核心素養下基于問題教學的物理實驗課程設計

張躍+趙瑩

摘 要：21世紀的教育關注學生的核心素養，重視能力的培養和科學素養的形成過程.物理課堂要發展學生的核心素養，首先要重視實驗教學，重視實驗課程的設計過程，其次，需要教師在課堂中的適度引導，通過教學問題的有效設計，層層遞進，發散學生思維，促進學生思考，引導學生學會解決問題，最終達到發展學生核心素養的目的.

關鍵詞：實驗教學；問題教學；核心素養

問題教學（Problem-Based Learning，PBL）作為一種新興的滲透式教學方法為教學改革提供了新視野.近些年來，問題教學法憑借其先進的教育理念，已經成為目前國際上較為流行的教學方法[1].目前已有研究者和一線教師將問題教學應用于實際教學，洞悉其對學生思維發展的重要性，但對其踐行流于形式，而領會其教學真諦，同時將其應用于實驗教學的更是寥寥無幾.鑒于此，筆者梳理了問題教學理論的內涵，研究了現有的理論模型，并基于問題教學理論設計實驗教學課程，通過設計恰當的問題，發散學生思維，促進學生思考，培養學生探究能力的同時引導學生學會思考、學會解決問題.

一、問題教學理論的內涵

國內外學者對“問題教學”的界定一直是眾說紛紜.在國外，有學者將PBL視為教學策略，如Mayo等學者認為：“基于問題式學習是通過創設與實際相關或一定背景的問題，給學生提供相關資源，給予引導或指導，使學生獲得大量知識和解決問題的技能.”[2]39還有學者認為PBL是一種課程開發與教學系統，如Finkle（Finkle&Torp， 1995）等學者認為：“基于問題式學習是通過讓學生面對一個與實際相關而結構不良的問題，把學生置于問題解決者的地位，訓練學生思考解決問題的策略，促進學生掌握學科知識的基礎與技能.”[2]39-40在我國，學者大多認同問題教學是一種教學方法.基于此，筆者認為問題教學是使學生置身于真實的問題情境中，在教師引導下自主篩選信息，解決問題，達到訓練學生思維、解決實際問題能力的一種教學方法.而“問題教學”中的“問題”需具備如下特點：①問題的頂層設計理念源于發展學生科學思維，要重視內容的選取及遵從學生的認知發展規律；②問題的設置原則要兼顧普適性與深入性，既要保證全體學生的參與感，又要具有一定的討論、探究價值；③問題的表述方式要蘊含情境之中，學生需對問題進行辨別和處理，以獲取解決真實情境中問題的能力.

二、問題教學理論的基本模型

問題教學的精髓在于教學的設計始于問題而終結于問題，以問題為中心組織課程和學習情境，開啟整個教與學的歷程.2006年密蘇里大學哥倫比亞分校畢業的學習技術專業博士洪暐（Woei Hung）針對PBL教學法提出了一種有效、精確和可靠的問題設計模型——3C3R模型，如圖1所示[3].該模型基于不同主體提出，針對教師的核心部分位于模型的中心區域分別為內容（Content）、情境（Context）與聯系（Connection）.“內容”作為第一核心要素為“問題”的選取把關，以保證學生在“問題”的驅動下既可以發展問題解決技能，又可以獲得相應的領域知識；“情境”要素確保學生能力發展的真實性與可應用性；“聯系”要素幫助學生建立事物間的邏輯關系，培養學生的遷移能力.針對學生的過程部分位于模型的三個頂點，分別為研究（Researching）、推理（Reasoning）與反思（Reflecting）.“研究”作為第一過程要素，要求學生探尋任務目標、分析問題情境、收集相應資料；“推理”要素基于“研究”獲取的信息，分析問題條件、擬定解決方案、探究解決方法、達成問題解決，以完成將知識用于實踐的目標.“反思”要素確保學生在這個過程中自我評價學習效果，總結領域知識、提煉解決問題的方法.

三、基于問題教學理論的實驗教學

要想通過問題教學的方式引導學生學習科學知識、技能與方法，這就要求教師自身教學觀的轉變，要以學生思維發展和科學素養提升為最終目標，教學的每一個環節設計都要層層遞進，重點突出.下面以公開課中流體壓強實驗教學為例，嘗試利用問題教學理論進行實驗教學，進而提升學生的科學素養及認識問題、解決問題的能力.

探究流體壓強與流速關系實驗出自北京師范大學版《義務教育初中物理》八年級下冊第八章第7節《飛機為什么能上天》一節，對于該實驗的處理多數教師將其作為演示實驗，直接向學生展示該節書中附圖所示的實驗器材，教師演示實驗后，讓學生得出實驗結論，這其中并未對實驗器材的選取做詳盡的探究，而筆者認為，對該實驗器材的設計進行分析恰恰是促進學生思維發展，提升科學探究能力的有力切入點.該部分教學教師層面核心部分設計如圖2所示，首先將“內容”拆解，創設兩個“情境”，通過不同的問題設置，層層遞進引導學生“研究”粗管和細管的流速及壓強的表現，學生經歷“推理”的過程后，教師進一步創設“情境”，引導學生通過方法遷移，設計實驗，體會知識和方法之間的“聯系”，最后經歷整合總結、自我“反思”等環節，掌握核心概念、核心思想和核心方法.具體的問題設置及教學引導過程見表1.

基于問題教學的實驗課程設計思路分析：與傳統實驗教學方法不同，本節實驗突出引導學生自己設計出實驗器材進行探究，將研究內容分層細化.從探究流速關系任務出發，通過創設“粗管和細管中液體的流速是否相同？”的情境，層層問題設置，引導學生想到在粗細不同的管中加入浮漂來反映流速關系（圖3、圖4）.通過創設“如何在粗管和細管中反映壓強大小？”的情境，驅使學生深入思考并進行研究，教師進一步設問，引導學生想到在粗細管子上增加橡皮膜或豎直的細管來反映壓強的關系（圖5、圖6），從而探究出液體壓強與流速的關系（最終實驗器材圖略）.最后，通過知識和方法遷移，利用液體壓強實驗中“粗細不同管子上插入細管”的實驗設計思路提出氣體壓強實驗的設計方案，即“粗細不同管子上插入壓強傳感器”來研究（圖7）.本節實驗在探討實驗設計思路和實驗器材改進的過程中，通過不同情境的創設、遞進問題的設計、知識方法的遷移，培養學生學會思考和解決問題的能力，落實提升學生科學素養的最終目標.

實驗探究在促進學生思維發展以及培養學生科學素養方面的核心地位已毋庸置疑，而在探究實驗中如何調動學生思維，引發學生思考，是每一名教師在實踐教學過程中不斷思考和不斷努力的方向.作為一名一線教師要想切實落實培養學生科學素養的根本目標，必須要對教學目標有整體的認識，對教學內容有宏觀的規劃與設計，同時還要不斷更新自身認識，逐步發展自己的教學觀，緊跟時代潮流.重視實驗教學，同時重視實驗教學的方法，以及實驗探究的過程.本文基于問題教學的實驗課程設計僅是筆者的一點思考與初步探索，希冀更多的研究者和一線教師參與交流與討論，逐步探尋更加適合學生思維發展的教學方法，貫徹落實提高學生科學素質的目標.

參考文獻：

[1]朱琳. 高校思想政治理論課PBL教學“問題”設計[J]. 教育與教學研究，2012（7）：65-69.

[2]劉夢蓮. 基于問題式學習（PBL）的設計[J]. 現代遠程教育研究，2003（1）.

[3]馮銳，繆茜惠.面向問題導向學習的3C3R問題設計模型述評[J]. 遠程教育雜志，2010（1）：70-74.