指向核心素養的初中物理問題鏈及其設計

摘" " " 要 將教學內容及知識目標要求轉化為具有關聯性、系統性和層次性的問題鏈，以“問題”驅動學生進行學習活動，在解決問題的過程中達到課程教學目標，是核心素養視域下中學物理教學的重要方式。文章詳細闡述了問題鏈的概念、層次結構及其基本特征，從深度學習的能力培養角度分析闡述了問題鏈的層次與核心素養目標的對應關系，并結合教學過程提出了核心素養視域下初中物理課堂教學的導入型、探究型和遷移型三種類型問題鏈的設計策略。

關 鍵 詞 學科核心素養" 問題鏈設計" 初中物理教學

胡森，黃坤.指向核心素養的初中物理問題鏈及其設計[J].教學與管理，2023（34）：37-40.

《義務教育課程方案和課程標準（2022年版）》的頒布，標志著基礎教育階段“核心素養”本位的教學改革已經替代“知識本位”的教學而成為主流，核心素養已成為基礎教育階段引領教學變革的重要引擎[1]。核心素養下的初中物理教學越來越注重提升學生運用物理學科思想解決問題的方法和遷移應用的能力，發展基于證據推理和模型建構的思維方式，形成內在學習動機、正確的科學態度與價值取向[2]。而問題鏈驅動的課堂教學以問題為線索，通過創設真實的問題情境讓學生帶著問題主動地思考、深入地挖掘，能有效激發學生的學習興趣、掌握學科核心知識，提升學生審辨思維、問題解決、學術意念等高階能力，是培養物理學科核心素養的重要途徑[3，4]。立足課堂本身，有效設置問題鏈，促進學生良好科學思維的形成，培養學科核心素養，這符合當前基礎教育改革的預期，為當前中學物理教學提供了新的思路。

一、問題鏈的層次及其與物理學科核心素養的關系

“問題鏈”指的是教師根據教學內容和學生已有的知識基礎，針對學生學習過程中可能產生的困惑設置一系列問題，以問題來驅動學生進行思考、圍繞問題展開討論、研究[5]。“問題鏈”通常由一組有中心、有序列、相對獨立而又相互關聯的問題構成，層次鮮明且具有系統性，問題難度一般隨著課堂教學的深入和學生掌握的情況逐漸提升。

問題鏈教學指的是將問題作為思維主線，以問題引導、驅動學生進行仔細觀察、深入思考、經歷探究、有效遷移以解決實際問題的的高階思維過程[6]。物理學是一門以實驗為基礎的自然科學，通過科學觀察、實驗探究、推理計算等形成系統的研究方法和理論體系[7]。初中物理教學內容與生活實際緊密相連，以具體事實、鮮活案例和生活經驗等引導學生完成基本物理概念的建立和規律的形成，并幫助學生將所學知識應用到實際生活中，強調知識的應用與實踐。

根據初中物理教學的特點和學生思維活動的過程，我們圍繞著“是什么”“為什么”“干什么”這三個層次進行問題鏈的設計。其中，“是什么”是問題鏈的起點，它對應著課堂的導入，以觀察描述現象、了解事實經驗、激發認知沖突等開啟物理學習活動。“為什么”是“問題鏈”設計的核心，對應著新課教學階段，也是新課教學的關鍵過程。在這一階段，學生在教師的指導下經歷探究過程，運用科學思維與方法解決物理問題，完成對物理概念、規律等的探索。“干什么”是所學知識的鞏固與應用，對應著課堂的鞏固提高階段，意味著知識的遷移與應用。伴隨著三個問題層次的推進，課堂教學逐漸進行，學生對于物理概念、規律的認識也不斷地深入，其學科核心素養也逐步在發展與養成。從課堂實施的角度來看，“是什么”“為什么”“干什么”這三個問題層次恰好對應于課堂的導入、新課教學環節和知識鞏固與應用三個環節，問題鏈的類型則對應為導入型問題鏈、探究型問題鏈和遷移型問題鏈[8]。

根據美國大企業聯合會（The Conference Board）等國外權威機構關于學習能力的剖析，結合物理學科的實際，學者們將物理學科學習能力闡釋為核心物理學科知識的掌握、批判性思維、問題解決、有效溝通與協作等四個方面[9]。不同的問題層次對應著不同層次學習能力的培養，也與物理學科核心素養中物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任四個維度的不同方面存在著對應關系（見表1）。

二、初中物理問題鏈的基本特征

結合初中物理教學的特點，從思維認知能力培養的角度歸納分析指向學科核心素養的問題鏈應具有如下基本特征[10]。

1.聚焦性

初中物理知識點雖多但相互關聯，章節內容一般都是圍繞著一個或幾個核心知識點展開。比如，人教版初中物理八年級下冊第九章“壓強”一章中，壓強是本章的核心概念，壓力、液體壓強、大氣壓強都與壓強緊密關聯，構成本章的核心內容。聚焦章節核心知識點構建的問題鏈保障了知識的系統性，有助于學生形成整體性的知識框架，從而能更加有效地形成物理觀念。教師在進行問題鏈設計時，可對章節教學內容進行分解、整合與重組，首先確定核心知識是什么，然后再明確核心知識點關聯什么，在此基礎上設計核心問題與其他問題，將核心知識點進行分層，梳理為聚焦性的問題鏈。

2.情境性

物理學源于生活和社會實踐，創設真實的物理情境有利于提升學生的學習熱情，激發其探究物理問題的興趣，幫助他們客觀地認識物理世界。在設計初中物理教學問題鏈之前，教師可以選擇一個符合教學內容的情境，可以是生活中的物理現象、新聞報道、物理學史、趣味實驗等。問題情境以既符合初中學生的認知基礎，又能引起學生震撼或激發學生認知沖突為佳。比如，“壓強”這一節的教學引入，可以采用最近的新聞報道：在某市的冰凍河面上，一名男童在冰面玩耍時不慎踩破冰面掉進河中，一名見義勇為者在冰面上平放一長木板，然后走上木板接近落水兒童并把他拉了上來。提問：為什么大人體重更重，但站在長木板上卻不會踩破冰面呢？從認知沖突入手，再引導學生逐漸建立“壓強”的概念。問題鏈的設計應符合認識逐漸上升的規律，從生活情境出發，到物理知識的解析，再到物理模型的建構，最大限度地發揮物理情境的教學功能。

3.遞進性

問題鏈下設計的系列問題從簡單到復雜，從現象到本質，從理論到應用，從低階思維向高階思維遞進，循序漸進地促進學生的物理學習。問題與問題之間結構層次分明并有充分的銜接，形成環環相扣、問問相聯的問題鏈。比如，在“大氣壓強”這一節的教學中，為驗證大氣壓強的存在，教材采用了覆杯實驗。教師采用空杯和裝滿水的杯子進行對比實驗，同時提出如下問題：將硬紙片平放在玻璃杯口，用手按住再倒置過來，松手以后可以發現什么現象？將杯中裝滿水，仍然用硬紙片蓋住玻璃杯口，用手按住并倒置過來，如果松手又會發生什么現象？觀察完現象之后，提問學生，現象產生的原因是什么呢？是什么力使得裝滿水的玻璃杯口下的硬紙片不會掉下來呢？在這樣的問題鏈中，不斷激發學生的思考，讓其學會分析真實情境的方法，體驗分析與解決問題的思維過程，提升進行情境遷移、解決物理問題的能力。

4.探究性

科學探究學習是提高學生學科核心素養的一種重要而有效的途徑。通過問題鏈，引導學生對物理規律和現象進行深入探究，經歷科學探究過程，掌握科學思維方法與能力，提升學科核心素養。這些問題圍繞科學探究的要素而設計，通常會涉及問題的提出、方案的設計、實驗數據的分析和解釋等。比如，在探究“影響滑動摩擦力大小的因素實驗”時，教師可以設置如下問題：觀察生活實例，猜想滑動摩擦力大小可能與哪些因素有關？如何設計實驗來探究滑動摩擦力的大小與這些因素的關系？你認為實驗結果說明了什么？得出了怎樣的結論？還有哪些需要進一步討論的問題？通過問題，引導學生自主、獨立地發現物理問題并開展探究活動，以達到鍛煉思維、發展智力、促進學生不斷構建自身知識結構、提升科學探究能力的目的。

三、基于核心素養的初中物理課堂問題鏈設計

基于上文對于問題鏈層次結構和初中物理教學特點的分析，按照初中物理課堂教學過程的推進，問題鏈的設計可以分為導入型、探究型和遷移型三種類型。

1.以“問題—情境”為策略的導入型問題鏈

課堂伊始，教師以“問題—情境”策略（如圖1）創設導入型問題鏈，聚焦問題層次中的“是什么”。它旨在引導學生通過觀察自然現象、生活實例和課堂演示實驗等，讓學生進入與本節課所要學習的主題相關的場景，達到認識物理問題的起點。問題描述的場景應當有一個顯著的特征，即包含與學生已有的認識、觀念相沖突的事件。學生走進物理課堂之前，大部分物理知識基于生活經驗已經存在，導入型問題描述的情境通常源于學生的已有生活經驗和認知層次，有意設計出乎意料或者以往的經驗無法解釋的現象，以此讓學生產生新、舊知識結構間的認知沖突，激發學生的好奇心和求知欲，為接下來接受新知識做好準備。導入型問題鏈圍繞著“是什么”的問題層次展開，其提問模式通常為：觀察到了什么（與事實經驗相符的現象）？為什么（學生可通過舊知識結構解釋的問題）？又觀察到了什么現象呢（通常為事實經驗相悖的現象）？為什么會產生這些現象（本節內容將要學習探究的內容）？

導入型問題鏈可有效明確和聚焦物理學科中的核心概念和問題，引導學生通過語言描述現象，運用科學思維來解析問題且產生新的疑惑，促使學生建立新舊知識之間的關聯和新知識體系的創建，并且可以讓學生意識到物理學科對于解釋自然現象和解決實際問題的社會價值和意義。從物理學科核心素養的培養來看，導入型問題鏈能幫助學生建立物理知識體系，初步培養學生的物理觀念。

2.以“建構—歸納”為策略的探究型問題鏈

課堂教學中，基于“建構—歸納”策略（如圖2）創設探究型問題鏈，幫助學生厘清問題層次中的“為什么”。學生意識到前認知的不足，且明曉學習任務后，隨即進入物理問題解決分析階段。根據新課標、新課改的要求，此階段倡導以科學探究的方式進行教學。為加速學生同化或順應的認知過程，教師需根據物理學科知識間的聯系和學生的認知邏輯對探究學習內容進行解構，設計出有邏輯關系、有任務驅動的探究型問題鏈，建立物理概念，呈現物理規律。探究型問題鏈引導學生挖掘知識背后的內在聯系，體驗科學探究過程，發展科學探究技能，并在科學探究中歸納、總結得到結論，從而建構新的知識體系。

探究型問題鏈為學生搭建從“浮于問題表面的淺層理解”狀態進入到“理解深層次規律”狀態的階梯，驅動學生經歷科學探究的全過程。在此過程中，學生領悟科學研究的思維與方法，發展科學探究相關能力，體驗科學探究的樂趣，養成實事求是的科學態度和勇于創新的科學精神。可見，科學探究是幫助學生達到“透過現象看本質，搞懂問題核心”學習狀態的有效途徑。

由于探究主題不同，其提問模式也會有所區別。接下來以初中物理“流體壓強與流速關系”一節為例來說明探究實驗和問題鏈的設計。為更形象直觀地探究氣體壓強與流速關系和解釋物理原理，課堂中設計吹風機吹管中小球的實驗，以探究“氣體壓強與流速的關系”（如圖3）。

實驗探究過程：在平放于桌面兩端開口的透明玻璃管左端放置一個小球，用吹風機在右端垂直于管口方向向下吹風，觀察小球的運動情況，如圖3（a）所示。然后在從上到下并排的三個玻璃管中分別放置小球，在最上端玻璃管右端垂直于管口方向向下吹風，觀察三個小球的運動情況，如圖3（b）所示。

問題鏈設計：一根管中放置小球，在吹風機吹風時，管內小球如何運動？小球為什么向右端運動呢？小球所受力的情況如何？為什么空氣對小球左側的壓力大于右側？為了能進一步研究氣體壓強與流速的關系，實驗方案該如何設計？為什么要用到三根玻璃管？吹風機吹風時，管內三個小球如何運動？三個小球都會向右端運動，但飛出先后順序為何不同？哪個小球所受向右的合力最大？最上端和最下端管口處吹風的速度哪個大，壓強哪個大？氣體壓強與流速之間的關系是什么？一連串的問題鏈突出了實驗方案的設計思路，驅動了學生的探究過程，引導了學生從物理現象的觀察到物理原理的思考，再到物理結論的形成。

3.以“整合—應用”為策略的遷移型問題鏈

完成新知識的學習后，以“整合—應用”為策略（如圖4）創設遷移型問題鏈，旨在幫助學生進行知識的遷移與應用，回答的是問題層次中“干什么”的問題。在完成對知識的自主建構后，學習的活動并未結束。義務教育物理新課標提出，初中物理應“從生活走向物理，從物理走向社會”，即要求學生能綜合應用所學知識、做到學以致用。同時，這也是檢驗學生是否達到了真正的理解知識，達到“理解深層次規律”狀態的指標。要使學生達到這一目標，遷移型問題鏈的設計十分重要。它不僅可以幫助學生將新知識用于解決物理問題、加深對知識的理解，還能將知識自行拓展、遷移至新的問題情境。遷移型問題鏈圍繞著知識能“干什么”而展開，通常可采用以下問題形式：所學知識生活中有哪些應用，能解決什么實際問題（提供問題實例）？能否設計一個與所學相關的科學實驗（培養學生應用知識進行科學實驗設計的遷移能力）？能否列舉與所學知識相關的自然現象（培養學生應用知識進行解釋自然現象的遷移能力）？

遷移型問題鏈的設計旨在幫助學生建立在不同的問題之間的聯系，找到問題的共性和本質，進而將所學知識進行整合，形成系統完整的知識體系。由于在解決遷移型問題的過程中綜合運用了科學思維和科學探究的方法，促進了學生創新能力和批判性思維的發展。此外，學生通過分析、總結與反思，養成良好的科學態度和責任感，形成良好的物理學科核心素養。

綜上所述，在核心素養視域下，問題鏈驅動的初中物理教學是一種高效的教學方式。它不僅激發學生的學習興趣和探究欲，提高他們的科學思維能力和解決問題的能力，同時還培養學生的科學態度和責任感，幫助他們形成正確的科學價值觀。學生在掌握物理知識體系的同時，也在思維、思想、認知等學科核心素養方面得到了培養，從而有效地促進學生物理學科核心素養的提升。在未來的研究中，可以進一步探討在具體的課例中如何更好地將問題鏈設計與學科核心素養教學目標相結合，更好地在中學物理不同課型的教學中加以應用與實踐，更有效地促進學生核心素養的發展。

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【責任編輯" 孫曉雯】