基于核心素養下的問題教學模式研究

繆麗嫻

中學物理課程標準已明確提出：要開展新的教學方法，培養學生的核心素養。中學物理教學的核心素養，包含物理觀念、科學思維、科學探究以及科學態度和責任四個方面，旨在通過物理教學培養能夠適應社會發展和終身發展的必備品格和能力。[1]筆者認為，物理觀念是指構成物理知識體系的物理概念、原理、定律或定理，是核心素養的第一要素，也是培養科學思維、提高實驗探究能力、培養科學態度和責任的基礎，只有完善的物理觀念，才能進一步內化知識，才能培養科學思維、提高探究能力，樹立科學態度和責任。科學思維是指解決實際問題時所運用的科學方法，它包含具有學科特征的物理研究方法以及理科學科普遍適用的思維方法;物理研究方法主要是指理想實驗法、控制變量法、比值定義法、等效替代法等，而思維方法主要是指分析、推理、判斷、歸納、總結等;實驗是物理的核心，科學探究能力更是學生實踐動手能力、合作探究能力、分析判斷能力、創新質疑能力的綜合表現;科學態度和責任是理論和實際相結合的產物，完善的物理觀念、良好的科學思維、優秀的實驗探究能力，都是為了最終建立科學的態度和責任，為現代社會創造更多的可能性和價值。

培養核心素養是物理教學的最終目標，而問題教學模式是使學生核心素養得以建立并逐步提升的方式和方法。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.[2]

本文以人教版九年級物理新課中的一節電學計算專題課——“動態串聯電路計算”為例，介紹如何在學生已有的物理知識體系的基礎上，結合實驗，利用問題教學方法培養學生的科學思維，從而達到更好的教學效果，實現培養核心素養達成的目標。

一、實驗教學導入，構建物理模型

從生活中熟悉的“酒精濃度檢測儀”入手，以情景導入的方式進入本節課，充分調動學生的學習積極性。通過展示實物圖和電路圖，引發學生思考。

問題1：觀察實物圖和電路圖，思考“酒精濃度檢測儀”起關鍵作用的是哪一個零件？

學生回答：酒精氣敏電阻。

問題2：酒精氣敏電阻起什么作用？

學生回答：酒精氣敏電阻就是阻值會隨著酒精氣體濃度變化而變化的電阻。

問題3：酒精氣敏電阻和我們之前學習過的哪一個元件類似？

學生回答：滑動變阻器。

接著通過回憶滑動變阻器的原理和作用，學生可以類比得出酒精氣敏電阻的原理和作用。為了進一步熟悉酒精氣敏電阻，接下來學生以小組合作的形式，借助現有的元件，組裝一個酒精濃度檢測儀工作原理的模擬電路，如圖1所示。

問題4：使用組裝的模擬電路，你觀察到什么現象？

學生回答：通過噴灑不同濃度的酒精，觀察到電壓表的示數在發生變化。酒精濃度越高，電壓表示數越大。

通過情景導入，利用一系列層層遞進式的問題，讓學生結合原有的知識體系，從而構建了一個基于酒精氣敏電阻的動態電路的實物模型，化抽象為具體。

圖1酒精濃度檢測儀工作原理模擬電路

二、抽象物理模型，分析電路本質

問題5：根據實驗裝置圖，畫出酒精檢測儀工作原理的模擬電路圖學生畫圖。

問題6：比較滑動變阻器的工作電路和酒精檢測儀工作原理的模擬電路，分析這一類電路的本質。

學生回答：滑動變阻器接入電路的電阻絲長度變化引起的阻值變化，從而導致整個電路其他參數的變化;酒精濃度變化引起的阻值變化，從而導致整個電路其他參數的變化。它們的本質就是動態串聯電路。

問題7：回顧歐姆定律及串聯電路電壓、電流、電阻的特點，分析變阻器阻值變小時，電路中的電流、電阻、電壓的變化;再分析變阻器阻值變大時，電路中的電流、電阻、電壓的變化。

通過兩次分析電路的訓練，學生可以總結歸納，不管變阻器怎么變，電路中有兩個量始終不變，那就是總電壓和保護電阻的阻值，從而分析得出解決動態串聯電路的關鍵就是“以不變（U總和R保）應萬變”。

三、聯系生活實際，升華科學態度

問題8：滑動變阻器通過改變接入電路中的電阻絲長度來改變阻值的元件，類似酒精氣敏電阻這一類元件是由于材料特殊，會因為酒精氣體濃度變化而導致阻值的元件，除此之外，還有如光敏電阻、熱敏電阻、聲敏電阻、壓敏電阻以及磁敏電阻等新型變阻器。那這些新型的變阻器，又是通過什么來改變阻值呢？

學生回答：不同的材料改變電阻的方式不同，有些對溫度敏感，有些對光敏感，還有對聲音、壓力、磁場強弱敏感等。

問題9：我們都在哪些地方用到了這些變阻器？

學生回答：紅外測溫儀、電熱水器、樓道開關、汽車的油量表等等。

這些變阻器在我們的生活中都有著廣泛的應用。放眼科技前沿和生活變遷，就是從生活走向物理，再從物理走向生活最好的體現。從培養核心素養的科學態度和責任出發，學習物理，更重要的是體會科學、技術和社會之間的聯系，深刻的感受物理知識為我們的生活帶來的便利的同時，也肩負起為社會發展和人類進步而學習的責任感和使命感。

四、解決計算問題，鍛煉科學思維

利用動態串聯電路的本質，解決生活中的實際問題。

問題10：結合動態串聯電路的本質“以不變（U總和R保）應萬變”，完成以下計算題。

例題1、為防止酒駕事故的出現，酒精測試儀被廣泛應用.有一種由酒精氣體傳感器制成的呼氣酒精測試儀，當接觸到的酒精氣體濃度增加時，其電阻值降低，如圖甲所示.當酒精氣體的濃度為0時，R1的電阻為60Ω.在圖乙所示的工作電路中，電源電壓恒為8V，定值電阻R2=20Ω.求：

（1）當被檢測者的酒精氣體的濃度為0時，電壓的示數是多少;

（2）現在國際公認的酒駕標準是0.2mg/ml≤酒精氣體濃度≤0.8mg/ml，當電流表的示數為0.2A時，試通過計算判斷被檢測者是否酒駕.

題目解析：這道題是屬于動態串聯電路計算的基礎題，學生通過這道題，可以學以致用，同時再一次驗證“以不變應萬變”的規律，達到熟悉此類題目考察方式的目的。

例題2、如圖甲是某電子秤的原理示意圖，R1為定值電阻，托盤下方的電阻R2為壓敏電阻，其電阻大小與托盤內所放物體質量m大小的關系圖如圖乙所示。已知電源電壓為6V保持不變，電流表的測量范圍是0～0.6A。

（1）當托盤裝滿1000g物體時，R2電阻= Ω;

（2）求定值電阻R1的阻值;

（3）若放入某物體后，電流表示數為I2=0.02A，求該物體的質量大小。

題目解析：學生拿到這類題，通過對比分析得出新型變阻器的題目是類似的。從而可以沿用例題1的思路，但是仔細讀題又發現，例題2沒有給出保護電阻的阻值大小，此時教師可以引導學生思考，“以不變應萬變”的規律還適用嗎？學生通過推理分析后會發現，定值電阻就是托盤裝滿時，對電路起保護作用的一個電阻，從而進行求解。學生通過這道題，可以進一步理解保護電阻的作用，同時明確“以不變應萬變”的規律是通用的，但是有時不變的條件不會明確給出，需要學生自行推導。

例題3、“道路千萬條，安全第一條;行車不規范，親人兩行淚。”酒后不開車是每個司機必須遵守的交通法規。甲圖是酒精測試儀工作電路原理圖，電源電壓U=6V;R1為氣敏電阻，它的阻值隨氣體中酒精含量的變化而變化，如乙圖所示。氣體中酒精含量大于0且小于80mg/100mL為酒駕，達到或者超過80mg/100mL為醉駕。使用前通過調零旋鈕（即滑動變阻器R2的滑片）對測試儀進行調零，此時電壓表示數為U1=5V，調零后R2的滑片位置保持不變。

（1）當電壓表示數為U1=5V時，求R2接入電路中的阻值;

（2）某次檢測中，電流表示數I1'=0.2A，請通過計算，判斷此駕駛員屬于酒駕還是醉駕？

題目解析：剛接觸這道題，學生容易誤解，電路圖中有兩個變阻器，難道“以不變應萬變”的規律不能用了嗎？這時教師要引導學生，仔細理解滑動變阻器的調零作用。學生通過分析交流后，不難發現，滑動變阻器調零后阻值不仔變化，也是起到保護電路的作用，相當于定值電阻。通過這道題，學生逐漸建立起了信心，也掌握了做題方法，達到了更好的學習效果。

筆者在實際教學中，以實驗教學和問題教學相結合的方式取得了非常好的教學效果。不僅解決了教學重難點，更重要的是，在情景和問題驅使下，能夠充分調動學生的積極性。通過物理模型的構建、分析、對比，讓學生構建了完善的物理觀念，同時也培養了學生的科學思維;通過小組合作組建模型，鍛煉了學生動手、觀察、記錄、分析等實驗探究能力，培養學生勇于探索、敢于求知的科學態度和責任，最終達到提高學生核心素養的教學目標。