顿第二定律和圆周运动规律的正确理解和应用。

4 提高学生处理物理情境化习题的措施

结合物理全国卷情境化试题和物理奥赛的一些试题和以上的分析，我们对可以从以下几个方面来调高学生处理物理情境化习题的能力。

4.1 在教学环节扩展教学情境来源，拓宽学生的知识范围

物理情境可以从以下几个方面进行发掘。（1）根据科技内容进行改编一些情境类问题。如卫星和天体类问题等。（2）将日常生活中的现象与物理知识有机结合。如全国第37届奥赛决赛中的高铁和台球问题。（3）根据游戏娱乐类节目进行改编。（4）自己根据物理课本的教学内容进行改编。在对情境问题的分析过程中。我们认为应加强以下五个步骤的锻炼。一是每一类情境问题的物理思想是什么，或者说物理知识是什么。第二，这样的物理思想是如何在情境中体现的。第三，根据物理体现过程如何建立相应的物理模型。第四，如何从物理过程中提取模型相应的物理信息。第五，如何依据物理模型做具体的数学处理和给出结论。

4.2 在学生的学习环节加强学生的主体性和学习的开放性

基于情境化问题的特点，在学生的学习过程中，要注重把握学生学习的主体性。引导学生对物理知识特别是情境分析进行自主学习和自主探究，适当的加强学生的发散思维训练。教师在引导学生学习的过程中加强学习的开放性。引导学生进行合作、探究，以提升学生的物理学习能力和解题能力。这一过程中，教师可以布置开放性的作业，如开展社会物理现象调查、撰写科技前沿笔记，使物理知识更贴近学生的日常生活。

4.3 培养学生信息处理方面的能力

学生在探究实践中需要运用已掌握的知识去分析解决实际问题。对情境中的有效的信息的提取和整合信息的能力是探究活动的前提条件。培养学生初步的收集和整合信息的能力既是新课程标准的要求，也是全国高中应用物理知识竞赛活动的能力要求。

4.4 培养学生独立思考的习惯和敢于创新的精神

真实的物理问题在现象表现上往往是纷繁各异，错综复杂的，而物理实质通常是隐藏在这些不同表象之后，所以在实际面对各式各样的物理情境时，要求学生需要通过独立地思维活动思考物理实质，对情境表象能去伪存真，能由表及里地认识真实的物理过程。对新现象要有敢于创新的处理精神。即使是老问题，也要鼓励学生能敢于脱离习惯，敢于创造性地解决问题。以便对物理过程有更加深入的认识。

综上所述，基于对情境化问题的分析，本文探讨了情境化问题的意义、选材、学生处理的难点和建议采取的措施等。阐述如何加强在课堂教学和生活实践中对学生探究能力的培养。为落实中学物理研究性教学和如何培养学生的核心素养提供了有益的参考。