高中物理实验策略性知识教学中问题链的设计

段春亮

【摘要】教师立足高中物理实验教学特点，从整合策略性知识资源、渗透策略性知识内容、组织策略性知识活动、延伸策略性知识训练等角度入手，优化物理实验策略性知识演绎形式和教学效果，配合更具针对性、多元性的问题链设计，启动学生物理实验深度学习思维程序，提高學生物理实验学习品质。

【关键词】高中物理；知识；问题链；设计

策略性知识教学的实质是一套如何学习、思考、记忆、应用的程序和规则，强调让学生学会学习、学会创造。高中物理实验教学有着鲜明的动态性、多元性、思维性等教学属性，处处涉及策略，需要教师做好针对性教学预设和动态教学跟进，指导学生物理课堂学法选择，启迪学生学习思维。教师围绕物理实验策略性知识教学需要，精心筛选驱动问题教学素材，科学设计问题链，为学生高效地完成物理实验学习任务提供更多助力，改善学生物理实验学习认知方式，切实提升学生物理课堂学习效率。

一、整合策略性知识资源，引入实验教学问题链

教师做好必要的学情调研，根据学生已有策略性知识背景，切准学生物理实验学习认知起点，筛选整合知识性教学内容引入课堂，依托问题链推动学生新策略的生成，引导学生紧抓实验学习思维主线，展开物理实验探究学习。

1.选择知识性教学内容

策略性知识主要涵盖认知策略、元认知策略及资源管理策略等几个方面。教师要分门别类地将策略性知识与物理实验教学有机结合到一起，选择更多知识性教学内容渗透课堂，激活学生物理实验学习思维，指导学生科学调节实验课堂学习行为。教师深剖物理实验教学特点，立足每个物理实验的教学特殊性，从更多维度切入策略性知识教学内容的开发整合，为学生制定不同实验学习阶段的目标要求和学习方案，引领学生有目的、有技巧地投入到物理实验学习活动中。如教学人教版高中物理必修一“摩擦力”时，教师选择生活案例进行实验操作，如用手握住水杯，并提出实验知识方面的问题：水杯受到多少力的作用？水杯此刻为什么没有运动？再如：用力推课桌，课桌没有运动。教师设计问题：这个课桌为什么没有运动？课桌和地面有摩擦力吗？摩擦力产生应该具备哪些条件？学生面对这些实验问题，开始深入研讨和思考。从问题设计情况能够看出，问题关涉的知识点比较丰富，说明教师对学生知识储备有一定了解，才设计推出这些问题。教师适时设计实验问题链，给学生提供更多学习启示。

2.设计实验操作问题链

教师设计物理实验操作问题链，启发学生思考实验操作的方法要点和注意事项，能够提高学生物理实验操作学习的规范性，强化学生科学探究的实验学习意识，引导学生对策略性知识建立更多学习理解。高中物理实验的操作步骤较为复杂，对学生实验操作能力提出了更高要求，教师设计问题链时，应细化处理实验操作流程，以针对性更强的诸多子问题为生长点，科学构建实验操作问题链，指导学生循序渐进地深入到物理实验学习活动中。在教学“力的合成与分解”这部分内容时，教师在黑板上固定一张白色的硬纸板，然后利用橡皮筋在固定的两个端点系上两个结，最后用力拉橡皮筋到一个位置。学生看到教师实验操作全过程，对“力的分解”有了比较清晰的认识。教师设计实验操作问题：这个实验操作过程很简单，主要说明什么样的问题？这个橡皮筋承受的力来自两个固定点，能够准确展示“力的分解”原理吗？根据这个实验可以找到身边熟悉的案例吗？如何解读这些案例的实验现象？学生对教师设计问题进行深入讨论，逐渐达成学习共识。教师利用演示实验设计实验思考问题，为学生创造更多学习体验的机会。学生从实验观摩中获得更多学习启示，其学习效果逐渐呈现出来。

二、渗透策略性知识内容，推出实验教学问题链

策略性知识不适合作为单独的课程内容进行教学，需要与学生物理实验学习任务相融合，将其作为实验教学活动的一部分进行教学渗透。教师创设直观化物理实验教学情境，为策略性知识教学渗透提供附着点，促使学生在问题链引导下更好地调控内在认知过程。

1.创设直观化教学情境

高中物理学科教学内容有着较强的抽象性，学生认知理解起来有一定难度。教师有意识地创设直观化教学情境，实现化抽象为具象的教学效果，从而简化物理知识理解难度，引导学生自然生成物理新知。物理实验的实验材料、实验装置、实验现象等是真实可视的，但其中蕴含的物理规律、微观变化等并不能直接观察。教师树立信息化教学观念，利用多种数字媒体资源切入实验教学情境创设，为学生搭建实验教学内容与抽象物理知识的联系桥梁，辅助学生准确提炼、建构相关物理知识。教师组织学生参与实验方案设计活动，能够给学生带来不一样的学习体验。如教学“共点力的平衡”时，教师准备了弹簧、细绳、木块、纸板等材料，要求学生结合教材学习，设计关于共点力的实验方案：什么是平衡状态？什么叫共点力？如何利用现有材料设计共点力的实验方案？学生进入教材学习环节，对相关物理概念进行深入分析，然后开始独立思考实验方案设计思路。教师深入到课堂之中，与学生一起研究实验方案设计路线。教师利用实验材料进行学习调度，借助问题链进行具体组织，为学生顺利进入实验方案设计创造良好条件。

2.优化实验组织问题链

高中物理实验教学组织贯穿于课前导学、课中演绎、课后巩固等教学环节。教师优化实验组织问题链教学设计，更具整体性地指导学生物理实验系统学习，强化学生物理实验学习意志，引领学生始终围绕实验教学主线展开学习思考。教师要做好全面的教学预设，在课前导学中，投放预习任务单、前置导学案等预习内容，借助预习问题启发学生建立物理实验的整体把握；课中演绎教学则着重加强学生物理实验学习的及时跟进和动态指导，依托问题链引导学生规范物理实验操作、分析物理实验现象、归结物理实验结论；课后巩固环节，教师应进一步延伸问题链的设计域度，拓宽学生物理实验学习的应用视角。物理实验对实验材料的要求不是很严格，教师需要有整合优化意识，对实验方案设计提供更多好的建议，或者推荐一些替代材料，都能够确保实验顺利展开。如教学“探究加速度与力、质量的关系”时，教师利用多媒体播放模拟实验，要求学生细心观看实验过程，通过人机互动，了解实验原理，对加速度与力、质量的关系进行深入分析：物体加速度与力、质量的关系是密切的，从实验模拟操作中找出哪些规律？如何在实验中运用控制变量法？如何科学分析实验数据？如何减少实验系统误差？学生对实验问题展开集体讨论，结合实验观摩进行方法探究，教师积极参与互动交流，给学生以更多提醒，确保实验讨论顺利展开。

三、组织策略性知识活动，优化实验教学问题链

策略性知识主要是学生内在认知过程的调控活动，并非直接表现在外。教师组织策略性知识教学活动，加强生活化教学元素与教学的对接，投放多元化的物理实验互动学习问题链，引导学生通过认知行为反映策略性知识学习情况，促进学生准确掌握策略性知识。

1.引入生活化教学活动

学生已有生活认知经验是物理实验教学中非常重要的固有策略性知识资源。教师在实验课堂中巧妙引入生活化教学活动，激活学生生活认知经验，并将其作为强化学生学习策略的教学立足点，用问题链引导学生展开策略性知识深度学习，选择更适合的策略应用角度学习物理实验。不同的物理实验教学内容包含的策略性知识有所差异，相匹配的生活化教学元素也存在较多不同，教师深度挖掘物理实验教学内容与学生现实生活的对接融合点，筛选合适的生活素材切入生活化教学活动设计，以期为学生物理实验策略性知识学习带来更多启发。教师对生活认知展开实验问题设计，学生接受起来更为自然，其思考价值更为显著。如教学“时间 位移”时，教师先组织学生学习位移的概念，了解路程与位移的关系和区别，并设计实验问题：什么是矢量和标量？时刻与位置、时间与位移有什么样的关系？结合生活实例进行解读。学生对教材内容有阅读思考，寻找生活案例进行问题解读。教师对学生问题解读情况进行专业点评，纠正学生的不正确解读，然后利用演示实验进行原理概念解析，学生逐渐形成实验认知。在这个实验设计中，教师利用问题进行具体调度，要求学生利用生活认知和经验进行实验问题解读，成功激发学生实验思维。从学生学习表现可以看出，教师对学生生活认知积累有一定了解，其问题设计具有更高针对性。

2.投放实验互动问题链

实验教学是高中生接受度较高的一种教学活动，学生参与热情高涨，学习思维较为活跃，能够对其中的策略性知识形成多元感知。教师投放实验互动问题链，可以为学生策略性知识的说理表达搭建学习平台，改善学生物理实验课堂交互品质，促使学生形成更加全面的策略性知识认知成果。教师利用问题链驱动学生学习互动时，要高度尊重学生实验学习主体地位，弱化自己对学生合作交流的思维干预，为学生表达自我留出必要的课堂时间和思维空间。学生进入操作实验环节后，随时会遇到一些操作问题，教师及时跟进观察，给学生一些必要的引导，可以协助学生顺利完成实验任务。在教学“探究小车速度随时间变化的关系”时，教师设计了演示实验，将纸带与运动的小车连接到一起，利用打点计时器进行实验记录，通过数据计算，探究小车速度随时间变化而变化的原理。在实验操作和结论讨论环节，教师设计一些实验问题，组织学生进行互动讨论：如何连接打点计时器到木板上？如何利用比较的方式，歸结这个实验的优点？怎样分析和选取纸带的点？如何计算所取点的速度？学生进入问题探究环节，教师随时跟进，与学生展开多重互动讨论。

四、延伸策略性知识训练，应用问题教学问题链

高中物理实验课堂中，学生掌握某种策略后，教师要跟进设计实验应用问题链训练，及时巩固学生策略性知识理解应用，推动学生策略性知识的内化，强化学生物理学科应用思维灵活性和综合性。

1.设置活动化教学训练

问题链具备很强的驱动引领和思维启发教学效果，将其作为延伸策略性知识的主导，能够为教师设置活动化教学训练创造便利条件。教师运用更具开放性的训练教学方案，着眼形式多样的活动化教学训练创意设计，以问题链作为实验训练的主要思维线索，引导学生参与到类比讨论、实验质疑、辩论竞赛、合作探究等训练活动中，为物理实验教学训练注入全新活力，调度学生实验训练主动学习思维，加深学生物理实验学习印象，发散学生实验探究思维广度。学生对生活化的物理实验比较有感觉，教师要结合学生生活认知基础展开设计，推出一些可操作性实验方案，让学生在实践体验中建立实验认知。如教学“自由落体运动”时，教师拿出一枚硬币、一张白纸，让这两样东西在等高点同时下落，观察这个实验现象。学生在实验之前，对实验结果做估猜，实验结果和学生判断高度一致。教师将白纸团成一团，再次进行实验操作，结果超出了学生预料。教师设计实验问题：为什么会出现不同的实验结果？从这个实验结论中可以明白什么样的原理？物体下落的运动状况到底与哪些因素有关？学生对问题进行深度思考和讨论，课堂学习气氛活跃起来。

2.渗透实验应用问题链

学以致用是高中物理实验策略性知识教学的核心目标。教师渗透实验应用问题链，围绕实验学习涉及的物理概念、物理规律、实验方法、思维技巧等策略性知识内容展开问题引导，可以巩固学生物理实验学习成效，促进学生实验认知内化。教师外延实验应用教学维度，关注学生策略性知识的学习迁移，在问题链中整合更多应用方法相同、应用场景相似的物理实验内容，深化学生策略性知识理解，强化学生策略性知识拓展应用能力，提高学生物理学科创造性学习能力。渗透实验应用问题链，教师需要做好优化设计。如教学“牛顿第三定律”时，教师先对牛顿第三定律内涵进行重点解析，然后推出一些生活实验案例，并利用问题链进行发动：你与同桌击掌时，能够感受到对方的力量，这是什么原理呢？作用力和反作用力的三要素相同吗？作用力和反作用在同一直线上吗？学生对实验步骤进行具体分析，结合实验原理展开讨论，课堂训练进入研讨互动环节。教师认真倾听学生的问题解读，然后提出自己的建议，给学生提供更多深度思考的启示。教师设计实验问题，其目的是十分明确的，就是要给学生更多学习启示，让学生结合实验结论进行物理原理探索，这样才能促进其学科认知的顺利内化。

高中物理教师依托问题链优化物理实验策略性知识教学设计，能够对学生学习策略形成更具针对性的教学指导，帮助学生省时、省力、高效地展开物理实验学习，提高学生物理实验学习效率和学习品质。整合策略性知识资源、渗透策略性知识内容、组织策略性知识活动、延伸策略性知识训练，都是教师创新策略性知识教学设计，对接融合问题链与策略性知识教学的有效路径。教师要做好长期教学规划，系统设计和优化物理实验策略性知识教学方案，借助持续性的教学影响，改善学生物理学科学习方式，推动学生物理学科学习能力不断成长。

【参考文献】

[1]李海燕，毛广文.基于核心素养的低成本高中物理实验研究[J].实验教学与仪器，2022（Z1）.

[2]王东海.高中物理实验教学自主探究模式的构建[J].数理化解题研究，2022（24）.

[3]李小鹏.学科核心素养导向下高中物理实验教学策略研究[J].数理天地（高中版），2022（18）.

[4]张嘉弘.高中物理实验深度复习路径研究[J].物理教学探讨，2022（07）.