創設真實物理問題情境 促進學科核心素養落地

陳成波

摘? ?要：在高中物理課堂教學過程中，要實現物理問題由微觀到宏觀、抽象到具體的轉化，需要設計與學生認知水平相關的物理問題、創設生動有趣的物理情境、大膽質疑創新，創設出目標明確、方式方法多樣的教學案例進行有序引導，致力于教學問題的解決，幫助學生在感悟解決問題的過程中，促進高中物理學科核心素養的落地。

關鍵詞：問題情境;建構模型;引導;科學探究

高中物理學業質量標準體系的建構，是高中物理（2017版）課程標準的核心內容之一，具體體現在物理觀念、科學思維、科學探究和科學態度與責任等四個方面物理學科核心素養和五個學業質量的等級表達。因此，改進高中物理教學可以從學習目標的建立、課堂教學的實施、學生評價的改革等多個維度來落實培育學生的物理核心素養，促進學生學業質量的全面提升。

根據高中物理學科核心素養的具體要求，在課堂教學的實施過程中，圍繞創設真實有價值的問題情境，實現物理問題由微觀到宏觀、抽象到具體的轉化，是高中物理學科核心素養落地的著力點之一，下面通過幾個教學實例加以說明。

1? 設計與學生認知水平相關的問題，促進學生物理觀念的形成

物理概念是對物理事實的本質特征的綜合表述，常用文字和數學公式兩種形式來表達，形成物理概念一般要經歷從感性到理性的認識過程;而物理規律的建立一般是在理論與實驗的基礎上，通過分析、歸納、推理等多種科學方法得到的，常用文字與符號表達的認知結果。

作為高中物理兩大基石的物理概念與物理規律，因其抽象，學生的學習要經過復雜的認識、理解過程，課堂教學中需要采用多渠道、多層次由淺入深的設計與學生認知水平相關的問題，才能讓學生弄清物理概念與規律的內涵與外延，逐步形成正確的物理觀念。

1.1? “瞬時速度” 概念的教學

學生在學習平均速度概念的基礎上建立瞬時速度的概念，教學中利用DIS實驗系統測定瞬時速度，通過實驗數據的采集、記錄并顯示圖象，再到提取數據及數據的處理，讓學生感受體會一段時間或一段位移相對應的速度為平均速度，當時間非常短或位移非常小時，此時的平均速度可以表示瞬時速度，從而架起實驗到抽象概念之間的橋梁，而不是單純從數學極限角度來理解這一概念。

1.2? “在擺角α<5°的情況下，單擺做簡諧運動”的教學

教學中，從F回=mgsinα到F回≈mgx/L，具體的推導過程用到了兩個近似：①sinα≈α，②在小角度下弧線與直線近似相等，這兩個近似成立的條件是擺角α<5°。推導過程用到的這兩個近似，如何讓學生找到感覺呢？

這時候可采用多種媒體的不同角度，讓學生感受體會。比如：①列表比較：α在小于5°時的sinα和α弧度值。②幾何作圖：感受體會弧長與弦長。③實驗驗證：簡諧運動的圖象是正弦（或余弦）曲線，既然單擺做簡諧運動，猜想其運動的圖象也應該是正弦（或余弦）曲線。用單擺振動圖象演示儀演示振動圖象，結果墨水灑在勻速運動的紙板上是正弦（或余弦）曲線，學生親歷這樣的教學過程，對物理概念與規律就會有深層次的理解。

2? 創設生動有趣的物理情境，培養學生科學思維能力

高中物理課程標準指出“教師要緊密聯系學生的生活環境，從學生的經驗和已有的知識出發，創設生動的物理情景” [ 1 ]，提煉出生產、生活中的實際物理問題中的某一對象與某一過程，通過通俗易懂的實例類比，加深對物理問題的理解，讓學生在形象比較中建構物理模型、進行科學推理與論證，學會以不同方式分析解決綜合物理問題的方法。

2.1? 衛星變軌、能級躍遷與登山模型

在分析地球與衛星的變軌、氫原子能級的躍遷的課堂教學中，面臨著天體與微觀粒子一大一小、看不見又摸不著的困境，為有效化解這一教學難點，可用“登山模型”來類比。

來自于人們生活生產勞動實踐的登山運動，無論上山或下山常見的有走緩坡和走臺階兩種形式，衛星在不同軌道上的運動可以等效為“走緩坡”，意味著衛星的軌道半徑可以取大于地球半徑的任意值。氫原子內部抽象的能級分布形象化為“走臺階”這一模型，就是說氫原子的軌道半徑不是任意的，而是定態的。

而衛星在某一軌道的動能、引力勢能和機械能以及在變軌過程中變化，與氫原子能級分布動能、電勢能，某一能級的能量以及在躍遷過程中的改變，隨著軌道半徑的增大，動能減少、勢能增大而總能量增大，它們又有著相同的變化規律，這樣的類比學生不僅容易聽懂，而且便于理解。

用“登山模型”講解衛星變軌和能級躍遷，通過類比學生容易理解又能區別兩者的異同點，在降低難度的同時，又領略自然界規律的奇妙，激發了他們學習的興趣，為學生思維空間搭建起一個平臺，其教學效果顯著，具有一定的借鑒意義。

2.2? 不同軌道的衛星與環形跑道的運動員

在探討“在同一軌道平面上不同高度的A、B兩顆人造地球衛星某一時刻恰好相距最近，經過多長時間兩者將再次相距最近”的問題時，不少老師在教學中，從數學的角度運算衛星轉過的圓心角之差進行分析，因其抽象而令人費解。

而環形跑道的長跑比賽，當跑道的運動員追上最后面的運動員，出現所謂的“套圈”總能引來陣陣喝彩聲，教學中將這一情境引入，點撥比較在相同的時間內前者比后者多跑了一圈。然后將這一情形與探討的問題“A、B兩顆人造地球衛星由相距最近到再次相距最近“進行類比，換個角度的思考，學生感受到由大惑不解進而豁然開朗的喜悅。

3? 強化質疑與創新，培育學生的科學探究品質

高中物理課程標準指出“教師可在一些物理實驗中創設情境，讓學生在觀察和體驗后有所發現、有所聯想，萌發出科學問題” [ 1 ]。在高中物理實驗教學中，學生對實驗原理、實驗操作以及通過數據得出實驗結論等基本技能，通過配以練習還能掌握，運用物理理論和實驗方法去處理物理實驗問題有一定難度，用所學物理實驗的思想去設計解決新問題，那就難上加難了。

實驗探究是提升學生科學探究品質的重要途徑，反思我們的實驗教學，教學中首先要落實好每節實驗課，讓學生親自經歷實驗的每個環節，如根據實驗目的挑選實驗器材、分析評價結果的合理性提出改進的措施等;其次教學中教師的科學引導，在學生創新意識的形成中也起到促進作用。

3.1? 探究“影響小球動能大小的因素有哪些”的演示實驗

先準備三個小球，其中兩個質量相同，第三個質量大一些。實驗中有個步驟是將三個小球用等長的細線懸掛于同一點，保留一個質量小的小球不動，將質量一大一小的兩個小球，向右拉開同一高度，先后釋放，質量大的小球撞擊后，原來靜止的球擺起的高度較大，說明質量大的小球動能大，在學生還沒學習動能定理及機械能守恒定律的情況下，給出“大小兩球撞擊時速度相同”， 生活經驗告訴同學，同一高度擺到最低點，質量大的速度大，這一教學難點如何化解？

實驗教學中可增加設計如下情境：在鐵架臺水平直棒上用等長的細線懸掛質量一大一小的兩個小球，同時讓它們從同一高度由靜止釋放，觀察到兩球同步左右擺動，說明質量不同的兩個小球從同一高度到達最低點速度相同。

3.2? 幾何光學光路作圖中的“偏向角”

光的傳播規律和平面幾何知識是幾何光學教學的重要內容，作圖中求偏向角的問題為學生學習的難點。所謂偏向角是指入射透明體的光線與折射出透明體的光線之間的夾角，常規的方法是作光路圖，畫輔助線，通過幾何圖形求解。這辦法在入射光線經過一兩次折射時比較容易解決，如果是經過三次折射后的求偏向角問題，學生很難從圖中找到幾何關系。

化解這一難題，可以讓學生討論“走一有幾個拐角的馬路，如何確定方向改變 ”，感受總結后應用于求解偏向角問題，其實只要分別求出每一界面的偏角，規定一下順時針為正、逆時針為負，求出各偏角的代數和即可。

今天我們追求學科核心素養，就要正視核心素養的落地問題，創建一個個目標明確、方法多樣的教學案例，進行有序引導、致力于教學問題的解決，讓學習由淺入深，幫助學生在感受與感悟解決問題的過程中，發展核心素養，助推學習真正發生。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.