基于培養核心素養的高中物理科學探究中的問題設計策略

姜明姬 羅翀

摘? ?要：新的《物理課程標準》指出：“科學探究既是學生的學習目標，又是重要的教學方式之一。”科學探究有七個要素，其中提出問題是前提，科學探究過程要圍繞著所探究的問題展開。問題設計是高中物理新課程教學中重點關注的問題，在進行科學探究的教學中，教師設計的問題要遵循學生的認知規律，激發學生的興趣，培養學生的創新思維，從而培養學生的物理學科核心素養。

關鍵詞：科學探究;問題設計;思維能力;核心素養

高中物理的核心素養是學生適應個人終身學習的社會發展需要的基礎知識、關鍵能力和科學態度等方面的表現，是學生通過物理學習集中體現的帶有物理特征的品質，主要有“物理觀念與應用”“科學思維與創新”“科學探究與思維”“科學態度與責任”四個維度構成[ 1 ]。在新的課程改革背景下，高中物理教學突出科學探究的學習方式和基于問題的“質疑創新”的課堂教學，使學生逐步形成以問題為載體的解決問題的“科學推理”以及“科學論證”的能力[ 1 ]，促進學生的主動發展。探究性學習的最基本程序見圖1。

其過程是圍繞問題開展探索、研究，問題成了探究的核心，包括發現問題、提出問題、探究問題和解決問題。陶行知先生曾說：“發明千千萬，起點是一問”，可見問題是科學探究的出發點。這就要求教師在實際的課堂教學中，要讓學生自主探究，以學生學習為主線，關注學生問題生成、思維轉化、問題解決的全過程[ 1 ]，這就需要教師在“問題設計”上多下功夫，提出富有吸引力的問題來，指導并促進他們由淺入深、由表及里地進行探究，進而形成獨立思考、自主學習的能力，從而提升學生的物理核心素養。

以下是我對物理科學探究教學中問題設計策略的一些經驗和體會。

1? 教師設計的問題要能激發學生的探究興趣，充分發揮學生進行科學探究的主動性

愛因斯坦說：“興趣是最好的老師。”興趣能促使人專心致志，充分發揮人的潛能。所以，激發興趣可以充分發揮學生的主動性，也是學生自主思考、自主探究問題的動力之一。

大家都知道《十萬個為什么》中的每一個問題都很吸引人，使人很想知道為什么，因而受到廣大青少年讀者的喜歡。所以教師也可以在大量的科學探究中引出學生感興趣的問題，例如，在“牛頓第三定律”中為了激發學生對探究作用力和反作用力的關系的興趣，教師可以結合拔河比賽提出以下問題：﹙1﹚拔河比賽是比雙方力氣的大小嗎？﹙2﹚拔河時雙方的拉力是什么關系？﹙3﹚既然雙方對繩子施加的拉力大小相等，為什么還能分出勝負呢？﹙4﹚拔河比賽中到底是哪些因素影響了勝負？通過這幾個學生感興趣的問題，可以激發學生的探究欲望，從而發揮學生的科學探究的主動性和積極性，培養學生對科學知識的好奇心，養成學生主動思考的好習慣，提高學生的創新思維能力。

2? 教師設計的問題要具體明確，有針對性，便于學生思考

在進行科學探究過程中，教師設計問題時要緊緊圍繞所探究的內容，針對學生的認知情況和思維能力，設計出有助于學生思考、方便學生回答的問題。因此，所設計的問題除了要有新意，更要講究題意清楚，條理清晰，語言簡潔明了，可以幫助學生更好地理解概念，進行疑難辨析，完善知識結構和認知結構，糾正錯誤的認知和理解，提高思維能力。教師設計的問題切不能讓學生摸不清意圖，而要盡量避免過于簡單、重復、模糊或者可以靠猜得出答案，更不能出現科學性錯誤。

例如在探究洛倫茲力的方向時，教師如果直接問學生洛倫茲力的方向如何判定，有預習過的學生可以不加思考的回答出“用左手定則”這樣的結論，對培養學生的思維沒有任何幫助;教師如果問洛倫茲力的方向有什么規律，學生也摸不清老師的意圖，不知從何答起。因此，教師可以將其分割成幾個指向性明顯的小問題供學生思考討論：①安培力的方向是如何判定的？（教師可以畫出兩個圖供學生判斷。） ②電流是怎么形成的？③電流的方向和電荷定向移動方向之間存在什么關系？④洛倫茲力的定義是什么？它和安培力之間存在什么關系？它們的方向又存在什么關系呢？⑤請試著總結出電荷運動方向、磁場方向與洛倫茲力方向之間的關系。（先讓學生自己分析總結，教師再引導學生得出左手定則。） 這幾個問題明確具體，針對性比較強，方便學生回答，在原有知識的基礎上，學生能順利地得出答案，最后順理成章地得出洛倫茲力的方向的判定方法。

因此教師在設計一個問題之前，一定要深思熟慮，明確設計該問題的意圖，并估計學生的答案可能會出現哪些情況，想好應對的措施以及各個問題之間如何銜接。為方便學生思考，對于一些整體性較強的問題，學生難于回答的，教師就要想辦法進行分割，將其設計成幾個并列的或層層遞進的小問題來提問。如果學生將這些小問題一個個分析清楚了，最后的答案也就自然而然的得出來了，整個問題也就解決清楚了，思維能力也從中得到了訓練。

3? 教師設計的問題要有啟發性和層次性，能激發學生思維

課堂上的問題如果過于簡單，或者學生需要回答的問題只是簡單的“是不是”“會不會”或者“行不行”等，學生就會不經思考隨意猜測，長期下去會降低學生的探究興趣，使學生不愛思考、應付老師的問題，從而損害學生的思維品質，影響其探究能力的發展。因此，教師應抓住問題的關鍵點，在新舊知識的銜接處設計問題，把握合適的時機，從而啟發學生思考，激發學生思維，培養學生主動探究問題、解決問題的好習慣。

例如在探究感應電流的方向是否有規律時，教師可以先演示一遍課本中的三個實驗來設置情境，分別如圖2、圖3、圖4所示，請學生認真觀察靈敏電流表指針的偏轉情況，提出如下問題啟發學生思考，以引入新課：①以上三個情況下靈敏電流表指針有無偏轉？②靈敏電流表指針若有偏轉，偏轉方向如何？一直朝同一個方向嗎？③靈敏電流表指針為什么會偏轉？④靈敏電流表指針偏轉方向為什么有時向左有時向右？通過以上幾個問題的回答，教師可以自然地將學生的思維引向新課教學：本節課我們來探究感應電流的方向是否有規律可循，如果有，跟哪些因素有關？是什么樣的規律？從而激發學生的思維，之后再進行具體的探究，教師再次演示，學生將觀察到的電流表指針的偏轉情況記錄在書上的表格中，比較歸納后自己發現“增反減同”的規律，從而深刻理解了楞次定律的特征，把握了楞次定律中阻礙的意義[ 2 ]。

可見，教師提出的問題越有啟發性，在討論中越能把問題引向深入，越可以加深學生對所學內容的理解，越可以激發學生探究物理規律的欲望。教師設計的問題越是難度適宜，越是有層次性，越能訓練學生思維能力。

“最近發展區”理論認為，高中生的接受能力和認知水平仍處于“初級階段”，教師為了設計出具有培養物理思維價值的問題，應慎重思考，不能過難，以至于超出高中生的“最近發展區”，讓學生無從回答，甚至失去信心;也不能過易，讓學生能隨便猜出答案。因此教師在科學探究中設計的問題既要難易適度，又要有梯度，要讓學生通過思考循序漸進地得出答案，即要讓學生“跳一跳”才能“摘到果子”。為此，教師設計問題時可以采用“走臺階”的方法，就是按照思維順序設計一組逐漸深入而又環環相扣的問題，讓學生在解決這些越來越難的問題中產生思維的碰撞，不斷激發出思維的火花，體驗成功的樂趣，從而集中學生的注意力，提高課堂的效率，培養學生思維的有序性和深刻性。

例如在探究光的折射定律時，教師如果直接讓學生從書上表格的數據中找折射角與入射角之間的定量關系，學生肯定無從下手，而如果直接將結論告訴學生，又起不到培養學生思維的作用，因此，教師在設計問題時要多設幾個“臺階”，從而一步步引導學生去思考、解決問題，讓學生既能體驗到成功的樂趣，又能提高思維的有序性和邏輯性。為此，教師可以在介紹裝置后這樣設計問題：（1）請觀察演示實驗定性分析：①光從空氣射入玻璃中，根據入射光線，怎樣確定折射光線的空間位置？②試找出入射角和折射角并比較兩者的大小關系。③折射角隨著入射角的增大是如何變化的？（2）教師引導學生分析具體實驗數據（演示實驗、學生讀數、記錄），尋求折射角與入射角之間的定量關系并找出規律——折射定律：①兩者的差是定值嗎？②兩者的差有規律地增大嗎？③兩者的比值相等嗎？④究竟是什么關系呢？請計算幾組兩角的正弦值，并從中找出規律。學生通過計算，很容易就能發現兩角的正弦值之比幾乎相等，在實驗誤差允許的范圍內是一常數，從而自己推導出光的折射定律，成功完成科學探究的任務。

從整個實驗過程來看，這幾個連續的問題就是探究性實驗的知識臺階點，由淺入深，從定性分析過渡到定量分析，使學生的思維上了一個重要臺階。通過這些問題的思考討論，使學生能循序漸進地思考問題、動手實驗、處理數據、總結規律、得出結論[ 2 ]。從而也培養了學生思維的有序性、邏輯性和深刻性，提高了學生的科學思維能力與創新能力。

物理學家勞厄說過：教育最重要的不是獲得知識，而是發展思維能力。學生思維的有效性和能力的發展性是新課程的靈魂，也是物理學科核心素養的基本要素。一節課的好壞主要看學生主體性發揮得怎樣，教師要通過精心的設計一些有思維容量和啟發性的問題，來調動學生積極參與科學探究，使學生對知識的學習是自己感悟和探究出來的，而不是教師講述的。因此，對于我們物理教師來說，在核心素養理念的指引下，更應在科學探究過程中充分重視問題的設計，通過不斷實踐，不斷摸索來不斷優化問題設計，充分發揮問題在科學探究中的重要作用，從而提升學生終身學習的能力，實現物理學科核心素養的培養。

參考文獻：

[1]陳麗珊， 陳海. 基于高中物理學科核心素養的物理教學探究[J]. 基礎教育研究， 2016（20）：7-8.

[2]孔令軍. 問題設計——高中物理教學中應重點關注的問題[J]. 教育實踐與研究（B）， 2007（2）：11-12.