基于核心素养的问题情境在高中物理教学中运用的策略探讨

由业甜 张金良 高正球

(1. 扬州大学物理科学与技术学院,江苏 扬州 225009;2. 江苏省邗江中学,江苏 扬州 225125)

1 引言

2019年6月,国务院在《关于新时代推进普通高中育人方式改革的指导意见》中提出：“积极探索基于情境、问题导向的互动式、启发式、探究式、体验式等课堂教学的教学方式”。《普通高中物理课程标准(2017年版)》(以下简称新课标)也多次提到情境教学对培养学生的核心素养具有重要意义。情境教学是当今高中物理教学中常用的教学方式,它具有形真、情切、意远、寓理等特点。只有将知识融入情境之中,作为学生学习的重要载体,才能更好地促进他们理解和消化知识,而且知识的情境化同时也是知识活化的重要途径。在新时代,为了落实国家及新课标对高中物理课堂教学的要求,在教学实际中,必须将问题情境教学与物理核心素养四个方面有机地相结合,才能更好地提升学生的核心素养。

2 问题情境教学与物理学科核心素养的联系

问题情境教学与物理学科核心素养的四个方面存在密切联系,问题情境教学的实施为培养学生的核心素养提供了途径。

2.1 问题情境是物理观念教学的入口

“物理观念”是核心素养的基础内容,是指不断地通过物理的学习与实践,在学生头脑中形成的对所研究物理对象的总体、综合的认识。新课标特别强调将真实情境作为学生学习知识的重要载体,只有将知识融入情境之中,才能为学生正确认识抽象的物理概念和物理规律奠定基础。因此,在教学过程中,创设符合学生认知特点的问题情境作为概念教学的切入点,对于学生形成物理观念具有促进作用。

2.2 问题情境是科学思维训练的平台

“科学思维”是物理核心素养的核心内容,学生通过科学思维探索并揭示事物的本质和规律,研究事物之间的相互作用和相互联系。科学思维不仅具有抽象性和概括性,还具有逻辑性和系统性,[2]而逻辑思维、推理路径往往隐藏在问题背后,在高中物理教学过程中,通过问题情境这一抓手,建构学生思考问题的平台,将学习的知识点连成线再连成面,在问题情境的背后呈现更大的思维空间,从而培养学生综合思考问题的能力,进而更好地发展他们的科学思维能力。

2.3 问题情境是科学探究的导引

“科学探究”是人们探索和了解自然、获得科学知识的主要方法,是物理教学中的重要手段。情境教学侧重于提高学生主观能动性,侧重于发展学生的独立思维和探究能力以及创新能力。在物理教学中,通过创设开放性的问题情境使学生产生疑难困惑,引导学生发现和提炼问题,根据情境对问题的答案进行猜想或预设,运用已有知识制定解决问题的探究计划,通过实验探究或理论推导,总结出物理规律。可见,创设真实而有价值的问题情境,对于培养学生的科学探究意识、分析论证的能力以及交流合作的能力具有重要作用。

2.4 问题情境是科学态度与责任培育的基础

“科学态度与责任”是指学生通过知识学习正确认识科学本质,激发学生探索物理问题的求知欲,培养学生实事求是、追求创新的科学态度以及遵守道德规范并促进社会可持续发展的责任感。学生科学态度与责任培养目标的达成离不开问题情境,在教学中,教师可以围绕教学内容,创设各种各样的问题情境,让学生身临其境,让学生在进行观察、感受、体验的基础上,在广泛与生活和社会实际的联系中,在动脑、动手、发现问题、分析问题和解决问题的过程中,养成科学态度，树立社会责任感。

3 高中物理问题情境教学策略

笔者基于核心素养培养目标,分别从物理核心素养相应的四个方面出发,探索并提出在高中物理教学过程中问题情境运用的可操作性策略。

3.1 提炼身边问题,帮助学生形成物理观念

通常物理概念教学是以教师讲授为主,学生不仅感到枯燥无味,而且在被动接受新的物理知识后不能完全理解其背后的深层含义。要改变这种状况,可以应用问题情境教学。需要注意的是,学生在学习物理概念之前头脑中对物理现象已经形成一些基本常识,若要将学生以往的生活经验转变为正确的物理观念,需要对学生所观察的生活现象进行重新加工。在物理概念教学中,通过创设与学生原有观念和生活经验不一致的问题情境,激发学生研究的热情。例如,在“牛顿第三定律”教学时,可以在课堂上创设“拔河比赛谁会赢”这样的问题情境帮助学生理解作用力与反作用力的概念:

情境1:让一名比较强壮的男生和一名比较瘦小的女生到讲台前面进行拔河比赛。事先设置好越界线,然后两名同学微向下蹲,同时向前伸出一只手握住对方,开始比赛,双方同时发力,虽然能感觉到女生也在用力,但在男生的拉力作用下,女生的脚相对地面发生滑动,越过横线,输掉比赛。

提出问题:男生取得胜利的原因是什么?是因为男生的力气比较大吗?此时大多数学生会由于日常经验,认为男生赢得比赛的原因是男生的力气大。

情境2:让男生站在滑板上再次与女生进行拔河比赛,结果男生被拉过横线,输掉比赛。

提出问题:为什么男生第二次会输掉比赛?第一次男生取得胜利是因为男生拉女生的力比女生拉男生的力大吗?那第二次呢?此时学生产生疑惑,紧接着组织学生讨论,让各小组代表发表看法,教师给予指导。

情境3:让男生依旧站在滑板上与讲台进行“拔河比赛”,结果发现讲台未被拉动,男生却向前滑动。

提出问题:男生为何会“输给”讲台?讲台是如何对男生产生力的作用呢?同学们能不能揭开其中的奥秘?学生深入分析问题情境,在教师引导下得出结论。

通过以上问题情境,帮助学生树立相互作用的物理观念。第一个问题情境意在激发学生的好奇心和求知欲。第二个问题情境意在暴露问题核心,纠正学生错误的前概念。第三个问题情境则引导学生进行受力分析,解释拔河比赛的奥秘。通过创设一系列问题情境,激发学生的认知冲突,帮助学生理解作用力与反作用力的概念,使得物理概念教学不再停留于书本知识上,而是变得更加丰富有趣。

3.2 注重逻辑推理,提升学生的科学思维能力

教师在物理课堂上为了让学生深入理解某一概念或者规律而创设的以思考和讨论为主的问题情境,能引起学生进行思考、建模、推理、论证、总结等有效的思维活动。开展有效的问题情境教学要符合情境创设的原则,根据课标的内容与要求,创设符合学生思维发展特点的问题,也就是说问题的设置要有梯度,按照逻辑关系逐步递进,引导学生层层深入、不断研究,透过现象看本质,培养学生勤于思考、坚持真理、勇敢质疑的品质,促进学生科学思维能力的提升。例如在“平抛运动”的教学中,教师可以创设有关射箭的问题情境。在课前,为学生准备铅笔(代替箭)、橡皮筋、画有靶心的纸板等,让学生体验射箭的情境。

创设情境:使铅笔水平，与靶心相隔一段距离且处于同一高度,将铅笔置于拉伸的橡皮筋上，笔尖瞄准靶心,当铅笔水平射出的同时,释放靶心,使其做自由落体运动,让学生观察之后的现象。

教师根据情境设置问题串，让学生进行思考:(1) 铅笔运动的初速度方向是怎样的?(2) 在整个过程中,铅笔的运动轨迹是怎样的?(3) 画有靶心的纸板做什么运动?(4) 铅笔和靶心的初速度方向不同,为什么铅笔能正好射中自由落下的靶心?

教师利用射箭的情境,对平抛运动的知识点进行问题设计,教师通过创设由浅入深、层层递进、具有逻辑结构的问题串,让学生进行探究,不仅培养了学生的观察能力,而且也提升了学生的科学思维能力。

3.3 引导猜想、实证研究,提高学生的科学探究能力

问题是科学探究的动力和起点,发现和提出问题作为科学探究的第一核心要素,本质上可以理解为在学生头脑中产生的困难或疑惑,将这种疑惑转化为物理问题进行探究,需要证据、解释和交流等一系列活动紧跟其后。在科学探究教学中,教师创设能使学生产生疑难困惑的问题情境,使学生发现问题、提出问题、做出猜想假设,重视学生从发现问题到形成可探究性物理问题的论证过程,同时也培养了学生的科学探究能力。例如在“探究感应电流产生的条件”教学中,教师可以创设这样的问题情境:准备一个连有线圈的发光二极管,这个二极管也和另一个线圈相连接。

问题1:如果不给二极管接通电源,它能发光吗?

此问题根据学生原有的认知,学生会回答：不能发光。此时教师将连有线圈的二极管靠近另一个通有交变电流的线圈,二极管发光了。

问题2:为什么二极管发光了?

此问题意在引导学生回忆初中学习过的感应电流的相关知识。

问题3:在初中我们所学的产生感应电流的条件是什么?

此时教师再用实验重现问题情境,线圈中有电流通过,线圈会产生磁场,但与二极管相连接的线圈并没有做切割磁感线的运动,也产生了感应电流。

通过以上的问题情境引起学生的思考,学生得知这与初中学习的“感应电流的条件”有所不同,然后再组织学生进行分组实验探究,设计实验方案,同时教师予以指导,学生进行合作交流,最后总结归纳出实验结论。

在科学探究的过程中,创设的物理问题情境要能够激发学生的探究兴趣和求知欲望,重要的是要创设便于发现问题的问题情境,引导学生在实际的问题情境中发现与探究主题密切相关的问题,通过科学探究过程,让学生对知识进行分析引伸和逻辑展开,促进师生的交流互动,提高学生自主设计探究方案、获取证据以及对科学探究过程进行交流和反思的能力,更好地发展他们的科学探究能力。

3.4 鼓励质疑求真,养成学生的科学态度与责任

学生科学态度与责任的养成是“润物细无声”的,是在知识的学习、科学思维和科学探究能力培养的过程中逐步形成和深化的。教师在教学中,除了讲授一些物理学史和科学家的事迹以引起学生的情感共鸣之外,还应该在课堂上合理开展问题情境教学,启发学生的思考。例如在“自由落体运动”教学中,可以通过创设情境提出问题，亚里士多德指出: “重的物体比轻的物体下落得快”,真是这样的吗?影响物体下落快慢的因素是什么呢?设置这一问题情境的目的是为了引起学生大胆质疑大学者,让学生自己动手验证,体会科学本质。然后再提出问题:伽利略就曾对亚里士多德的观点产生疑惑,他是如何质疑的呢?通过伽利略研究自由落体运动的物理问题情境,引导学生体会伽利略严谨的科学态度、不畏权威的探索精神,养成科学态度。

问题情境教学不仅存在于课堂之上,还可以延申到课外活动之中,让学生走出课堂认识科学、技术、社会、环境的关系,在学中用、在用中学,加强交流合作,形成团队意识,才能有效强化学生的道德规范,让其懂得自身肩负的历史使命,从而养成他们的科学态度与责任。

4 结语

核心素养的培养离不开问题情境的创设,在高中物理课堂中运用问题情境教学,可以激起学生探索未知世界的欲望,唤醒学生内在的学习动机,还可以为学生提供一个轻松、愉快的学习环境,增进师生之间的互动交流。这样不仅有助于发挥学生的学习主体作用,促进学生自主学习,而且在增强学生的综合素质、提升学生的物理学科核心素养、提高物理教学质量等方面起到积极作用。