“問題引領”探究教學培育物理核心素養

陳知鏡

摘 要：本文以“電流計改裝為電壓表”教學設計為例，突出“理論探究”和“實驗驗證”這一核心要素。采用“問題引領”探究教學法，以問題發現為主軸、自主探究為載體、過程體驗為收獲、問題解決為動力，引導學生經歷電壓表改裝的科學探究過程，領悟科學探究方法，提高學生的物理核心素養。

關鍵詞：探究教學；核心素養；電表改裝；教學設計

引言

“問題引領”探究教學法，是以教師設計問題為理念，學生自主探究學習為基礎，充分調動學生的問題意識和創新思維，培育學生的創造能力，實現共同提高的教學目標；圍繞以 “問題導學、引領”為方針，形成以“自主探究、論證”為主體，以“問題發現、解決”為主軸，以“師生合作、交流”為主線的一種教學方式[1]。讓學生在自主探究學習中，親歷規律的發現過程，領悟科學探究方法，逐步提高學生的物理核心素養。本文以高中物理魯科版選修3-1中“電流計改裝為電壓表”的教學為例，談談提升學生物理核心素養的實踐與思考。

1 設置問題 自然過渡

本課題在教材中占用的篇幅較少，只有一個例題和電流計的簡介兩個部分，以致它潛在的教育功能常常被忽視。為有效促進學生自主學習，并在動手、動腦探究學習中培養學生發現問題、解決問題的能力，教師打破以往當作普通例題講解的教學模式，根據教學需要創設如下情景引入課題：（1）在串、并聯電路中，電流、電壓、電阻和功率各有什么特點？（2）在串、并聯電路中電阻各起什么作用？（3）分別用什么儀器來測量電流和電壓？（4）電流計有哪些主要參數？你知道它的構造和原理嗎？學生小組討論、回顧所學知識，隨著問題的解決，加深了對串、并聯知識的理解，掌握了電阻的分壓、分流作用及意義，了解了電流計的主要參數，針對電流計提出了自已的困惑：（1）電流計的主要部件是什么？（2）電流通過時，指針受什么力作用而轉動？（3）這個力大小與電流大小有什么關系，即電流計為什么能準確測出電流大小？（4）表盤上的刻度是均勻的，即指針轉過的角度與電流大小成正比？教師針對學生的困惑，利用視頻介紹了輻向磁場特點，通電線圈在安培力作用下轉動，收縮彈簧及彈力的反作用，進而提出問題：電流計能否當作電壓表使用？如果能，還需要知道什么？這樣通過分層問題推進探究，并以電流計能否當作電壓表作為銜接橋梁，自然過渡到電流計與電壓表的通用性上，為后續電壓表的改裝留下鋪墊，降低學生學習電壓表改裝原理的難度和梯度。

2 問中設問 引導探究

熟悉了電流計的原理和構造，及電流計可當作電壓表使用后，教師趁熱打鐵，及時設置了如下情景：（1）如果電流計G的內阻Rg為90Ω，滿偏電流Ig為0.3mA，則兩端允許加的最大電壓是多少？（2） 1.2V的電壓能否全部加在電流計上？為什么？（3）如果需要用它測量1.2V的電壓，該怎么測？學生經計算得出，電流計兩端允許加的最大電壓是0.027V，而1.2V超過了它允許加的最大電壓，將燒壞電流計。如果用來測量1.2V的電壓，則多出的電壓怎么辦？學生開始犯難了，探究一時陷入了僵局，面對學生的困境，教師提出了啟發性問題：有什么器材可以把多余電壓分走？如果有，又該怎么連接？經此一提醒，學生很快就想到了串聯電阻的分壓作用（如圖1所示），順利度過了難關，同時也把學生思路引到了電表改裝原理上，教師接著提出問題：（1）需要串聯多大的電阻？你是如何得出的？（2）通過電流計的電流有多大？指針應指在哪里？（3）如果把電流計和串聯電阻當作一個新的電壓表，則這個電壓表的內阻有多大？（4）為了便于讀出電壓大小，表盤上的示數需要改寫嗎？有需要，該怎么改？這樣通過設置大問題把學生引入課題，再通過小提問引導學生思路，把握探究方向。隨著問題的逐層遞進，學生在思考中發現解決問題方法，在問題解決過程中思維得到拓展，在理論推導、動手演算中能力得到提升，提高了學生靈活運用知識解決問題的能力。

3 實驗檢驗 論證規律

經歷電表改裝的探究過程，并得出串聯電阻的計算方法后，許多學生都認為大功告成了。然而物理學是一門實驗性科學，推導出的理論須經過實驗加以驗證，我們的探究結果也不例外。為此教師提出了問題：改裝過的電壓表能否準確測量電壓？我們該如何驗證呢？經思考后，就有學生提出自己的構思：要驗證改裝的電壓表，必須要有一個標準進行校對。教師緊隨了一句：用什么作為標準呢？馬上就有學生補充：用一個標準電壓表來檢測，與改裝的電壓表并聯，只須將兩表示數對比驗證即可。理清了驗證方法，教師就要求學生畫出驗證電路圖（如圖2所示），選出器材并動手驗證。再經過驗證，學生掌握了電壓表的改裝原理，為進一步拓展學生思維，教師設置了如下情景：如果把電流計G改裝成量程為n倍Ug的電壓表，需串聯多大的電阻？學生自然就想到了用過的方法，把多余的（n-1）Ug分到串聯電阻上，問題也就迎刃而解了。這樣把具體數字轉換成倍數關系，再次調動了學生的思維，提高了學生的分析能力。而后教師把問題再向縱深遞進，如把電流計改裝為3V和15V的雙量程電壓表，應串聯多大的電阻？又該怎么串聯，請你畫出電路圖。學生很快就想到用過的雙量程電壓表有三個接線柱，經小組探索討決定，先完成小量程的改裝，然后再擴展到大量程，共用一個小電阻。這樣隨著問題的逐層遞進，學生的思維得到逐步拓展、激活，解決問題的能力得到鍛煉提升。

4 拓展思維 追究本原

俗話說：百尺竿頭，更進一步。在學生掌握電壓表的改裝原理，并能解決相關問題后，教師應引領學生進入縱深領域，進一步拓展學生的視野，為此設置了如下情景：現有兩個用相同電流計G改裝的電壓表，量程分別為V1（0--1V）和V2（0--3V），如果將兩電壓表串聯使用，兩表指針轉過的角度相同嗎？示數相同嗎？經過前面的學習可知，指針的偏轉角與通過電流計的電流大小成比例，而示數還與量程有關。但這兩電壓表都經過改裝，怎么知道通過電流計的電流大小呢？學生感到無所適從，不知從哪里入手，思維就象被掐斷似的，怎么就轉不過彎。就在教師也認為沒戲時，一個學生弱弱的回了一句：“把它還原回去”。教師及時捕捉到這一信息，并投去贊賞的眼光，點頭給予鼓勵，教師的肯定給學生指明了方向，學生的思維開始活躍起來，很快就把兩個改裝原理圖串聯起來（如圖3所示），畫出表盤示意圖，并用串聯知識解釋了偏轉角度和示數大小。而后教師再進行橫向對比：如果兩電壓表并聯使用（如圖4所示），結果一樣嗎？至此電壓表改裝原理得到進一步的拓展，有效促進了學生的理解和鞏固，也提升了學生分析、解決問題能力。這樣學生親歷了模型的建立、拓展過程，達到知其然更知其所以然，讓原本浮于表象的探究逐步沉淀下來，向探究規律的本質方面發展，學生思維也跟著沉淀，學會了追究本原，學習由此邁出了可喜的一步轉折，學習力也必將發生本質的變化。

5 結束語

“問題引領”探究教學，為教師的教和學生的學提供了一個互動的平臺，學生是主角，教師是導演[2]。以學生為主體，教師為引領者，引導學生積極參與探究活動，充分體驗探究過程，重視物理知識的形成過程。同時關注師生的交流與互動，有效激發學生的學習熱情，拓展學生的創新思維，進而提高課堂教學質量。

參考文獻：

[1]蔣天林. “問題導學”模式下的物理教學[J].教育研究與評論，2015（3）：69-72.

[2]王志宏，范俊華.“學案引領 問題解決式”課堂教學模式研究[J].新課程學習，2003（1）：30.