基于問題解決模式的高三物理復習課例研究

周倩 張偉

摘 ? 要：以《普通高中物理課程標準（2017年版）》和問題解決理論為指導，通過實驗導入、梳理知識脈絡、提取知識解決問題和小結四個環節，設計符合學生認知發展水平的教學流程，開展以學生為主體的物理復習課教學，幫助學生建構系統的知識框架，訓練解決問題的策略和方法。以“帶電粒子在電場中的運動”復習課為例，結合過程性評價證明問題解決模式提升學生的知識建構能力，使學生掌握問題解決的策略和方法。

關鍵字：問題解決；學習策略；復習課；課程設計

1 ?問題解決模式的課例研究背景

《普通高中物理課程標準（2017年版）》指出，普通高中的培養目標是進一步提升學生綜合素質，著力發展核心素養，使學生具有科學文化素養和終身學習能力，具有自主發展能力和溝通能力[ 1 ]。而高中物理課程作為普通高中自然科學領域的基礎課程，旨在進一步提升學生的物理學科核心素養。作為高三物理教學的常態課型，復習課要以提升學生核心素養為目標開展教學研究。

在傳統的復習課教學模式下，教師往往會直接將解決問題所需要的知識和解題步驟呈現給學生，學生被動地接收信息，思維活動少。當“換湯不換藥”的練習出現時，學生會有“似曾相識”卻又無從下手的挫敗感，導致傳統式教學效果不佳。因此，新課程提出要改變傳統式教學方式，提倡問題解決教學模式。在教師的有效引導下，學生選出恰當的方式去精選、排列、組合解決問題所需基本技能的過程叫做問題解決[ 2 ]。問題解決與傳統教學的主要區別在于問題解決是以學生為主體，學生經歷主動發現問題，解決問題的過程。下面以問題解決理論為指導，開展高三復習專題課，并以“帶電粒子在電場中的運動”教學為例說明問題解決模式下的教學方案可有效提升學生的核心素養。

2 ?基于問題解決模式的課例設計

問題解決模式教學設計中，教師會遇到比傳統備課更多的問題：如何激發學生的學習動機？如何確定課時的教學目標？如何檢測學生是否達到教學目標？如何結合情境讓學生經歷主動探究？如何從生產生活中提取適合的資源進行問題情境創設？教師需逐一解決上述問題，形成有效教學活動方案。

2.1 ?從學習動機來看

問題解決強調教學中利用情境或實驗引導學生發現并提出問題激發學習動機，保證學生有活躍的思維活動。根據馬斯洛的需求層級，認知需要有自我實現價值，已不屬于缺失需要范疇，故在高三第二輪復習課中出現的問題，要求學生產生強烈的動機是不現實的。問題解決模式教學中教師可創設符合學生身心發展或貼近生活的情境進行課堂導入，這種做法有利于激發學生的求知欲，充分保護學生學習的積極性，養成探究、分工與合作的良好學習品格，訓練學生的發散性思維，從而有效發展學生的科學核心素養。

2.2 ?從教學過程和方法來看

教學設計服務的對象為高三結束一輪復習的學生，授課班級是物化地及物化生組合班。這群學生特點是：總體上掌握基礎的概念和規律，但知識零散尚未形成體系，部分學生的學習熱情一般，科學思維素養也需進一步提高。具體來講，學生清楚的概念和規律有：勻變速直線運動、平拋運動、電場力做功、動能定理以及動量定理；能應用牛頓第二定律來解決基礎問題，知道“化曲為直”的方法。尚待解決的問題是：多數學生各個概念和規律零散孤立，沒有清晰的知識脈絡，無法選擇有效的策略來解決新情境中的問題。

問題解決式教學在學情分析的基礎上，進行知識梳理、練習把概念和定理技能化。過程中充分尊重個體間的差異性，因材施教。有的學生是概念規律還不熟悉，有的則是從自我認知結構中挑選求解問題的物理規律并進行排列、組合的方法不熟練。教師可以通過過程性評價，了解到每個學生掌握知識和選取問題解決方法的有效程度，進而根據學生的學習差異有意識地開展分層指導。最后，利用新問題的解決加強學生對某一類情境的把控力，根據情境的特征選用學習策略和方法，提升問題解決能力。

2.3 ?從教學目標的設置與檢測來看

以“帶電粒子在電場中的運動”教學為例，設計如下教學目標：

（1）物理觀念：通過教學進一步加深對力與運動的認識，將零散孤立的知識梳理成系統的內容，發展運動與相互作用的觀念。能靈活提取這些知識解決帶電粒子在電場中的加速和偏轉問題。

（2）科學思維：通過類比、控制變量、分析與推理等方法對帶電粒子在電場中的運動進行建構，找出規律、形成物理模型；在新的情境中運用科學推理，對綜合性問題抽象成所建構的模型進行問題解決。對研究的問題進行描述、解釋和預測，逐步培養學生批判性思維意識，能從不同角度思考問題，訓練發散性思維。

（3）科學探究：創設實驗，引導學生面對真實情境，通過課堂互動，自主提出問題、依據合理猜想、獨立分析推理、合作討論交流、總結方法策略、進行知識遷移。

（4）科學態度與責任：在生成知識體系和運用解題策略的過程中，學生感受到力與運動內在統一性，認識到STSE的關系，保持對科學的好奇心和求知欲[ 3 ]。

在問題解決式教學中復習課是否達到相應的教學目標，可借助過程性評價檢測。筆者在教學課例中參考近年具有典型電場特征的高考題，改編成建構式題型。學生在解決建構式題型時需要組織語言回答，表達和思路在課堂上暴露給教師，教師就可以根據學生的表現及時調整教學進度和目標。這種有機模式把學生的核心素養是否得到提升變得可被觀察、能評價。這也是問題解決模式對傳統教學模式的重要改善。

3 ?基于問題解決模式的教學實踐

基于問題解決模式，對帶電粒子在電場中的運動進行第一課時的教學實踐。教學流程如圖1所示。

3.1 ?實驗導入

在課堂引入部分，通過簡單的實驗學生將實際情境轉化為可探究的問題，訓練科學思維；在觀察、操作和思考時深化對運動與力的理解，促進大概念的生成。在課例中，師生互動演示只在重力作用下如何使小球做直線運動和曲線運動，學生認真觀察演示學生的動作。在學生進行操作和觀察的同時，教師簡化模型和作圖，得出物體做直線運動和曲線運動的條件為初速度與合力方向是否在同一直線上。導入部分體現了問題解決教學模式的特征之一是通過常規的情境提出非常規問題，激發了學生的學習動機。

3.2 ?知識建構

學生對重物在重力場和帶電粒子在電場的比較中，基于大概念力與運動的關系，進一步發展運動與相互作用觀；通過討論、解決典型問題帶電粒子在勻強電場運動的過程促進科學思維素養的發展。通過進一步設問促使學生思考、體會到力與運動內在的一致和諧性，生成大概念的知識體系。該過程體現了問題解決教學模式的特征：學生經歷“分析”“綜合”的思維活動。

3.3 ?知識應用

形成知識框架后通過一定的練習將概念和定理技能化。首先引導學生根據受力判斷運動情況，強調力與運動的關系及物體做直線運動的條件。加以拓展，結合前面的分析策略，用物體做曲線運動的條件解決問題，提升舉一反三的能力。

例如改編題1：（2017年上海卷改編）如圖2，一個系著輕繩的帶電小球在重力場和勻強電場的共同作用下處于靜止狀態。不考慮空氣阻力，當輕繩斷裂后，小球可能做什么運動？進一步提問：若給小球垂直輕繩方向速度時輕繩突然斷裂，小球又會做什么運動？

學生根據“給定”的情境在解決問題過程中利用已有知識，把初始物理情境分階段逐步轉化為目標狀態。在學習過程中不僅再次梳理了帶電粒子在電場中的偏轉知識，而且經歷了提出問題、分析問題和解決問題的科學探究過程，體現了問題解決教學的本質：利用科學方法解決問題，并有新的學習結果出現。

例如改編題2：（2020年浙江卷改編）如圖3，電子以一速度沿兩塊平行板的中線射入偏轉電場，已知電子質量m，電荷量e，板長l，間距d。若電子恰好從極板邊緣射出電場[ 4 ]，由以上條件可求出哪些物理量？

最后，通過觀察學生對作圖題的解答，教師能夠大致把握學生對知識的理解應用以及選取問題解決方法的有效程度，進而根據學習差異開展分層指導。引導無從下筆的學生思考電子在電場中做什么運動，得出類平拋運動，因此軌跡是拋物線。再請正確作圖的學生來講解作圖的知識要點（數學知識拋物線的應用或者相同時間比側向位移）。由于電場方向的不確定性，學生作圖不盡相同，通過分享作圖思路訓練學生的綜合、創新能力。

例如改編題3：（2021年全國卷改編）如圖4，甲、乙、丙、丁四個帶電粒子先后以相同的速度從坐標原點向x軸正方向射出。空間存在與y軸平行的勻強電場。帶電粒子的電量和質量分別為甲（+q，m）、乙（-q，m）、丙（+q，2m）、丁（+3q，3m），不計重力，描繪出粒子運動軌跡。

4 ?基于問題解決模式的教學反思

以學生為主體的問題解決式教學倡導學生對知識進行主動探索和意義建構。系統化知識是學生解決問題的基石，教師在復習課中基于大概念展開教學可有效幫助學生建立知識體系；同時，在情境化試題中引導學生應用類比、強方法、逆推等進階學習策略，能有效提升學生的問題解決能力。因此，一節高三復習課應有兩個重要教學目標：一是學生建構系統的知識框架，二是學生掌握解決問題的策略。這種問題解決式教學模式對傳統的依賴教輔、學生主體地位缺失的教學現狀有積極作用。

本節課例從學生的課堂表現和作業反饋來看，學生對實驗很感興趣，激發了一定的學習動機；基于大概念展開的知識梳理和由淺入深的課堂訓練，對建構知識框架和習得問題解決的方法兩大類教學目標有促進作用。對于學習能力更好的學生來說，還可以嘗試結合情境，自問、自答、自解。不足之處在于信息技術的融合不夠到位，導致課前學情分析、課中檢測、課后作業評析以及課內板書占用的時間過多。為了更好地進行學情診斷、課堂時間有效分配以及師生實時互動，應合理利用信息技術支撐課堂。

參考文獻：

［1］ 中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2020：5.

［2］ 陳剛.物理學習與教學論[M].上海：華東師范大學出版社，2019：133-134.

［3］ 鄧志文.基于學生認知整合發展的高中物理復習課課例研究——以“牛頓運動定律”復習課為例[J].中學物理，2020，38（7）：12-16.

［4］ 陳慶賀.例析帶電粒子在電場中的運動[J].教學考試，2021（4）：67-70.