基于“問題”情境構建主體性課堂①
——以“牛頓運動定律的應用”教學為例

耿宜宏 李桂旺 劉霽華

(1. 江蘇省前黃高級中學，江蘇 常州 213161；2. 江蘇省常州市教育科學研究院，江蘇 常州 213000)

1 問題的提出

人教版高中物理新教材的一大亮點是在每一節教學內容的前面都以“問題”欄目創設情境，以引發學生對所要學習內容的主動思考，培養學生的問題意識和提出問題的能力，但在實際的教學中，一些教師未能使“問題”欄目發揮應有的作用。筆者以“牛頓運動定律的應用”教學為例，利用真實問題情境引發學生的思考，激發學生的學習熱情，培養學生的學習興趣，與同行交流創設真實情境、構建主體性課堂、發展學生核心素養的教學實踐、感悟和反思。

2 基于“問題”情境，構建主體性課堂

“問題”情境是為解決問題而創設的生活情境、實驗情境等。基于“問題”情境構建主體性課堂，讓學生主動參與、自主探究、積極思考、動手實踐，不僅要讓學生學會知識技能，還要讓學生的創新思維和批判性思維得到發展。筆者開展了基于“學習即研究”觀點的學生核心素養培養研究，通過“問題”情境的創設，構建主體性課堂，讓情境創設成為優化課堂教學的抓手，并取得了階段性成果。

2.1 堅持課堂轉型，切實提高學生的核心素養

堅持課堂轉型，把知識傳授型課堂轉變為問題解決型課堂，把教師的簡單講解轉變為學生的自主學習、探究學習和合作學習，把知識積累型課堂轉變為核心素養發展型課堂。用真實情境引發學生學習的熱情，通過研究情境發現問題并解決問題，學生就是研究者，學習的過程就是研究的過程，該過程不惟結論、不拘形式，依據學生的認知特點，創設真實的學習情境，以問題為核心紐帶，實現學習過程的重構，通過質疑和評價，有力提升學生的核心素養。

2.2 創設真實情境，構建主體性課堂

主體性課堂是一種有生命的課堂，讓學生全身心投入到體驗和探究中，通過走進物理的具身體驗與構建模型的深刻反思之間的交互作用，通過師生間和生生間的交流，最終實現物理真實情境和物理模型的融合。主體性課堂旨在培養學生面對真實情境時發現并解決問題的能力，通過學習活動發展學生的批判性思維、創造性思維和社會交往等高階能力。

3 基于“問題”情境構建主體性課堂的實踐

3.1 教材分析

“牛頓運動定律的應用”是學習了牛頓運動定律后的一節應用課，《普通高中物理課程標準(2017年版)》的要求為：“理解牛頓運動定律，能用牛頓運動定律解釋生產生活中的有關現象、解決有關問題。”因此，本節課的教學目標如下：(1) 運用牛頓運動定律分析和解決問題，即已知所研究物體的受力(或運動情況)確定物體的運動情況(或受力)。(2) 掌握和應用牛頓運動定律解決真實問題的思路和方法，即首先對研究對象進行受力和運動過程分析，然后根據牛頓運動定律把二者有效聯系起來。(3) 初步認識牛頓運動定律對社會發展的促進作用，培養學生學科學、用科學的意識。

教材提出的情境問題為：“為了盡量縮短停車時間，旅客按照站臺上標注的車門位置候車。列車進站時總能準確地停靠在對應車門的位置。這是如何做到的呢？”引導學生把受力和運動情況聯系起來，并通過以冰壺運動和滑雪運動為問題情境的兩道例題，從受力確定運動情況和從運動情況確定受力兩個方面去感受牛頓運動定律在生產、生活中的廣泛應用。

3.2 教學實踐

以問題為核心的物理教學應以發現問題為出發點，引導學生主動參與，構建問題解決的主體性課堂。由于高鐵進站精準定位過程中的力與運動關系不夠形象化，且較為復雜，筆者對此進行了課堂重構，把研究水壺的運動改為課堂引入的情境問題，而把高鐵進站精準定位作為牛頓運動定律在生活中的應用，這樣便于學生理解力與運動的關系。

3.2.1 創設情境，提出問題，引發思考

本節為牛頓第二定律兩類應用問題的第一課時，通過冰壺和滑雪兩種運動歸納總結出兩類問題解決的思路，對教材上情境問題進行重構，通過問題鏈引發學生思考。

學生觀看視頻并思考：優秀的運動員是如何讓水壺精準定位到營壘中心的？

通過播放冰壺比賽視頻引入本節課研究的問題，學生觀看視頻后，教師提出問題。

問題1：你最關注的是什么？

問題2：冰壺的(直線)運動可分為幾個階段？

問題3：研究問題一般從簡單的開始，比賽時實際場景比較復雜，從適應性訓練的角度來看(單純一只冰壺投向“營壘”中心)，哪種運動更為簡單一點？

利用冰壺比賽視頻創設情境引導學生，研究問題應該從簡單的情況開始，構建物理模型，可先研究出手后的冰壺運動。通過設計問題鏈，促進學生深度思考，由體驗進而到解決問題。注重知識與技能的結合,讓課堂更具有學術性。

3.2.2 構建模型，自主學習，解決問題

訓練有素的運動員可以很好地控制冰壺出手時的速度，但當來到一個新的賽道時，就需要進行賽前適應性練習。為了確保贏得比賽，讓冰壺精準到達營壘的中心，需要了解哪些情況？

問題4：冰壺的出手速度多大？

問題5：冰壺以某一速度出手后，需要擦冰的長度至少是多大？

問題6：冰壺與冰面間的動摩擦因數是多少？

首先對真實情境進行簡化，構建物理模型，如把冰壺簡化為質點、把冰壺出手后的運動簡化為勻變速直線運動等。

解決思路1：已知位移x、末速度v、動摩擦因數μ，求初速度v0。

解決思路2：已知總位移x、末速度v、初速度v0、擦冰前后的動摩擦因數μ1和μ2，求擦冰的長度x1。

解決思路3：已知初速度v0、末速度v、動摩擦因數μ，求推力F。

根據真實情境提出問題，激發學生思考，利用問題鏈引導學生展開討論，尋求解決問題的思路。按知識的邏輯結構，以問題為紐帶，用研究的方式展開教學。在教學中，教師通過提供有意義的素材，讓學生發現問題、研究問題、解決問題，物理學科核心素養在研究過程中得到發展。

3.2.3 質疑評價，交流合作，促進生成

問題7：設冰壺投擲后以3 m/s的速度通過“欄線”，已知冰壺和冰面的動摩擦因數為0.02，則通過欄線后冰壺能在冰面上滑行多遠？

已知該賽場中“欄線”到“營壘”中心的距離約28 m。如練習中要使冰壺可以運動到“營壘”中心，你會建議采用什么方法？

解決方案：擦冰或增速。

問題8：設擦冰后的動摩擦因數為0.015，如果通過持續擦冰的方式讓冰壺恰好運動到“營壘”中心，則運動員從距離“欄線”多遠處開始擦冰？

問題9：冰壺質量約為20 kg，助力區寬度約為1 m，現測得離開助力區時冰壺速度約為4 m/s,試求在助力區冰壺受到的水平推力。

問題10：離開助力區后冰壺依然與運動員一起運動一段距離，然后才投出冰壺，你將如何研究這個過程中冰壺的運動？

問題7是本節課的重點，所謂重點是指在解決問題過程中，我們要設計多個合理的子問題，來實現學生的自主解決。我們當然希望本節課能在一個情境下展開，但常常是前面的情境并不能帶來新的認知沖突和我們需要解決的問題，這樣在問題解決中，就需要創設一個新的情境來激發認知沖突，否則課堂教學便又變成了教師的直接傳授。問題7的計算結果表明：并沒有使冰壺到達營壘的中心，這又引發新的問題，激發學生進一步設計方案去解決問題8、9、10。每一個問題都是小組合作逐步解決的，又通過生生之間、師生之間相互評價，形成解決問題的方案，促進知識的生成,讓課堂更具有互動性。

3.2.4 歸納總結，實際運用，拓展升華

問題11：通過問題9和問題10，你能否歸納、總結出解決力與運動問題的方法？

問題12:在冰壺比賽中獲勝的策略在生活中有廣泛的應用，請你舉例說明。

引導學生總結解決力與運動問題的方法：

(1) 已知受力情況，通過牛頓第二定律求物體的運動情況。高鐵和地鐵進站精準定位(播放筆者在高鐵站觀察高鐵進站精準定位的視頻)，是通過控制高鐵在運動過程中的受力來控制它的停車位置。導彈是通過計算機控制導彈飛行中的受力來控制其飛行的軌道，從而能精準打擊目標。

(2) 已知運動情況，通過牛頓第二定律求物體受力情況。萬有引力的得出就是牛頓第二定律在天體運動中的運用。

牛頓第二定律的應用不是拘泥于習題的訓練，而是滲透在問題假設、實驗檢驗和邏輯推理的研究過程中，在生產、生活和人們認識自然界的過程中都有廣泛的應用。

4 教學反思

堅持課堂教學改革，培養學生的核心素養是一線教育工作者的重要職責。我們需要重構教學過程，設計有品質的問題，基于問題解決，圍繞過程推進學生的學習，開展真實的研究，培養學生批判性、創造性思維等高階能力，實現核心素養的發展。

4.1 主體性課堂構建首先是教師要有課堂轉型的意識

主體性課堂的動態構建,必須是教師、學生、教材三位一體的有機契合，因此，教師首先要有課堂轉型的意識。在構建主體性課堂教學動態模式中,師生就必須換位思考。在創建主體性課堂教學動態模式的探索中,我們強調的是將學生在課堂上的主體性充分調動起來,通過創設生動活潑的具有一定思維深度、能夠實現師生互動的問題情境,讓師生互相影響,共同討論。把問題交給學生，讓學生自己去搜集資料，設計實驗方案，主動解決問題，培養學生的創新實踐能力。

4.2 充分用好教材中問題情境，引導學生關注教材

新教材為課堂教學提供了豐富的資源，這些情境問題大多源于生活的真實情境，具有真實性、開放性的特點，對學生掌握必備知識和提升關鍵能力有很大的促進作用。堅持課堂重構，用活教材，拓展資源，根據具體情況還可提供與教材問題情境相關的視頻或圖片。同時關注社會生活，從生活中選材，做日常生活的有心人。關注社會熱點，緊跟時代，開發具有時代特色的課程資源，親近學生生活實際，讓課堂與學生發生共鳴，讓問題情境具有時代性、思想性、前沿性和生活性的特征。讓學生通過真實問題的解決提升核心素養。

5 結語

課堂突出學生的主體性，把知識積累課堂真正轉變為素養發展課堂，讓核心素養的培養落到實處，這需要大家長期的共同努力。多年來，筆者一直堅持開展“基于‘學習即研究’觀點的主體性課堂重構”的實踐研究，形成課堂轉型研究的共同體，合作交流，共同提高，并取得了可喜的成果。只要我們堅持不懈，不斷總結、反思，全面提升學生核心素養的目標就一定能夠達成。