基于“问题链”的物理概念教学研究

摘 要：“问题链”教学法是物理教学中常用的教学方法之一。教学中，教师基于教学内容，创设一系列由环环相扣、层层递进的问题构成的“问题链”，助力学生进行深度学习，发展高阶思维能力，落实课程标准对物理学科核心素养培养的要求。本文以职业学校物理“速度”教学为例，对教学过程精心设计，探索了应用“问题链”有效达成教学目标的实施途径。

关键词：问题链；思维能力；高职物理；深度学习

1 引言

《中等职业学校物理课程标准》（以下简称《课程标准》）指出，物理教学要聚焦核心素养的培养，落实课程立德树人根本任务。物理核心素养的提出，对物理课堂教学提出了更高的要求，也为物理教学改革指明了方向。物理概念和规律的建立，本质上是“提出问题—探究问题—解决问题”的过程，这为物理课程开展基于“问题链”的教学改进提供了基础。基于“问题链”的教学，是教师在充分了解学生已有认知水平的基础上，针对学生学习过程中可能遇到的难点或产生的困惑，设计一系列融合学习内容的有指向性的问题，带领学生逐步完成学习活动，达成教学目标的过程。［1］实践表明，物理教学中巧妙创设“问题链”，以问题为核心组织教学，可点燃学生参与学习活动的热情，驱动学生积极思考、主动探索、实现深度学习、发展高阶思维能力，助力核心素养的培养。［2］问题的设置是教学活动顺利实施的关键，问题应遵循情境性、启发性、探究性、层次性、开放性等特征，以保证学生有效建构和理解新的知识和技能。［3］本文以高职物理“速度”这一核心概念教学为例，探讨了利用“问题链”实施概念教学的途径。

2 教材分析

本节内容选自苏州大学出版社2019年版高职物理第一册修订版第3章“匀变速运动”第二节“速度”，内容包括速度、平均速度、瞬时速度，属于运动描述的基础知识。该节内容是在初中物理的基础上进一步研究速度，也是后续研究加速度、匀变速直线运动等内容的基础，具有承上启下的作用。教材在定义速度时，用“位移”代替初中的“路程”，强调速度的矢量性，并用比值法来定义物理量。在变速直线运动中，教材引入“平均速度”的概念，从整体角度研究物体的运动。教材引出“瞬时速度”的概念时，利用极限思想展开，促使学生深刻理解概念内涵。教材的突出特点是重视研究过程和研究方法的教育，同时关注课程育人，将生产生活实例和思想教育贯彻教学始终。

3 学情分析

课前，学生已学习过位移、路程、时间等概念，知道可以用路程除以时间代表速度的大小，对于物体的运动有丰富的感性认识，具备一定的实验探究能力，为本节课的学习奠定了基础。但是，由于初中物理知识水平的限制，学生

理解

速度具有“方向”性具有一定的难度，需要教师结合真实情境揭示速度方向的重要性。此外，学生抽象思维能力欠佳，对“平均速度”的极限“瞬时速度”这一概念的理解可能会有一定困难。教学中，教师应充分结合生活实例、数学图像和实验探究，使学生获取感性认识，理解物理思想，建构物理概念。本节课，教师应该在理论学习的基础上，带领学生用气垫导轨测量滑块的瞬时速度，帮助学生理解物理概念、体会极限思想，培养学生的科学探究能力。此外，教师在教学中要积极选取与本节内容高度契合的生产生活实例，激发学生的学习兴趣。

4 教学目标

4.1 物理观念及应用

第一，理解速度是描述物体运动状态的物理量，理解速度的概念、公式、意义及矢量性。

第二，理解运动是一种客观现象，描述运动是生活生产的需要，形成运动的物理观念。

第三，能够用速度描述物体的运动状态，利用所学知识初步分析和解决生活中的问题。

4.2 科学思维与创新

第一，能够从时空角度理解采用比值定义法定义速度的方法。

第二，理解平均速度与瞬时速度的关系以及引入瞬时速度的必要性。

第三，感受极限思想，体会数学与物理相结合的研究问题的方法。

4.3 科学实践与技能

第一，通过用气垫导轨测量瞬时速度，学会测量速度的方法，培养实验操作技能。

第二，通过速度的测量，增强对科学探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力。

4.4 科学态度与责任

第一，了解速度在生活中的应用，理解物理来源于生活又服务于生活的科学本质。

第二，通过气垫导轨测速度，培养实事求是、严谨认真的科学态度，增强学习兴趣。

第三，通过苏炳添夺冠、中国速度、区间测速等实例，增强安全意识，激发爱国情怀。

5 教学设计

教师教学中，基于概念教学的要求，以“问题链”驱动教学活动，实现深度学习，促进能力发展。教师通过“龟兔赛跑”的故事引入新课后，以4个核心问题“如何描述物体的运动状态？如何描述物体做变速运动时的运动状态？如何描述物体在某时刻或某位置的运动状态？速度与现代社会有何联系？”为主线，通过图像法、比值定义法、实验探究等方法，辅以极限思想，使学生逐步建构速度、平均速度、瞬时速度等概念，理解速度与生活的联系，增强学生的物理学科核心素养，提升育人成效，打造逻辑清晰的高效课堂。

6 教学过程

新课引入：“龟兔赛跑”这一故事中，乌龟和兔子谁运动得更快？为什么？

设计意图：激发学生的探究兴趣，引入新课。

6.1 问题一：如何描述物体的运动状态（速度）

情境1 教师通过课件展示生活中不同物体的运动情况。

问题1：如何描述物体的运动情况？比如，游泳比赛中，观众和裁判分别是如何判断运动员运动快慢的？

结论：观众通常比较时间相同时，运动员运动路程的多少；而裁判通常比较路程相同时，运动员运动时间的多少。

问题2：若路程、时间均不相同，如何比较物体运动的快慢？比如，汽车在200秒内直线行驶2000米，飞机在5秒内直线行驶1000米，哪个物体运动得更快？

学生：结合初中学习的速度定义，计算汽车和飞机的速度，得出汽车的速度v1为10米每秒，飞机的速度v2为200米每秒。总结得出，路程、时间都不相同时，可用单位时间内运动的路程来比较物体运动的快慢。

问题3：同学们分别求出了汽车和飞机每秒内运动的路程，但是，仅知道速度的大小，就能确定物体的运动状态吗？上述数值能确定飞机和汽车的运动方向吗？

结论：我们描述物体的运动时，仅指出物体单位时间内的路程，只能了解物体运动的快慢，并不能确定物体运动的方向，要精确描述物体的运动状态，需要同时明确速度的大小和方向。

“问题链”设计意图：教师通过创设良好的问题情境，建立物理与生活的联系，激发学生思考的积极性，提升课堂学习氛围和学习效果。初中物理中用单位时间内的路程来表示速度的大小，对速度的方向性没有过多关注。这里通过飞机和汽车速度的计算以及“仅知道速度的大小，就能确定物体的运动状态吗？”这一问题，引导学生意识到“用单位时间内的路程”这一方法表示的速度在处理实际问题时的不足，引发认知冲突，激发学生探究“如何定义速度”的兴趣。在此基础上，师生共同讨论得出，速度不但要体现“运动的快慢”，还要体现“运动的方向”，为下一步速度公式的建立打下基础。

情境2 教师展示物体做直线运动时位置的变化情况。

问题1：如果物体做直线运动，如何描述物体的位置变化情况？

结论：可以用位移反映物体位置的变化情况。

问题2：物体做直线运动时，位移的大小与路程的大小有什么关系？位移方向与运动方向有什么关系？

结论：位移的大小与路程的大小相等，位移方向与物体运动方向相同。

问题3：应如何计算速度才能同时体现物体运动的快慢和方向？

结论：可用“位移时间

”来表示速度。

问题4：如果用t表示运动时间，s表示t时间内物体运动的位移，你能写出速度的表达式吗？

问题5：这种定义速度的方法叫什么方法？你还知道哪些物理量是用这种方法定义的？

问题6：结合表达式分析，速度是矢量还是标量？为什么？

问题7：速度的物理意义是什么？

问题8：速度的国际单位是什么？常用单位是什么？二者有何关系？

问题9：甲、乙两人从同一地点出发，均做直线运动，甲经过20s到达正东方向100m处，乙经过30s到达正西方向150m处，他们的速度相同吗？为什么？

“问题链”设计意图：教学中，教师要找准学生的最近发展区，基于学生已有经验和认知水平进行启发和提问。同时，教师提问时要确保问题在难度上有较强的层次性，由浅入深，由易到难，由感性到理性，启发学生逻辑递进地思考问题，实现深度学习，培养分析问题和解决问题的能力。学生已学习过位移，理解位移是反映物体位置变化情况的物理量。教师通过提问，引导学生思考得出，直线运动中位移的大小表示路程的大小，位移的方向与速度方向一致，顺理成章引入用“位移时间

”来表示物体的速度。最后，教师设计了“速度大小相等，方向相反”的题目，带领学生再次理解速度方向的重要性。

6.2 问题二：如何描述物体做变速运动时的运动状态（平均速度）

情境1 教师通过视频展示苏炳添在2021年东京奥运会男子百米半决赛比赛时的场景。

问题1：中国选手苏炳添在东京奥运会男子百米半决赛比赛中以9秒83的成绩打破亚洲纪录，在这100米中，他的速度约是多少？假如你参加100米短跑比赛，成绩可能是几秒？假设你和苏炳添均做直线运动，你能求出两人的速度吗？你和苏炳添谁运动得更快？

学生：计算两人的速度，比较两人运动的快慢。

问题2：假设两人均做直线运动，做的是匀速直线运动还是变速直线运动？

问题3：求得的速度是两人在100米运动过程中任一时刻或任一位置时的速度吗？

结论：两人均做变速直线运动，这种情况下，“位移时间

”求得的速度，仅可粗略表示物体运动的快慢，并不能精确反映物体在任一时刻或任一位置时的运动状态。

问题4：变速直线运动中，位移与相应时间的比值求得的速度称为平均速度。为了区分平均速度和速度，物理学中通常用v表示平均速度。你能给出平均速度的表达式吗？

问题5：平均速度是矢量还是标量？其物理含义是什么？国际单位和常用单位是什么？

情境2 教师视频展示区间测速场景。

问题：汽车行驶时要遵守规定的车速，你知道区间测速的原理吗？

“问题链”设计意图：学习了用“位移时间

”来计算速度后，教师紧接着让学生计算具体情境下的速度，在计算和对比过程中建立学习自信。教师通过问题“求得的速度是两人在100米运动过程中任一时刻或任一位置时的速度吗？”启发学生意识到变速直线运动中，“位移时间

”求得的速度仅能粗略反映这段时间或这段位移内物体的运动情况，激发学生寻找解决问题的方法，从速度的学习顺势过渡到平均速度内容的学习。在速度概念的基础上，教师引导学生得出平均速度的公式，理解其物理意义、单位及性质，并通过讨论区间测速的原理，使学生了解生活中的平均速度，同时对学生进行安全教育。

6.3 问题三：如何描述物体在某时刻或某位置的运动状态（瞬时速度）

情境1 教师课件展示苏炳添在2021年东京奥运会男子百米半决赛比赛中距离出发点30米处的场景。

问题1：变速直线运动中平均速度仅能粗略描述物体的运动情况，要精确描述物体的运动状态，物理学中引入了瞬时速度的概念。物理学中，物体在某一时刻或某一位置时的速度称为瞬时速度，如汽车某一时刻仪表盘上显示的速度、子弹射出枪口时的速度等。那么，我们如何确定物体的瞬时速度呢？比如，我们如何确定苏炳添在距离出发点30米这一位置A时的速度？

问题2：如果测量他通过位置A前1秒到通过该位置后1秒这2秒内的平均速度，或测量他通过位置A前0.1秒到通过该位置后0.1秒这0.2秒内的平均速度，哪种方法求得的速度更接近他在位置A时的真实速度？为什么？

结论：后一种方法更准确，因为选取的时间间隔相对较短，这段时间内研究对象的速度变化较小。

问题3：如果时间间隔再缩短呢？比如选取0.02秒或0.002秒为时间间隔，请作图分析，你有什么发现？

探究：教师通过课件展示时间间隔t越来越小时的情况，学生观看动画，师生讨论得出：当t极小（趋近0）时，t时间内的速度变化极小，t时间内的平均速度与人在位置A时的瞬时速度更接近，如图1所示。

问题4：若用s表示极短时间t内的位移，你能给出瞬时速度的表达式吗？

问题5：瞬时速度的物理意义是什么？

问题6：物体做什么运动，平均速度等于瞬时速度？

结论：物体做匀速直线运动。

问题7：瞬时速度是矢量还是标量？国际单位和常用单位是什么？

情境2 教师动画展示魏晋时期我国数学家刘徽的“割圆术”动画，说明从平均速度到瞬时速度，渗透着极限的思想，帮助学生了解这一处理问题的方法。

“问题链”设计意图：基于“问题链”的教学中，教师创设的问题要有较强的探究性，以促使学生在探究中获取知识，掌握方法，加深对概念和规律的理解，认识事物和规律的本质。针对“瞬时速度”这一教学重难点，教师教学中先让学生结合具体数据对比两种估测速度方法的优劣，使学生初步得出“时间间隔越短，平均速度与瞬时速度越接近”的结论，建立感性认识。随后，教师通过动画进一步探究，使学生感受到时间间隔越短，物体的速度变化越小，平均速度与物体真实速度越接近这一本质，在建立瞬时速度表达式的同时帮助学生深度理解“瞬时”的含义。最后，教师通过问题“物体做什么运动，平均速度等于瞬时速度？”让学生理解瞬时速度和平均速度的关系，培养学生整体把握物理概念及其相互关系的能力，形成宏观知识体系。

问题8：如何通过实验测量物体的瞬时速度呢？

情境3 教师展示气垫导轨实验装置，结合动画讲解该装置的计时原理和测速原理。

问题1：测量滑块瞬时速度时，如何调节导轨使滑块在上面做匀速直线运动？

问题2：为更好地完成实验，滑块的初速度最好是多少？为什么？

问题3：如何计算滑块经过光电门时的速度？

问题4：为了减小误差，可以多测几组数据，如何科学准确地处理数据？

实验：学生利用气垫导轨测量滑块的瞬时速度，实验数据记录表如表1所示，体会瞬时速度的物理意义，学习测量瞬时速度的方法。

问题5：实验中测量的瞬时速度，真的是滑块的瞬时速度吗？

结论：测量瞬时速度时只是在测量精度范围内，尽可能测量时间间隔足够短时的平均速度。

问题6：通过实验探究和结果分析，你有什么心得和启发？

“问题链”设计意图：教师教学中要依托一定的情境创设问题，实现由形象思维向逻辑思维的过渡，建构知识技能网络。学生对瞬时速度的“瞬时”这一含义的理解是难点。为了让学生理解瞬时速度是平均速度的极限，教师指导学生用气垫导轨测量滑块的瞬时速度，带领学生在实践中领会“t→0时，平均速度可表示物体的瞬时速度”这一极限思想，将抽象的过程具体化，实现科学方法的可视化。

情境4 教师课件展示表格，引导学生对比速度、平均速度、瞬时速度概念的区别和联系。

问题：通过分析三个概念的区别与联系，你有什么心得？

“问题链”设计意图：指导学生在分析对比中思考三个速度的区别，深刻认识概念的本质。

6.4 问题四：速度与现代社会有何联系

情境1 课件展示生活中常见物体的速度值。

问题1：你知道这些物体的速度吗？请连一连。

问题2：你还知道哪些物体的速度？展示空间站的运行速度、光的速度等。

问题3：某种意义上说，速度深刻改变着我们的生活。比如，中国高铁技术已经引领世界，坐上中国高铁，能真切感受到“中国速度”。你是如何理解“中国速度”的？

情境2 播放人民日报视频“我们这十年：2分钟见证中国速度”。

问题：近年来，我国取得了许多重大标志性成果，比如，出行速度享誉全球、基建速度惊艳世界、科技速度从赶超迈向引领。对此，你有什么启发？

“问题链”设计意图：课程标准提倡物理教学要“从生活走向物理，从物理走向社会”，因此物理教学要注重建立物理与生活的密切联系，从生活中提炼物理问题，用物理知识来解释生活现象。本部分的教学，目的是让学生感受生活中不同物体速度的大小和丰富的运动世界；同时，使学生了解我国取得的重大成就，从不同维度感受中国速度，激发爱国情怀，增强民族自豪感，升华学习情感。

小结提升：通过本节课的学习，你有什么收获？请用思维导图总结你的收获。

“问题链”设计意图：回顾学习过程，分享学习体验，内化知识和技能，培养归纳总结能力。

7 结论

“问题链”教学法，是一种教学方法，更是一种教学理念。本节课的教学，以学生为主体，通过一系列准确、灵活、有深度的问题激励、唤醒和鼓舞学生参与学习活动，促进学生理解并掌握“速度”的相关知识、物理学研究问题的方法，使学生感受物理与生活的联系，从而有效培养学生的物理学科核心素养。

参考文献

［1］胡志诚.基于“问题链”驱动的物理课堂教学模式探究［J］.中学物理教学参考，2021，50（6）：3233.

［2］杨凤楼.促进高中物理深度学习的“问题链”策略研究［J］.物理教师，2021，42（6）：3437.

［3］后宗新.有效物理课堂教学问题设计的类型与原则［J］.物理教师，2014，35（7）：3536.