問題驅動下高中物理“教—學—評”一體化實施路徑

摘 要：問題驅動式一體化教學強調以問題為核心，通過“教—學—評”一體化教學設計促進學生主動學習，包括創設情境提出問題、分析問題和解決問題、總結反思和評價等三個階段，旨在通過理論與實踐相結合，為教育工作者提供問題驅動式“教—學—評”一體化教學的有效參考。

關鍵詞：高中物理；問題鏈；“教—學—評”一體化；教學路徑

中圖分類號：G63 文獻標識碼：A 文章編號：0450-9889（2024）35-0132-04

作者簡介：莫海松，1968年生，廣西博白人，高級教師，主要研究方向為高中物理教育教學。

在科學探究的框架下，問題扮演著核心角色：學生需借助物理觀念來識別問題，運用科學思維剖析問題，在細致的觀察和實驗中探究問題，直至得出結論。因此，在高中物理課堂上，問題構成了教學內容的關鍵要素。一節物理課通常會涉及多個問題，而解決這些問題的過程正是學生獲取知識的重要途徑。但是如果忽視了問題之間的內在聯系，學生的學習體驗可能會變得碎片化，進而阻礙其思維能力的全面發展。為了有效應對這一挑戰，問題驅動教學法應運而生。在此教學模式下，教師應預先進行周密的分析與設計，將問題依據其內在邏輯進行串聯，形成一條連貫的問題鏈，以此優化教學流程，提升學生解決問題的能力。

一、問題驅動式“教—學—評”一體化教學的內涵

問題教學法，源自蘇聯教育心理學家馬丘什金與馬赫穆托夫等人的發展性教學理論和教學方法，其思想根源可追溯至古希臘哲學家蘇格拉底的對話式教育傳統。在這一教學模式中，教師精心構建問題情境，以此為驅動，引導學生在探索解決問題的路徑中自然而然地習得新知。這一過程涉及學生思維遞進的五個階段：起始于問題情境的設定與問題的明確提出；繼而是選擇并運用問題解決策略；隨后是探索并確定解決方案；緊接著是實施解決方案及其基本原則；最后是對提出的解決方案進行驗證與反思。問題教學法的精髓，在于其鼓勵學生在教師的悉心指導下，自主探索如何高效解決對他們而言全然陌生的問題。在此過程中，學生不僅將以往所學的知識進行獨立遷移，用以探索新知和從事創造性活動；而且通過親身實踐，直接積累學習活動的寶貴經驗。這種方法不僅強化了知識的應用能力與實踐能力，而且促進了學生獨立思考能力、問題解決能力及創新能力的發展。

問題驅動式“教—學—評”一體化物理教學以問題為核心，將物理知識與實際問題緊密結合，通過情境化、生活化的教學設計，引發學生的好奇心和求知欲，激發學生思考和探索的欲望。在這種教學模式下，學生不再是被動地接受知識，而是積極主動地探索問題、分析問題、解決問題，從而更深入地理解和掌握物理知識。該教學模式強調問題的連貫性和整體性，通過構建問題鏈條，將分散的知識點串聯起來，形成系統的知識體系。這有助于避免知識的碎片化，促進學生思維的連貫性和系統性發展。同時，問題驅動式教學模式注重學生的實踐操作和團隊合作，通過小組討論、實驗探究等方式，增強學生的實踐能力和團隊協作能力。

二、問題驅動式“教—學—評”一體化教學的實施路徑

（一）創設情境提出問題

問題教學法的核心在于精心創設問題情境。通過設定情境與任務，可以激發學生的思維活動，完美契合了學生的心理認知發展路徑，為學習之旅奠定了堅實的基礎。在創設問題情境時，教師要緊密圍繞既定的教學目標，同時考慮學生已有的知識框架和學習任務的難易程度，靈活調整情境的引入方式。教師可以采用意外、沖突、反駁等多樣化手段構建問題情境，設計實踐導向或與學科相關的課題任務。

例如，在教學“機械能守恒定律”時，教師可以創設真實的情境或模擬情境，引發學生思考。這些情境既可以是貼近生活的具體場景（如過山車行駛、兒童滑滑梯），又可以是精心設計的模擬實驗（如小球在斜面上的滾動實驗）等。在這些生動的情境中，教師巧妙地拋出一個或多個與機械能守恒定律息息相關的問題，以此激發學生的好奇心，點燃他們探索未知的欲望。此外，在必要時，教師可以將一個復雜的問題任務巧妙地拆解為幾個連續的、遞進的小問題，以降低學生學習的難度，引導學生逐層深入探索解決問題的方法。

（二）分析問題和解決問題

在成功構建問題情境之后，教師隨即引導學生借助討論、實驗操作、細致觀察等手段，深入探索問題的答案。在這一探索過程中，教師鼓勵學生勇于提出個人假設，然后自主設計實驗流程，精心收集并分析數據，最終提煉出科學結論。以探究機械能守恒定律的概念為例，它不僅深刻揭示了自然界能量轉換與守恒的普遍法則，而且為學生后續探索動量守恒定律、能量守恒定律等高級物理定律奠定了堅實的基礎。

在深入探究問題階段，教師應成為引領學生深刻理解機械能守恒定律的向導，并培養他們運用這一定律解決相對復雜的物理問題的能力。為此，教師設計一系列與機械能守恒定律緊密相連的應用題，讓學生在實踐中靈活運用所學知識，鞏固理解。此外，教師還可以鼓勵學生將機械能守恒定律與其他物理定律，如動量守恒定律和能量守恒定律等進行綜合應用，以培養學生的學科整合能力。以創設過山車行駛的情境為例，教師可以巧妙地設置問題：“為何過山車在到達最高點時不會墜落？其能量在這一過程中是如何轉換和保持守恒的？”設計這樣的問題，不僅促使學生聚焦于過山車運動中的能量轉換與守恒機制，而且為他們后續學習更高級的物理概念奠定了堅實的基礎。通過這樣的實踐活動，學生既能夠加深對機械能守恒定律的理解，又能在實踐中提升問題解決能力和創新思維，為未來能夠成為具有跨學科視野的物理學家打下堅實的基礎。

（三）總結反思和評價手段

在問題驅動式情境教學的最后階段，教師應引導學生進行反思和評價。反思可以幫助學生總結學習過程中的得失，進而提煉出有效的學習思路和學習方法；評價則是對學生學習成果的檢驗和反饋，有助于教師了解學生的學習情況，并根據學生的實際情況適時調整教學策略。例如，在探究過山車能量變化的過程中，學生可以通過設計實驗來測量過山車在不同位置的速度和高度，計算動能和勢能，觀察它們之間的轉換關系。通過實驗數據的分析和討論，學生可以總結出機械能守恒定律的結論。

反思和評價可以包括以下四個方面：一是學生對機械能守恒定律的理解程度，二是學生在探究問題過程中的表現（如假設的提出、實驗的設計、數據的收集和分析等），三是學生在運用機械能守恒定律解決實際問題時的能力，四是學生對學習過程的滿意度和收獲感。

三、問題驅動式“教—學—評”一體化教學案例設計

下面以部編版高中物理必修二“機械能守恒定律”為例詳細論述問題驅動式“教—學—評”一體化的具體實施。

（一）情境介入厘清抽象概念

學生在初中階段已經接觸了機械能的基本概念，并且在本章的前半段也深入學習了重力勢能與動能，對功能關系有了較為深刻的理解，同時還具備了較強的運動分析能力與受力分析能力?；诖?，本節內容教學旨在進一步提升學生的物理思維能力。然而，鑒于能量概念的抽象性以及規律總結與理解的復雜性，設計本節的問題鏈時，教師要充分考慮學生在可能尚未完全掌握能量概念的情況下進行學習的實際情況。

情境一：過山車行駛情境下的運動方式探究

教師創設一個過山車行駛情境，展示過山車在軌道上運動的過程，并引導學生對比過山車與“伽利略斜面實驗”的關系。在將具象化的過山車行駛情境抽象為伽利略斜面實驗模型的過程中，教師設計如下問題鏈，引導學生初步思考機械能。

核心問題1：過山車運動過程中是否存在著一個不變的量？

子問題1-1：過山車的運動軌跡是怎樣的？

子問題1-2：過山車最終為什么會停止運動？

子問題1-3：如果沒有外力干涉，過山車最終的運動形態是怎樣的？

子問題1-4：從上述問題的思考中，是否能夠驗證過山車運動過程中存在一個不變的量？

此部分的核心在于構建抽象思維拓展結構層次，提煉出能量概念。具體而言，它解釋了過山車在頂端而不墜落的原因——即其擁有的勢能；當過山車自頂端滑落，這種勢能便轉化為動能。此問題序列依托伽利略斜面實驗，深入剖析小球在斜面上運動狀態的變化，并設想在理想條件下小球的運動模式。通過斜面與小球模擬過山車的動態過程，可以測量小球在不同位置的速度與高度，進而計算出其動能與勢能。學生通過對小球在不同位置的速度與高度數據的對比分析，揭示了一個關鍵發現：在運動過程中，小球的機械能（動能與勢能之和）維持恒定，這有力地證實了機械能守恒定律的準確性。借助這一連串逐步深入的問題，學生得以領悟能量這一抽象概念，并解決了核心問題——伽利略斜面實驗中是否存在一個守恒的量。

（二）靈活探究剖析內在要素

在上一環節的學習中，學生理解了過山車在不同受力情況下的運動狀態，此時教師可以進一步拋出問題，將學生的思考方向從表征化的運動過程逐步引入剖析內在運動要素的能量轉化方面。

情境二：滑滑梯情境下的能量轉化探究

教師創設了一個滑滑梯情境，展示了小球在滑梯上滾動的過程，并通過多媒體工具，逐步分解小球在滑梯滾動的不同階段的運動過程。

核心問題2：動能與勢能的相互轉化能不能用量化關系進行表示？

子問題2-1：密度相同、大小不同的兩個小球在從滑梯頂端滾落時，它們的重力勢能相同嗎？

子問題2-2：密度相同、大小不同的兩個小球在滑梯滾落的過程中，它們的動能變化相同嗎？

子問題2-3：伽利略斜面實驗也存在著重力勢能與動能的轉化，為何與本次滑滑梯的轉化量存在差異？

子問題2-4：在只考慮重力做功的情況下，斜面實驗和滑滑梯兩種場景下的重力勢能能否完全轉化為動能？

此部分的核心是抽象思維結構的拓展，提煉出機械能的概念。當小球在滑梯上滾動時，受重力影響，其勢能逐漸向動能轉化，導致小球的速度逐漸加快。這一過程促使學生探究動能與勢能間轉化的數量關系：首先審視勢能的變化，隨后分析動能的變化。教師利用斜面、小球及計時器等工具模擬滑梯的運動場景，精確測量小球在不同位置的速度和時間數據。在此基礎上，教師進一步整合這些信息，探討在運動過程中能量損失的去向，同時考慮理想狀態下各種能量的變換方式，從而自然引出機械能的概念。通過深入分析自由落體運動模型中動能與重力勢能的變換，最終解答了核心疑問：動能與勢能之間的轉化是否遵循一定的量的關系。

情境三：滑滑梯情境下的機械能守恒定律推導

核心問題3：機械能守恒定律如何推導？

子問題3-1：假定滑梯曲面光滑，質量為m的小球從滑梯頂端滑到滑梯底端的過程中，動能增加了嗎？增加了多少？

子問題3-2：假定滑梯曲面光滑，質量為m的小球從滑梯頂端滑到滑梯底端的過程中，重力勢能減少了嗎？減少了多少？

子問題3-3：結合教材中的“彈簧振子”實驗，在這一實驗中，動能和彈性勢能之間的轉化是否也能用量化關系表示？

子問題3-4：從“功”的視角來看，上述兩種能量轉化過程有什么特點？

此部分的核心問題為抽象思維拓展結構，主要體現在理解機械能守恒定律這一思維過程上。通過對比小球在不同位置的速度和時間數據，學生能夠發現小球的動能隨勢能的減少而增加，且機械能總量保持不變。此外，還進一步以彈簧振子為例，分析該模型下機械能的變化規律，最終結合上述分析抽象出機械能守恒定律，解決推導機械能守恒定律的核心問題。

（三）逐步歸納延伸應用拓展

問題驅動下的“教—學—評”一體化教學路徑是以“提出問題——解決問題——應用延伸”為核心的教學方式。在完成機械能守恒定律的探究和推導后，教師要通過創設一些貼近學生生活的情境，進一步延伸教學，引導學生在知道了“機械能是什么”“機械能怎么來的”之后，還要明白“機械能守恒定律”怎么用。

情境四：綠皮火車進站坡度中的節能設計

教師播放一段老式綠皮火車進站和出站的視頻，引導學生思考綠皮火車進站和出站的過程中的能量轉化路徑。

核心問題4：機械能守恒定律在現實中能發揮什么作用？

子問題4-1：機械能守恒定律是什么？

子問題4-2：機械能守恒定律的應用對象、對應問題是什么？

子問題4-3：機械能守恒有哪些條件？

子問題4-4：機械能守恒定律涵蓋下的重力勢能、彈性勢能和動能之間的轉化有哪些應用？

此部分的核心是指導學生概括機械能守恒定律的核心內容，并明確在運用此定律解決問題時應確定的研究主體。接著，在此基礎上引導學生歸納出機械能守恒的具體條件。隨后，從更為理論化和公式化的層面，介紹機械能守恒定律的不同表達式。在掌握了動能和勢能計算的基礎上，進一步加深學生對功能關系的理解，指導他們學會運用機械能守恒定律來求解做功問題。最后，通過結合動能和做功的公式，指導學生學會利用機械能守恒定律來求解速度和受力情況。

總之，問題教學法能夠有效地激發學生的學習興趣，提高學生的參與度，促進學生的深度學習和深刻理解。通過創設真實或模擬的情境，以問題為導向，引導學生主動探索、思考和解決問題，不僅能夠幫助學生掌握機械能守恒定律的核心概念和應用方法，而且能夠培養學生的批判性思維、問題解決能力和綜合應用能力。未來，教師可以進一步探索問題驅動式情境教學策略在高中物理教學中的其他應用領域，如動量守恒定律、能量守恒定律等。同時，教師也可以通過引入虛擬現實、增強現實等現代技術手段，進一步豐富情境的創設和問題的呈現方式，進而提高學生的學習效果，加深學生的學習體驗。此外，教師還可以加強對學生學習過程的監測和評估，以便更好地了解學生的學習需求和學習困難，為教學提供更有針對性的支持。

注：本文系廣西教育科學“十四五”規劃2021年度專項課題“構建新高考背景下普通高中教育教學質量評價體系的實踐與研究”（2021ZJY1746）的研究成果。

（責編 林 劍）