核心素養視域下創設問題情境的教學實踐研究

黃尚波

摘? ?要：在教學過程中創設問題情境是培養學生物理學科核心素養的有效途徑。以“摩擦力”的教學為例，通過創設問題情境，特別是遞進式問題鏈或實驗問題情境，可實現學生對新知識的有效建構，并總結創設問題情境教學的有效策略，如此可促進學生物理學科核心素養的落地。

關鍵詞：高中物理;核心素養;摩擦力;問題情境;遞進式問題鏈

中圖分類號：G633.7? ?文獻標識碼：A? ?文章編號：1009-010X（2021）20/23-0091-05

建構主義認為，教學應當把學生原有的知識經驗作為新知識的生長點，即引導學生在原有知識經驗的基礎上，生長新的知識經驗。學習的過程就是學生自己建構知識的過程，教師只是學生建構知識的幫助者和引導者。即教師在了解學生智力和原有知識背景的基礎上，通過創設符合教學內容要求的問題情境，引導學生朝著有利于知識建構的方向發展。

國務院辦公廳《關于新時代推進普通高中育人方式改革的指導意見》（國辦發〔2019〕29號）在深化教學改革中提到：“積極探索基于情境、問題導向的互動式、啟發式、探究式、體驗式等課堂教學，……，認真開展驗證性實驗和探究性實驗教學。”《普通高中物理課程標準（2017年版）》（以下簡稱《課標》）在實施建議中提到：“物理教師應根據普通高中物理課程標準（以下簡稱課程標準）的基本理念、課程目標和物理學科核心素養的要求，結合教學的實際情況，創造性地開展教學工作，將物理學科核心素養的培養貫穿于物理教學活動的全過程。……在教學設計和教學實施過程中重視情境的創設，創設情境進行教學，對培養學生的物理學科核心素養具有關鍵作用。”

由此可見，教師應重視并善于創設問題情境進行教學，以引導學生積極思考和討論，如此可使學生對新知識的理解經歷由易到難、由淺到深、由表象到本質的過程，還可促使學生準確把握相關物理概念、規律和方法的本質，進而可形成和發展學生的物理學科核心素養。

如何實現上述要求呢？下面筆者以“摩擦力”的教學為例，通過創設符合教學內容的問題情境，可以實現學生對摩擦力概念的有效建構，如此可落實學生物理學科核心素養的培養。

一、摩擦力概念的教學

（一）課標要求

摩擦力的教學屬于物理概念教學的范疇，《課標》在物理概念的教學建議中指出物理概念的建立其關鍵是創設體現概念本質特征的問題情境。在物理概念教學中，教師基于學生大量的經驗性常識創設問題情境，并使學生在教師的引導下通過對問題進行思考、討論以及對所觀察的實驗現象進行重新加工，實現從經驗性常識向物理概念的轉變，并在此過程中形成和發展學生的物理觀念。將提升學生的科學思維能力和科學探究能力滲透在概念教學中，可培養學生的物理學科核心素養。

（二）教學背景分析

“摩擦力”這節內容既是必修1“相互作用”這一章的重點，也是后面學習“力與平衡”“牛頓運動定律”等力學知識的基礎，是構成整個高中物理知識的一塊“基石”。雖然高一新生在初中已學習過摩擦力，但對摩擦力的概念缺乏深入的理解。教學實踐表明，對初學者而言，摩擦力的產生條件、方向判斷及大小計算等都比較復雜，摩擦力在具體問題中表現出“動中有靜，靜中有動”的特點，特別是靜摩擦力在不同情境下“若有若無，方向不定”的特點都讓學生感到難以理解。由于摩擦力概念理解的復雜性以及生活直接經驗的誤導，學生對摩擦力往往存在如下的錯誤認知：

誤區1：靜止的物體不會受到摩擦力的作用;

誤區2：只有靜止的物體才受到靜摩擦力

的作用，只有運動的物體才受到滑動摩擦力的作用;

誤區3：用水平推力推水平面上的物體，推不動是因為推力小于摩擦力;

誤區4：混淆兩種類型的摩擦力，認為靜摩擦力的大小隨正壓力的增大而增大;

誤區5：滑動摩擦力一定是阻力;

誤區6：靜摩擦力一定是阻力;

誤區7：滑動摩擦力的方向一定與物體的運動方向相反。

（三）創設問題情境，突破理解誤區

通過創設問題情境，特別是遞進式問題鏈和實驗問題情境引發學生的認知沖突，由此糾正學生對摩擦力“前概念”的認知誤區，然后因勢利導、循序漸進，由此可引導學生正確理解和掌握有關摩擦力的新知識。

情境1：【實驗情境】如圖1甲所示，將兩條毛巾平鋪在桌上，并讓這兩條毛巾的邊緣處相互重疊約2～5cm。接著把毛巾重疊的部分折成像波浪一般的褶皺，然后教師用兩個手指頭捏住褶皺處，這時毛巾看起來像蝴蝶結一樣（如圖乙所示）。然后請一位學生雙手分別抓住毛巾的兩端并用力拉扯毛巾（如圖丙所示），試圖將兩條毛巾分開（也可請一位女生用手握住毛巾的褶皺處，然后女生的兩側各有一位男生同時沿相反方向發力拽毛巾）。學生在觀察完該演示實驗后會覺得不可思議，與預測的實驗結果不同，所以很想知道其中的奧秘，這時教師指出其中的奧秘與摩擦力有關，由此開啟摩擦力的教學。

評析：通過創設實驗情境引入新課，實驗結果與學生的直覺判斷相違背，學生為了弄清楚原因，自然會將注意力集中到接下來的學習中。通過創設實驗情境、設置懸念引入新課，既活躍了課堂氣氛，又激發了學生的好奇心和求知欲。

情境2：如圖2所示，甲、乙兩物體均在粗糙的水平面上，甲向右勻減速運動，乙在水平推力F的作用下仍靜止不動，分析甲、乙兩物體是否受到摩擦力的作用？

存在誤區1的學生會得出只有甲物體受到摩擦力作用的錯誤結論。這時教師不要急于糾正學生的錯誤結論，而是應進一步設計以下幾個問題引導學生思考：

（1）如果水平面光滑，乙物體是否會靜止不動？

（2）水平推力沒有推動乙物體說明了什么？

（3）甲、乙受到的摩擦力有何區別？

（4）乙物體受到的摩擦力方向有何特點？

評析：學生通過對以上問題進行分析和思考，認識到靜止的物體也可以受到摩擦力的作用，糾正了學生的錯誤認知。然后再經教師引導可得到兩種類型的摩擦力——滑動摩擦力和靜摩擦力的概念，以及靜摩擦力的方向特點。

情境3：圖2中的水平推力F沒有將乙物體推動，這是為什么？

有許多學生認為物體推不動是因為水平推力F小于靜摩擦力f（即誤區3）。這時教師可進一步設計以下問題引導學生分析：

（1）沒有推動，表明物體是靜止的，這時物體處于怎樣的狀態？

（2）若是F

（3）通過受力分析可知F與f的大小關系

如何？

（4）逐漸增大F，但物體仍然沒有被推動，則f的大小如何變化呢？

（5）f能無限制的增大嗎？隨著F的不斷增大，物體最終會被推動嗎？

（6）推動之后，物體受到的摩擦力還是靜摩擦力嗎？

評析：通過對這一串問題進行分析，學生自主糾正了理解誤區，靜摩擦力的概念也得到了進一步的深化。同時還理解了建立最大靜摩擦力概念的事實依據以及摩擦力類型的轉變。

情境4：如圖3所示，甲、乙兩物體在以下情形中始終處于靜止狀態。

（1）對于甲物體，當水平推力F增大，其受到的靜摩擦力如何變化？甲物體與水平面間的壓力如何變化？

（2）對于乙物體，保持推力F不變，增大對乙豎直向下的壓力FN，其受到的靜摩擦力如何變化？乙物體與水平面間的壓力如何變化？

（3）根據以上分析判斷如下兩種說法是否

正確？

①物體的重力越大，則物體間的正壓力就越大;

②物體間的正壓力越大，則物體間的靜摩擦力越大。

【實驗情境】教師用手豎直握住瓶子靜止不動，學生兩次從教師手中將瓶子抽出（后一次教師用更大的握力握住瓶子），體驗兩次抽瓶子的用力感受，然后教師引導學生分析原因。

評析：存在誤區4的學生認為靜摩擦力的大小會隨著正壓力的增大而增大。通過引導學生對以上兩種情形進行對比和分析，消除了學生對靜摩擦力大小認知上的誤區，如此有助于學生正確認識正壓力與重力的關系以及靜摩擦力的大小與正壓力的關系。此外，這里通過創設直觀有趣的實驗情境，還幫助學生認識了靜摩擦力和最大靜摩擦力與正壓力的關系，如此既能活躍課堂氣氛，激發學生的學習熱情，又能有效突破教學難點。

情境5：如圖4所示，確定下列各情形中A相對于B的運動方向以及A受到的滑動摩擦力方向。

（1）vA>vB;? （2）vA

（3）根據以上兩種情形分析滑動摩擦力的方向與物體運動方向的關系如何？

（4）滑動摩擦力一定是阻力嗎？

【實驗情境】把兩本書疊放在桌面上，若快速抽出放在下面的書，則放在上面的書將如何運動？做實驗驗證你的猜想，并利用今天所學的摩擦力知識進行解釋。

評析：初學者往往認為滑動摩擦力是阻力，總是與物體的運動方向相反。通過上述兩種情形的對比分析，可以有效糾正存在誤區5和誤區7學生的錯誤認知，進而可強化學生對“阻礙相對運動”的理解，讓學生認識到滑動摩擦力不一定是阻力。然后在教師的啟發下學生也意識到判斷滑動摩擦力的方向不能簡單地以物體的運動方向為依據，而應該從尋找物體相對接觸面的運動方向入手。

情境6：如圖5所示，思考以下幾個問題：

（1）圖甲中的物體A是否受到摩擦力的作

用？如果有，是什么類型的摩擦力？方向如何？

（2）圖乙中的物體B對A是否有摩擦力的

作用？如果有，是什么類型的？方向如何？

（3）圖乙中地面對A是否有摩擦力的作用？如果有，是什么類型的？方向如何？

（4）根據以上分析討論、判斷如下兩種說法是否正確：

①受到靜摩擦力作用的物體一定是靜止的，受到滑動摩擦力作用的物體一定是運動的;

②靜摩擦力一定是阻力。

【實驗情境】

（1）教師用手豎直握住瓶子做豎直向上運動，分析該過程中瓶子受到的摩擦力類型及方向？

（2）教師在桌面上均勻且平行地排放若干根摘掉筆帽的筆桿，并把兩本書疊放后靜置于其中一側的幾根筆桿上，然后用水平力往另一側筆桿方向拉動疊放在上方的書本（將書與桌面間的滑動摩擦轉化為書與筆桿間的滾動摩擦，這相當于等效減小了書本與桌面間的動摩擦因數）。然后討論下列兩種情境中下方的書在上下兩個表面處受到的摩擦力的類型和方向。

①用適中的力水平拉動上方的書，使上下兩本書保持相對靜止一起運動;

②用較大的力水平拉動上方的書，使上下兩本書一起運動但上方的書運動得更快。

評析：通過對這一問題鏈和實驗問題情境進行分析學生認識到，在摩擦力的產生中“動中有靜，靜中有動”，有的物體甚至是“動靜結合”，這不僅深化了學生對摩擦力產生條件的理解，同時還使學生對“阻礙物體間的相對運動趨勢”有了更深刻的認識，進而可理解靜摩擦力不一定是阻力，從而糾正了學生的錯誤認知（誤區2和誤區6）。

（四）教學反思

在上述教學中，筆者先以實驗情境、懸念設置引入新課，之后設計了若干個包含問題鏈或實驗活動的問題情境，情境間有層次性，問題間有梯度性，設問由易到難，由簡入深，如此可有效將學生吸引到教師預設的教學情境中，進而可促進學生積極地思考和討論。每一個情境集中解決學生的一兩個認知誤區，并啟發學生自己去糾正和補充錯誤的或片面的認知，由此可深化學生對摩擦力概念的理解。在教學中，筆者創設實驗情境所用到的器件盡可能采用生活中常見的物品，如書本、毛巾、瓶子等，這可方便感興趣的學生在課后自己進行探究。

應當指出的是，實驗情境不是問題情境的簡單組合或補充，創設適宜的實驗問題情境不僅有助于激發學生解決問題的熱情，活躍課堂氣氛，而且還能讓學生體驗到物理知識的真實感和趣味性。在實際教學中，教師應根據學生的學情從以上問題情境中合理取舍和優化，以符合所教學生的知識基礎和認知能力。

二、教學啟示

《課標》中指出教師在進行教學設計和教學實施時必須重視問題情境的創設，并通過引導學生思考和解決問題培養學生的物理學科核心素養。結合教學實踐，筆者認為在實施問題情境教學時應遵循以下幾個原則：

（一）基于學情原則。應根據教材內容和《課標》要求創設恰當、有效的問題情境，使之符合學生現有的認知水平和學習能力，并基于學生學情，讓學生在解決問題和反思中實現對知識的理解和深化。

（二）導向引領原則。問題情境的設計應體現教師的主導和引領作用。教師應掌控教學節奏，并通過精心設問，啟發學生積極思考，進而引導學生在問題的解決、反思和總結中建構新知識。

（三）承前啟后原則。設計的一系列問題應具有梯度性和驅動性，由淺入深，由易到難，循序漸進，緊密關聯，由此為學生搭建一個個問題臺階，并逐步增加思考的難度和深度，即做到前一個問題的解決有助于啟發和幫助學生解決后一個問題。

（四）聯系實際原則。盡量創設與學生的實際生活體驗相聯系的問題情境或實驗活動，情境越貼近學生的生活實際，就越能激發學生的學習興趣和求知欲望，學生的學習感悟也就越深，同時這還可使學生感受到學習物理既有趣又有用。

總之，教師應重視創設基于教材和學情的問題情境，特別是遞進式問題鏈或實驗問題情境，以引導學生在解決問題中糾正認知誤區，實現對新知識的有效建構。如此既有利于發展學生的物理觀念，又有利于促進學生物理學科核心素養的落地。

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