基于核心素养下的问题教学模式研究

缪丽娴

中学物理课程标准已明确提出：要开展新的教学方法，培养学生的核心素养。中学物理教学的核心素养，包含物理观念、科学思维、科学探究以及科学态度和责任四个方面，旨在通过物理教学培养能够适应社会发展和终身发展的必备品格和能力。[1]笔者认为，物理观念是指构成物理知识体系的物理概念、原理、定律或定理，是核心素养的第一要素，也是培养科学思维、提高实验探究能力、培养科学态度和责任的基础，只有完善的物理观念，才能进一步内化知识，才能培养科学思维、提高探究能力，树立科学态度和责任。科学思维是指解决实际问题时所运用的科学方法，它包含具有学科特征的物理研究方法以及理科学科普遍适用的思维方法;物理研究方法主要是指理想实验法、控制变量法、比值定义法、等效替代法等，而思维方法主要是指分析、推理、判断、归纳、总结等;实验是物理的核心，科学探究能力更是学生实践动手能力、合作探究能力、分析判断能力、创新质疑能力的综合表现;科学态度和责任是理论和实际相结合的产物，完善的物理观念、良好的科学思维、优秀的实验探究能力，都是为了最终建立科学的态度和责任，为现代社会创造更多的可能性和价值。

培养核心素养是物理教学的最终目标，而问题教学模式是使学生核心素养得以建立并逐步提升的方式和方法。问题教学是使学生置身于真实的问题情境中，在教师引导下自主筛选信息，解决问题，达到训练学生思维、解决实际问题能力的一种教学方法.[2]

本文以人教版九年级物理新课中的一节电学计算专题课——“动态串联电路计算”为例，介绍如何在学生已有的物理知识体系的基礎上，结合实验，利用问题教学方法培养学生的科学思维，从而达到更好的教学效果，实现培养核心素养达成的目标。

一、实验教学导入，构建物理模型

从生活中熟悉的“酒精浓度检测仪”入手，以情景导入的方式进入本节课，充分调动学生的学习积极性。通过展示实物图和电路图，引发学生思考。

问题1：观察实物图和电路图，思考“酒精浓度检测仪”起关键作用的是哪一个零件？

学生回答：酒精气敏电阻。

问题2：酒精气敏电阻起什么作用？

学生回答：酒精气敏电阻就是阻值会随着酒精气体浓度变化而变化的电阻。

问题3：酒精气敏电阻和我们之前学习过的哪一个元件类似？

学生回答：滑动变阻器。

接着通过回忆滑动变阻器的原理和作用，学生可以类比得出酒精气敏电阻的原理和作用。为了进一步熟悉酒精气敏电阻，接下来学生以小组合作的形式，借助现有的元件，组装一个酒精浓度检测仪工作原理的模拟电路，如图1所示。

问题4：使用组装的模拟电路，你观察到什么现象？

学生回答：通过喷洒不同浓度的酒精，观察到电压表的示数在发生变化。酒精浓度越高，电压表示数越大。

通过情景导入，利用一系列层层递进式的问题，让学生结合原有的知识体系，从而构建了一个基于酒精气敏电阻的动态电路的实物模型，化抽象为具体。

图1酒精浓度检测仪工作原理模拟电路

二、抽象物理模型，分析电路本质

问题5：根据实验装置图，画出酒精检测仪工作原理的模拟电路图学生画图。

问题6：比较滑动变阻器的工作电路和酒精检测仪工作原理的模拟电路，分析这一类电路的本质。

学生回答：滑动变阻器接入电路的电阻丝长度变化引起的阻值变化，从而导致整个电路其他参数的变化;酒精浓度变化引起的阻值变化，从而导致整个电路其他参数的变化。它们的本质就是动态串联电路。

问题7：回顾欧姆定律及串联电路电压、电流、电阻的特点，分析变阻器阻值变小时，电路中的电流、电阻、电压的变化;再分析变阻器阻值变大时，电路中的电流、电阻、电压的变化。

通过两次分析电路的训练，学生可以总结归纳，不管变阻器怎么变，电路中有两个量始终不变，那就是总电压和保护电阻的阻值，从而分析得出解决动态串联电路的关键就是“以不变（U总和R保）应万变”。

三、联系生活实际，升华科学态度

问题8：滑动变阻器通过改变接入电路中的电阻丝长度来改变阻值的元件，类似酒精气敏电阻这一类元件是由于材料特殊，会因为酒精气体浓度变化而导致阻值的元件，除此之外，还有如光敏电阻、热敏电阻、声敏电阻、压敏电阻以及磁敏电阻等新型变阻器。那这些新型的变阻器，又是通过什么来改变阻值呢？

学生回答：不同的材料改变电阻的方式不同，有些对温度敏感，有些对光敏感，还有对声音、压力、磁场强弱敏感等。

问题9：我们都在哪些地方用到了这些变阻器？

学生回答：红外测温仪、电热水器、楼道开关、汽车的油量表等等。

这些变阻器在我们的生活中都有着广泛的应用。放眼科技前沿和生活变迁，就是从生活走向物理，再从物理走向生活最好的体现。从培养核心素养的科学态度和责任出发，学习物理，更重要的是体会科学、技术和社会之间的联系，深刻的感受物理知识为我们的生活带来的便利的同时，也肩负起为社会发展和人类进步而学习的责任感和使命感。

四、解决计算问题，锻炼科学思维

利用动态串联电路的本质，解决生活中的实际问题。

问题10：结合动态串联电路的本质“以不变（U总和R保）应万变”，完成以下计算题。

例题1、为防止酒驾事故的出现，酒精测试仪被广泛应用.有一种由酒精气体传感器制成的呼气酒精测试仪，当接触到的酒精气体浓度增加时，其电阻值降低，如图甲所示.当酒精气体的浓度为0时，R1的电阻为60Ω.在图乙所示的工作电路中，电源电压恒为8V，定值电阻R2=20Ω.求：

（1）当被检测者的酒精气体的浓度为0时，电压的示数是多少;

（2）现在国际公认的酒驾标准是0.2mg/ml≤酒精气体浓度≤0.8mg/ml，当电流表的示数为0.2A时，试通过计算判断被检测者是否酒驾.

题目解析：这道题是属于动态串联电路计算的基础题，学生通过这道题，可以学以致用，同时再一次验证“以不变应万变”的规律，达到熟悉此类题目考察方式的目的。

例题2、如图甲是某电子秤的原理示意图，R1为定值电阻，托盘下方的电阻R2为压敏电阻，其电阻大小与托盘内所放物体质量m大小的关系图如图乙所示。已知电源电压为6V保持不变，电流表的测量范围是0～0.6A。

（1）当托盘装满1000g物体时，R2电阻= Ω;

（2）求定值电阻R1的阻值;

（3）若放入某物体后，电流表示数为I2=0.02A，求该物体的质量大小。

题目解析：学生拿到这类题，通过对比分析得出新型变阻器的题目是类似的。从而可以沿用例题1的思路，但是仔细读题又发现，例题2没有给出保护电阻的阻值大小，此时教师可以引导学生思考，“以不变应万变”的规律还适用吗？学生通过推理分析后会发现，定值电阻就是托盘装满时，对电路起保护作用的一个电阻，从而进行求解。学生通过这道题，可以进一步理解保护电阻的作用，同时明确“以不变应万变”的规律是通用的，但是有时不变的条件不会明确给出，需要学生自行推导。

例题3、“道路千万条，安全第一条;行车不规范，亲人两行泪。”酒后不开车是每个司机必须遵守的交通法规。甲图是酒精测试仪工作电路原理图，电源电压U=6V;R1为气敏电阻，它的阻值随气体中酒精含量的变化而变化，如乙图所示。气体中酒精含量大于0且小于80mg/100mL为酒驾，达到或者超过80mg/100mL为醉驾。使用前通过调零旋钮（即滑动变阻器R2的滑片）对测试仪进行调零，此时电压表示数为U1=5V，调零后R2的滑片位置保持不变。

（1）当電压表示数为U1=5V时，求R2接入电路中的阻值;

（2）某次检测中，电流表示数I1'=0.2A，请通过计算，判断此驾驶员属于酒驾还是醉驾？

题目解析：刚接触这道题，学生容易误解，电路图中有两个变阻器，难道“以不变应万变”的规律不能用了吗？这时教师要引导学生，仔细理解滑动变阻器的调零作用。学生通过分析交流后，不难发现，滑动变阻器调零后阻值不仔变化，也是起到保护电路的作用，相当于定值电阻。通过这道题，学生逐渐建立起了信心，也掌握了做题方法，达到了更好的学习效果。

笔者在实际教学中，以实验教学和问题教学相结合的方式取得了非常好的教学效果。不仅解决了教学重难点，更重要的是，在情景和问题驱使下，能够充分调动学生的积极性。通过物理模型的构建、分析、对比，让学生构建了完善的物理观念，同时也培养了学生的科学思维;通过小组合作组建模型，锻炼了学生动手、观察、记录、分析等实验探究能力，培养学生勇于探索、敢于求知的科学态度和责任，最终达到提高学生核心素养的教学目标。