核心素养视域下创设问题情境的教学实践研究

黄尚波

摘   要：在教学过程中创设问题情境是培养学生物理学科核心素养的有效途径。以“摩擦力”的教学为例，通过创设问题情境，特别是递进式问题链或实验问题情境，可实现学生对新知识的有效建构，并总结创设问题情境教学的有效策略，如此可促进学生物理学科核心素养的落地。

关键词：高中物理;核心素养;摩擦力;问题情境;递进式问题链

中图分类号：G633.7   文献标识码：A   文章编号：1009-010X（2021）20/23-0091-05

建构主义认为，教学应当把学生原有的知识经验作为新知识的生长点，即引导学生在原有知识经验的基础上，生长新的知识经验。学习的过程就是学生自己建构知识的过程，教师只是学生建构知识的帮助者和引导者。即教师在了解学生智力和原有知识背景的基础上，通过创设符合教学内容要求的问题情境，引导学生朝着有利于知识建构的方向发展。

国务院办公厅《关于新时代推进普通高中育人方式改革的指导意见》（国办发〔2019〕29号）在深化教学改革中提到：“积极探索基于情境、问题导向的互动式、启发式、探究式、体验式等课堂教学，……，认真开展验证性实验和探究性实验教学。”《普通高中物理课程标准（2017年版）》（以下简称《课标》）在实施建议中提到：“物理教师应根据普通高中物理课程标准（以下简称课程标准）的基本理念、课程目标和物理学科核心素养的要求，结合教学的实际情况，创造性地开展教学工作，将物理学科核心素养的培养贯穿于物理教学活动的全过程。……在教学设计和教学实施过程中重视情境的创设，创设情境进行教学，对培养学生的物理学科核心素养具有关键作用。”

由此可见，教师应重视并善于创设问题情境进行教学，以引导学生积极思考和讨论，如此可使学生对新知识的理解经历由易到难、由浅到深、由表象到本质的过程，还可促使学生准确把握相关物理概念、规律和方法的本质，进而可形成和发展学生的物理学科核心素养。

如何实现上述要求呢？下面笔者以“摩擦力”的教学为例，通过创设符合教学内容的问题情境，可以实现学生对摩擦力概念的有效建构，如此可落实学生物理学科核心素养的培养。

一、摩擦力概念的教学

（一）课标要求

摩擦力的教学属于物理概念教学的范畴，《课标》在物理概念的教学建议中指出物理概念的建立其关键是创设体现概念本质特征的问题情境。在物理概念教学中，教师基于学生大量的经验性常识创设问题情境，并使学生在教师的引导下通过对问题进行思考、讨论以及对所观察的实验现象进行重新加工，实现从经验性常识向物理概念的转变，并在此过程中形成和发展学生的物理观念。将提升学生的科学思维能力和科学探究能力渗透在概念教学中，可培养学生的物理学科核心素养。

（二）教学背景分析

“摩擦力”这节内容既是必修1“相互作用”这一章的重点，也是后面学习“力与平衡”“牛顿运动定律”等力学知识的基础，是构成整个高中物理知识的一块“基石”。虽然高一新生在初中已学习过摩擦力，但对摩擦力的概念缺乏深入的理解。教学实践表明，对初学者而言，摩擦力的产生条件、方向判断及大小计算等都比较复杂，摩擦力在具体问题中表现出“动中有静，静中有动”的特点，特别是静摩擦力在不同情境下“若有若无，方向不定”的特点都让学生感到难以理解。由于摩擦力概念理解的复杂性以及生活直接经验的误导，学生对摩擦力往往存在如下的错误认知：

误区1：静止的物体不会受到摩擦力的作用;

误区2：只有静止的物体才受到静摩擦力

的作用，只有运动的物体才受到滑动摩擦力的作用;

误区3：用水平推力推水平面上的物体，推不动是因为推力小于摩擦力;

误区4：混淆两种类型的摩擦力，认为静摩擦力的大小随正压力的增大而增大;

误区5：滑动摩擦力一定是阻力;

误区6：静摩擦力一定是阻力;

误区7：滑动摩擦力的方向一定与物体的运动方向相反。

（三）创设问题情境，突破理解误区

通过创设问题情境，特别是递进式问题链和实验问题情境引发学生的认知冲突，由此纠正学生对摩擦力“前概念”的认知误区，然后因势利导、循序渐进，由此可引导学生正确理解和掌握有关摩擦力的新知识。

情境1：【實验情境】如图1甲所示，将两条毛巾平铺在桌上，并让这两条毛巾的边缘处相互重叠约2～5cm。接着把毛巾重叠的部分折成像波浪一般的褶皱，然后教师用两个手指头捏住褶皱处，这时毛巾看起来像蝴蝶结一样（如图乙所示）。然后请一位学生双手分别抓住毛巾的两端并用力拉扯毛巾（如图丙所示），试图将两条毛巾分开（也可请一位女生用手握住毛巾的褶皱处，然后女生的两侧各有一位男生同时沿相反方向发力拽毛巾）。学生在观察完该演示实验后会觉得不可思议，与预测的实验结果不同，所以很想知道其中的奥秘，这时教师指出其中的奥秘与摩擦力有关，由此开启摩擦力的教学。

评析：通过创设实验情境引入新课，实验结果与学生的直觉判断相违背，学生为了弄清楚原因，自然会将注意力集中到接下来的学习中。通过创设实验情境、设置悬念引入新课，既活跃了课堂气氛，又激发了学生的好奇心和求知欲。

情境2：如图2所示，甲、乙两物体均在粗糙的水平面上，甲向右匀减速运动，乙在水平推力F的作用下仍静止不动，分析甲、乙两物体是否受到摩擦力的作用？

存在误区1的学生会得出只有甲物体受到摩擦力作用的错误结论。这时教师不要急于纠正学生的错误结论，而是应进一步设计以下几个问题引导学生思考：

（1）如果水平面光滑，乙物体是否会静止不动？

（2）水平推力没有推动乙物体说明了什么？

（3）甲、乙受到的摩擦力有何区别？

（4）乙物体受到的摩擦力方向有何特点？

评析：学生通过对以上问题进行分析和思考，认识到静止的物体也可以受到摩擦力的作用，纠正了学生的错误认知。然后再经教师引导可得到两种类型的摩擦力——滑动摩擦力和静摩擦力的概念，以及静摩擦力的方向特点。

情境3：图2中的水平推力F没有将乙物体推动，这是为什么？

有许多学生认为物体推不动是因为水平推力F小于静摩擦力f（即误区3）。这时教师可进一步设计以下问题引导学生分析：

（1）没有推动，表明物体是静止的，这时物体处于怎样的状态？

（2）若是F

（3）通过受力分析可知F与f的大小关系

如何？

（4）逐渐增大F，但物体仍然没有被推动，则f的大小如何变化呢？

（5）f能无限制的增大吗？随着F的不断增大，物体最终会被推动吗？

（6）推动之后，物体受到的摩擦力还是静摩擦力吗？

评析：通过对这一串问题进行分析，学生自主纠正了理解误区，静摩擦力的概念也得到了进一步的深化。同时还理解了建立最大静摩擦力概念的事实依据以及摩擦力类型的转变。

情境4：如图3所示，甲、乙两物体在以下情形中始终处于静止状态。

（1）对于甲物体，当水平推力F增大，其受到的静摩擦力如何变化？甲物体与水平面间的压力如何变化？

（2）对于乙物体，保持推力F不变，增大对乙竖直向下的压力FN，其受到的静摩擦力如何变化？乙物体与水平面间的压力如何变化？

（3）根据以上分析判断如下两种说法是否

正确？

①物体的重力越大，则物体间的正压力就越大;

②物体间的正压力越大，则物体间的静摩擦力越大。

【实验情境】教师用手竖直握住瓶子静止不动，学生两次从教师手中将瓶子抽出（后一次教师用更大的握力握住瓶子），体验两次抽瓶子的用力感受，然后教师引导学生分析原因。

评析：存在误区4的学生认为静摩擦力的大小会随着正压力的增大而增大。通过引导学生对以上两种情形进行对比和分析，消除了学生对静摩擦力大小认知上的误区，如此有助于学生正确认识正压力与重力的关系以及静摩擦力的大小与正压力的关系。此外，这里通过创设直观有趣的实验情境，还帮助学生认识了静摩擦力和最大静摩擦力与正压力的关系，如此既能活跃课堂气氛，激发学生的学习热情，又能有效突破教学难点。

情境5：如图4所示，确定下列各情形中A相对于B的运动方向以及A受到的滑动摩擦力方向。

（1）vA>vB;  （2）vA

（3）根据以上两种情形分析滑动摩擦力的方向与物体运动方向的关系如何？

（4）滑动摩擦力一定是阻力吗？

【实验情境】把两本书叠放在桌面上，若快速抽出放在下面的书，则放在上面的书将如何运动？做实验验证你的猜想，并利用今天所学的摩擦力知识进行解释。

评析：初学者往往认为滑动摩擦力是阻力，总是与物体的运动方向相反。通过上述两种情形的对比分析，可以有效纠正存在误区5和误区7学生的错误认知，进而可强化学生对“阻碍相对运动”的理解，让学生认识到滑动摩擦力不一定是阻力。然后在教师的启发下学生也意识到判断滑动摩擦力的方向不能简单地以物体的运动方向为依据，而应该从寻找物体相对接触面的运动方向入手。

情境6：如图5所示，思考以下几个问题：

（1）图甲中的物体A是否受到摩擦力的作

用？如果有，是什么类型的摩擦力？方向如何？

（2）图乙中的物体B对A是否有摩擦力的

作用？如果有，是什么类型的？方向如何？

（3）图乙中地面对A是否有摩擦力的作用？如果有，是什么类型的？方向如何？

（4）根据以上分析讨论、判断如下两种说法是否正确：

①受到静摩擦力作用的物体一定是静止的，受到滑动摩擦力作用的物体一定是运动的;

②静摩擦力一定是阻力。

【实验情境】

（1）教师用手竖直握住瓶子做竖直向上运动，分析该过程中瓶子受到的摩擦力类型及方向？

（2）教师在桌面上均匀且平行地排放若干根摘掉笔帽的笔杆，并把两本书叠放后静置于其中一侧的几根笔杆上，然后用水平力往另一侧笔杆方向拉动叠放在上方的书本（将书与桌面间的滑动摩擦转化为书与笔杆间的滚动摩擦，这相当于等效减小了书本与桌面间的动摩擦因数）。然后讨论下列两种情境中下方的书在上下两个表面处受到的摩擦力的类型和方向。

①用适中的力水平拉动上方的书，使上下两本书保持相对静止一起运动;

②用较大的力水平拉动上方的书，使上下两本书一起运动但上方的书运动得更快。

评析：通过对这一问题链和实验问题情境进行分析学生认识到，在摩擦力的产生中“动中有静，静中有动”，有的物体甚至是“动静结合”，这不仅深化了学生对摩擦力产生条件的理解，同时还使学生对“阻碍物体间的相对运动趋势”有了更深刻的认识，进而可理解静摩擦力不一定是阻力，从而纠正了学生的错误认知（误区2和误区6）。

（四）教学反思

在上述教学中，笔者先以实验情境、悬念设置引入新課，之后设计了若干个包含问题链或实验活动的问题情境，情境间有层次性，问题间有梯度性，设问由易到难，由简入深，如此可有效将学生吸引到教师预设的教学情境中，进而可促进学生积极地思考和讨论。每一个情境集中解决学生的一两个认知误区，并启发学生自己去纠正和补充错误的或片面的认知，由此可深化学生对摩擦力概念的理解。在教学中，笔者创设实验情境所用到的器件尽可能采用生活中常见的物品，如书本、毛巾、瓶子等，这可方便感兴趣的学生在课后自己进行探究。

应当指出的是，实验情境不是问题情境的简单组合或补充，创设适宜的实验问题情境不仅有助于激发学生解决问题的热情，活跃课堂气氛，而且还能让学生体验到物理知识的真实感和趣味性。在实际教学中，教师应根据学生的学情从以上问题情境中合理取舍和优化，以符合所教学生的知识基础和认知能力。

二、教学启示

《课标》中指出教师在进行教学设计和教学实施时必须重视问题情境的创设，并通过引导学生思考和解决问题培养学生的物理学科核心素养。结合教学实践，笔者认为在实施问题情境教学时应遵循以下几个原则：

（一）基于学情原则。应根据教材内容和《课标》要求创设恰当、有效的问题情境，使之符合学生现有的认知水平和学习能力，并基于学生学情，让学生在解决问题和反思中实现对知识的理解和深化。

（二）导向引领原则。问题情境的设计应体现教师的主导和引领作用。教师应掌控教学节奏，并通过精心设问，启发学生积极思考，进而引导学生在问题的解决、反思和总结中建构新知识。

（三）承前启后原则。设计的一系列问题应具有梯度性和驱动性，由浅入深，由易到难，循序渐进，紧密关联，由此为学生搭建一个个问题台阶，并逐步增加思考的难度和深度，即做到前一个问题的解决有助于启发和帮助学生解决后一个问题。

（四）联系实际原则。尽量创设与学生的实际生活体验相联系的问题情境或实验活动，情境越贴近学生的生活实际，就越能激发学生的学习兴趣和求知欲望，学生的学习感悟也就越深，同时这还可使学生感受到学习物理既有趣又有用。

总之，教师应重视创设基于教材和学情的问题情境，特别是递进式问题链或实验问题情境，以引导学生在解决问题中纠正认知误区，实现对新知识的有效建构。如此既有利于发展学生的物理观念，又有利于促进学生物理学科核心素养的落地。

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