基于核心素養的問題情境在高中物理教學中運用的策略探討

由業甜 張金良 高正球

(1. 揚州大學物理科學與技術學院,江蘇 揚州 225009;2. 江蘇省邗江中學,江蘇 揚州 225125)

1 引言

2019年6月,國務院在《關于新時代推進普通高中育人方式改革的指導意見》中提出：“積極探索基于情境、問題導向的互動式、啟發式、探究式、體驗式等課堂教學的教學方式”。《普通高中物理課程標準(2017年版)》(以下簡稱新課標)也多次提到情境教學對培養學生的核心素養具有重要意義。情境教學是當今高中物理教學中常用的教學方式,它具有形真、情切、意遠、寓理等特點。只有將知識融入情境之中,作為學生學習的重要載體,才能更好地促進他們理解和消化知識,而且知識的情境化同時也是知識活化的重要途徑。在新時代,為了落實國家及新課標對高中物理課堂教學的要求,在教學實際中,必須將問題情境教學與物理核心素養四個方面有機地相結合,才能更好地提升學生的核心素養。

2 問題情境教學與物理學科核心素養的聯系

問題情境教學與物理學科核心素養的四個方面存在密切聯系,問題情境教學的實施為培養學生的核心素養提供了途徑。

2.1 問題情境是物理觀念教學的入口

“物理觀念”是核心素養的基礎內容,是指不斷地通過物理的學習與實踐,在學生頭腦中形成的對所研究物理對象的總體、綜合的認識。新課標特別強調將真實情境作為學生學習知識的重要載體,只有將知識融入情境之中,才能為學生正確認識抽象的物理概念和物理規律奠定基礎。因此,在教學過程中,創設符合學生認知特點的問題情境作為概念教學的切入點,對于學生形成物理觀念具有促進作用。

2.2 問題情境是科學思維訓練的平臺

“科學思維”是物理核心素養的核心內容,學生通過科學思維探索并揭示事物的本質和規律,研究事物之間的相互作用和相互聯系。科學思維不僅具有抽象性和概括性,還具有邏輯性和系統性,[2]而邏輯思維、推理路徑往往隱藏在問題背后,在高中物理教學過程中,通過問題情境這一抓手,建構學生思考問題的平臺,將學習的知識點連成線再連成面,在問題情境的背后呈現更大的思維空間,從而培養學生綜合思考問題的能力,進而更好地發展他們的科學思維能力。

2.3 問題情境是科學探究的導引

“科學探究”是人們探索和了解自然、獲得科學知識的主要方法,是物理教學中的重要手段。情境教學側重于提高學生主觀能動性,側重于發展學生的獨立思維和探究能力以及創新能力。在物理教學中,通過創設開放性的問題情境使學生產生疑難困惑,引導學生發現和提煉問題,根據情境對問題的答案進行猜想或預設,運用已有知識制定解決問題的探究計劃,通過實驗探究或理論推導,總結出物理規律。可見,創設真實而有價值的問題情境,對于培養學生的科學探究意識、分析論證的能力以及交流合作的能力具有重要作用。

2.4 問題情境是科學態度與責任培育的基礎

“科學態度與責任”是指學生通過知識學習正確認識科學本質,激發學生探索物理問題的求知欲,培養學生實事求是、追求創新的科學態度以及遵守道德規范并促進社會可持續發展的責任感。學生科學態度與責任培養目標的達成離不開問題情境,在教學中,教師可以圍繞教學內容,創設各種各樣的問題情境,讓學生身臨其境,讓學生在進行觀察、感受、體驗的基礎上,在廣泛與生活和社會實際的聯系中,在動腦、動手、發現問題、分析問題和解決問題的過程中,養成科學態度，樹立社會責任感。

3 高中物理問題情境教學策略

筆者基于核心素養培養目標,分別從物理核心素養相應的四個方面出發,探索并提出在高中物理教學過程中問題情境運用的可操作性策略。

3.1 提煉身邊問題,幫助學生形成物理觀念

通常物理概念教學是以教師講授為主,學生不僅感到枯燥無味,而且在被動接受新的物理知識后不能完全理解其背后的深層含義。要改變這種狀況,可以應用問題情境教學。需要注意的是,學生在學習物理概念之前頭腦中對物理現象已經形成一些基本常識,若要將學生以往的生活經驗轉變為正確的物理觀念,需要對學生所觀察的生活現象進行重新加工。在物理概念教學中,通過創設與學生原有觀念和生活經驗不一致的問題情境,激發學生研究的熱情。例如,在“牛頓第三定律”教學時,可以在課堂上創設“拔河比賽誰會贏”這樣的問題情境幫助學生理解作用力與反作用力的概念:

情境1:讓一名比較強壯的男生和一名比較瘦小的女生到講臺前面進行拔河比賽。事先設置好越界線,然后兩名同學微向下蹲,同時向前伸出一只手握住對方,開始比賽,雙方同時發力,雖然能感覺到女生也在用力,但在男生的拉力作用下,女生的腳相對地面發生滑動,越過橫線,輸掉比賽。

提出問題:男生取得勝利的原因是什么?是因為男生的力氣比較大嗎?此時大多數學生會由于日常經驗,認為男生贏得比賽的原因是男生的力氣大。

情境2:讓男生站在滑板上再次與女生進行拔河比賽,結果男生被拉過橫線,輸掉比賽。

提出問題:為什么男生第二次會輸掉比賽?第一次男生取得勝利是因為男生拉女生的力比女生拉男生的力大嗎?那第二次呢?此時學生產生疑惑,緊接著組織學生討論,讓各小組代表發表看法,教師給予指導。

情境3:讓男生依舊站在滑板上與講臺進行“拔河比賽”,結果發現講臺未被拉動,男生卻向前滑動。

提出問題:男生為何會“輸給”講臺?講臺是如何對男生產生力的作用呢?同學們能不能揭開其中的奧秘?學生深入分析問題情境,在教師引導下得出結論。

通過以上問題情境,幫助學生樹立相互作用的物理觀念。第一個問題情境意在激發學生的好奇心和求知欲。第二個問題情境意在暴露問題核心,糾正學生錯誤的前概念。第三個問題情境則引導學生進行受力分析,解釋拔河比賽的奧秘。通過創設一系列問題情境,激發學生的認知沖突,幫助學生理解作用力與反作用力的概念,使得物理概念教學不再停留于書本知識上,而是變得更加豐富有趣。

3.2 注重邏輯推理,提升學生的科學思維能力

教師在物理課堂上為了讓學生深入理解某一概念或者規律而創設的以思考和討論為主的問題情境,能引起學生進行思考、建模、推理、論證、總結等有效的思維活動。開展有效的問題情境教學要符合情境創設的原則,根據課標的內容與要求,創設符合學生思維發展特點的問題,也就是說問題的設置要有梯度,按照邏輯關系逐步遞進,引導學生層層深入、不斷研究,透過現象看本質,培養學生勤于思考、堅持真理、勇敢質疑的品質,促進學生科學思維能力的提升。例如在“平拋運動”的教學中,教師可以創設有關射箭的問題情境。在課前,為學生準備鉛筆(代替箭)、橡皮筋、畫有靶心的紙板等,讓學生體驗射箭的情境。

創設情境:使鉛筆水平，與靶心相隔一段距離且處于同一高度,將鉛筆置于拉伸的橡皮筋上，筆尖瞄準靶心,當鉛筆水平射出的同時,釋放靶心,使其做自由落體運動,讓學生觀察之后的現象。

教師根據情境設置問題串，讓學生進行思考:(1) 鉛筆運動的初速度方向是怎樣的?(2) 在整個過程中,鉛筆的運動軌跡是怎樣的?(3) 畫有靶心的紙板做什么運動?(4) 鉛筆和靶心的初速度方向不同,為什么鉛筆能正好射中自由落下的靶心?

教師利用射箭的情境,對平拋運動的知識點進行問題設計,教師通過創設由淺入深、層層遞進、具有邏輯結構的問題串,讓學生進行探究,不僅培養了學生的觀察能力,而且也提升了學生的科學思維能力。

3.3 引導猜想、實證研究,提高學生的科學探究能力

問題是科學探究的動力和起點,發現和提出問題作為科學探究的第一核心要素,本質上可以理解為在學生頭腦中產生的困難或疑惑,將這種疑惑轉化為物理問題進行探究,需要證據、解釋和交流等一系列活動緊跟其后。在科學探究教學中,教師創設能使學生產生疑難困惑的問題情境,使學生發現問題、提出問題、做出猜想假設,重視學生從發現問題到形成可探究性物理問題的論證過程,同時也培養了學生的科學探究能力。例如在“探究感應電流產生的條件”教學中,教師可以創設這樣的問題情境:準備一個連有線圈的發光二極管,這個二極管也和另一個線圈相連接。

問題1:如果不給二極管接通電源,它能發光嗎?

此問題根據學生原有的認知,學生會回答：不能發光。此時教師將連有線圈的二極管靠近另一個通有交變電流的線圈,二極管發光了。

問題2:為什么二極管發光了?

此問題意在引導學生回憶初中學習過的感應電流的相關知識。

問題3:在初中我們所學的產生感應電流的條件是什么?

此時教師再用實驗重現問題情境,線圈中有電流通過,線圈會產生磁場,但與二極管相連接的線圈并沒有做切割磁感線的運動,也產生了感應電流。

通過以上的問題情境引起學生的思考,學生得知這與初中學習的“感應電流的條件”有所不同,然后再組織學生進行分組實驗探究,設計實驗方案,同時教師予以指導,學生進行合作交流,最后總結歸納出實驗結論。

在科學探究的過程中,創設的物理問題情境要能夠激發學生的探究興趣和求知欲望,重要的是要創設便于發現問題的問題情境,引導學生在實際的問題情境中發現與探究主題密切相關的問題,通過科學探究過程,讓學生對知識進行分析引伸和邏輯展開,促進師生的交流互動,提高學生自主設計探究方案、獲取證據以及對科學探究過程進行交流和反思的能力,更好地發展他們的科學探究能力。

3.4 鼓勵質疑求真,養成學生的科學態度與責任

學生科學態度與責任的養成是“潤物細無聲”的,是在知識的學習、科學思維和科學探究能力培養的過程中逐步形成和深化的。教師在教學中,除了講授一些物理學史和科學家的事跡以引起學生的情感共鳴之外,還應該在課堂上合理開展問題情境教學,啟發學生的思考。例如在“自由落體運動”教學中,可以通過創設情境提出問題，亞里士多德指出: “重的物體比輕的物體下落得快”,真是這樣的嗎?影響物體下落快慢的因素是什么呢?設置這一問題情境的目的是為了引起學生大膽質疑大學者,讓學生自己動手驗證,體會科學本質。然后再提出問題:伽利略就曾對亞里士多德的觀點產生疑惑,他是如何質疑的呢?通過伽利略研究自由落體運動的物理問題情境,引導學生體會伽利略嚴謹的科學態度、不畏權威的探索精神,養成科學態度。

問題情境教學不僅存在于課堂之上,還可以延申到課外活動之中,讓學生走出課堂認識科學、技術、社會、環境的關系,在學中用、在用中學,加強交流合作,形成團隊意識,才能有效強化學生的道德規范,讓其懂得自身肩負的歷史使命,從而養成他們的科學態度與責任。

4 結語

核心素養的培養離不開問題情境的創設,在高中物理課堂中運用問題情境教學,可以激起學生探索未知世界的欲望,喚醒學生內在的學習動機,還可以為學生提供一個輕松、愉快的學習環境,增進師生之間的互動交流。這樣不僅有助于發揮學生的學習主體作用,促進學生自主學習,而且在增強學生的綜合素質、提升學生的物理學科核心素養、提高物理教學質量等方面起到積極作用。