基于真實情境問題驅動的高中物理教學策略研究

葉建昆

摘 要：隨著社會的不斷發展，培養學生的綜合素質成為教育的重要目標。傳統的物理教育側重理論知識的傳授，但新的教育理念強調學生的綜合素質，其中包括要培養學生解決問題的能力、創造性思維和實際應用技能。基于真實情境問題驅動的高中物理教學，強調將物理知識應用于實際問題，培養學生對所學知識的應用能力。基于此，本文通過分析高中物理教學現狀，提出基于真實情境的問題驅動教學的策略。

關鍵詞：高中物理；真實情境；問題驅動；教學策略

高中物理教學的目的是幫助學生理解物理原理和培養學生的科學思維。然而，傳統的物理教育方法主要側重于知識的傳授，而忽視了學生在實際問題解決中的能力培養。新時代教育背景下，學生需要更多地掌握實際問題解決的技能，以適應未來社會和職業的挑戰。因此，越來越多的物理教師開始創新教學方法，以滿足綜合素質教育的要求。基于真實情境的問題驅動教學方法強調將物理知識與實際情境相結合，使學生更好地理解和應用所學知識。通過設置基于真實情境的問題和案例，鼓勵學生進行批判性、創造性思考，以解決復雜的問題[1]。

一、高中物理教學現狀

（一）物理教學資源匱乏

物理教學的資源匱乏會制約學生對物理科學的全面理解和實踐經驗的積累。在大部分學校中，資源匱乏問題主要體現在實驗室設備和材料方面。實驗對于物理的學習是非常關鍵的，因為它可以幫助學生親身體驗并驗證物理原理。然而，很多學校缺少必要的實驗設備，或者這些設備已經陳舊無法正常使用。這使得許多學生無法進行實驗，失去了直接參與并理解物理原理的機會。另外，部分學校資源匱乏，所使用的教材內容過于陳舊，使學生難以與課程內容建立聯系。現代物理教育需要更生動和具體的教材，以引發學生的興趣，幫助學生理解抽象的物理原理。因此，只有解決物理教學資源匱乏的問題，才能使學生得到更好的物理教育，更好地理解并應用物理科學[2]。

（二）教學模式單一

傳統的物理教學模式主要以教師的講授為主，學生聽講和記筆記。這種單向傳授知識的方式限制了學生的主動參與和互動，導致學生可能會覺得物理學習過于被動，缺乏趣味性。再加上教師在講課時過度依賴課本的內容和理論知識，忽略物理學實際問題的應用和解決，使得學生越來越厭倦物理學習。另外，傳統教學模式中的學生做實驗的機會相對有限。在傳統模式下，學校通常缺乏現代實驗設備，或者實驗受到時間和資源的限制，使學生無法親自進行實驗，無法深刻理解和驗證物理原理，難以將抽象的理論與實際生活相聯系。

（三）學生缺乏學習的主動性

學生缺乏學習的主動性可能是因為學生認為物理學難以理解，或者不知道如何將其應用于日常生活中。物理學雖然涉及抽象的概念，但實際上貫穿了日常生活中的方方面面。物理學與數學緊密相關，理解物理原理通常需要一定的數學知識。教師在教學中需要采用漸進性的教學方法，從簡單的數學概念開始，逐步引導學生掌握必要的數學技能。或者教師也可以為學生提供額外的數學輔導或資源，幫助學生解決數學問題，提高學生的學習主動性。除此之外，物理學中的實驗是培養學生科學探究能力的關鍵環節，實驗幫助學生親自觀察和驗證理論。通過設計和執行實驗，學生將更容易理解物理原理，并培養實際問題解決的技能。教師可以為學生提供更多的實驗機會，鼓勵學生自主選擇感興趣的實驗主題，調動學生的學習主動性[3]。

二、基于真實情境問題驅動的高中物理教學策略

（一）辨析問題情境，培養學生審題觀察能力

情境認知與學習理論強調知識的動態構建，即知識在與情境互動中不斷演化和創新。然而，在當前的高中物理習題中，存在許多相似的情境，部分情境在本質上相同，而有些則有所不同。學生在分析情境時，通常只注意到表面特征，而忽略了深層的含義和結構。對于相同的情境，不同條件下的解題過程和結果也會有顯著差異，這是通過背公式和模式化方法無法獲得高分的根本原因。因此，為了提高學生的物理解題能力，教師應當培養學生對情境的深層理解能力，以獲得不同條件下的解題思路。在解析情境類習題時，教師不應僅限于“死扣題目”，而應引導學生進行情境辨析訓練。這一訓練可分為以下三個關鍵步驟：首先，教師要培養學生的“咬文嚼字”習慣，要求學生使用筆圈出題目中的核心關鍵詞，仔細思考和理解它們的含義；其次，是情境的辨別，教師要引導學生觀察和思考情境，總結出該類題目的本質特點，然后根據這些本質特點對情境進行分類；最后，根據具體的情境進行分析。通過在日常教學中堅持這種分析訓練，可以幫助學生識別各種情境之間的本質區別[4]。

例如，在學習《圓周運動》這一章節時，首先，教師可以引入一個問題情境，以摩天輪運動為例。教師問學生：大家去游樂園，是否坐過摩天輪？通過問題激發學生的興趣和好奇心。接著教師為學生講解圓周位移、圓周速度和圓周加速度，并介紹相關的公式。教師繼續問道：為什么摩天輪在運轉時，座艙不會飛出來？這是一個真實的問題情境，需要學生運用所學的知識來解決。隨后，教師將學生分成幾個小組，討論并分析問題。教師引導學生運用圓周運動的知識，計算座艙在不同位置的圓周速度和離心力，然后討論為什么座艙不會飛出來。討論結束后，每個小組向全班匯報他們的分析和解決方案。另外，教師可以提出更多類似的問題情境，如為什么車輪滾動時不會脫落。教師要求學生應用所學的知識來解決問題，并引導學生分析這類題的解題思路，總結解題方法。通過真實的問題情境引入課程內容，可以培養學生的審題觀察和問題解決能力，同時幫助學生理解圓周運動的相關知識。

（二）探索實際問題，培養學生模型構建能力

建模教學理論強調學生在解題過程中需要構建適用于當前情境的物理模型，而這一模型通常需要整合多種物理模型來描述問題的復雜性。這些物理模型包括對象模型、過程模型和條件模型，它們相互交織，幫助解決現實世界中的問題。為了幫助學生構建正確的物理模型，教師應該引導學生積極探索現實問題，使學生準確掌握將實際問題抽象成物理模型的分析方法。具體而言，首先教師可以使用生動有趣的情境材料，讓學生感受到實際生活中的現象與已有的物理知識之間的矛盾，激發學生的探究欲望。接著教師引導學生總結實際問題，從中提煉問題的核心要素，并將這些要素抽象成具體的物理模型。另外教師也要啟發學生分析各要素之間的聯系，思考應當構建何種模型來解決當前問題。使學生能夠將各部分模型整合成一個整體的物理模型，以解決復雜的現實問題。結合實際問題培養學生的模型建構能力，能夠幫助學生更好地理解和應用物理知識，提高學生的問題解決能力。在這個過程中，教師扮演著引導者和啟發者的角色，引導學生逐步構建物理模型，培養學生的科學建模能力[5]。

例如，在學習《電阻》這一課程時，首先，教師可以在學生之前學過歐姆定律的基礎上，為學生創設一個實際問題情境：假設你是一名工程師，需要設計一段電路來供電一根銅線桿，它需要攜帶足夠大的電流，但不能因為電阻而過熱。你將如何選擇合適的導線？接著學生分成小組，用提供的電阻器、電池、導線和電流表等材料進行實驗。學生可以嘗試不同長度和直徑的導線，測量電流和電壓，以確定電阻值，并記錄實驗結果。實驗結束后，學生回答一系列問題，如哪種導線材料的電阻最小？在相同材料下，電阻與導線的長度和直徑有何關系？如果電路中電流增加，電線會發熱嗎？學生根據實驗結果和歐姆定律進行推理和討論，以解決這些問題。隨后，教師引導學生應用他們從實驗中獲得的數據，構建一個數學模型，描述電阻與電流、電壓、導線材料、長度和直徑之間的關系。這可以是一個數學公式或圖表。每個小組分享他們的實驗結果和模型。整個班級一起討論不同小組的發現，以確定最佳的導線材料和設計。通過結合實際問題創設情境，學生不僅學習了關于電阻、電流和電壓的基本概念，還培養了模型構建和問題解決能力。

（三）培養學生的思維品質，促進學生解題思路的生成

培養學生的思維品質主要目的是激發學生的批判性思考、創造性思考，培養學生的問題解決能力。在處理具有挑戰性的情境問題時，學生被鼓勵思考并提出問題，然后努力探索解決這些問題的途徑。這樣的實踐不僅有助于培養學生的觀察力和分析力，還強調獨立思考的能力。學生將逐漸習得如何提出深入問題，如何對問題進行細致分析，并如何在解決問題的過程中形成清晰的解題思路。在培養學生思維的過程中，教師應該提出具有挑戰性的問題，激發學生的好奇心，并鼓勵學生提出更多的問題，同時教師還需要提供支持和指導，以幫助學生逐步改善個人的思考技巧。這種引導不僅限于課堂內，還可以延伸到學生的自主學習過程中。除此之外，學生需要不斷接觸到具有不同難度和復雜性的問題情境，以促使學生逐漸成長和發展。教師引導學生如何提出有針對性的問題，如何在復雜情境中進行思考，以及如何在逐步解決問題的過程中形成清晰而有條理的解題思路。幫助學生成為問題的解決者和創新者[6]。

例如，在學習《力的合成和分解》這一課程時，主要教學目標是引導學生了解力的合成和分解的基本概念，培養學生的批判性思維和問題解決能力。首先，教師提出問題：在實際生活中，人們經常面臨各種力的情境。如何有效地分析和處理這些力？本節課將學習力的合成和分解，這對解決力的問題非常有幫助。接著教師通過多媒體展示一幅示意圖，上面有兩個人分別用力拉繩子，教師將每兩名學生分成一個小組，每組兩人模擬示意圖中的場景，試圖拉動一個物體。教師引導學生觀察和討論在何種情況下物體受到的力更大。隨后教師展示一個物體懸掛在兩根繩子上的場景，由學生自由討論如何測量每根繩子對物體的力，每個小組分別進行實驗，使用彈簧測力計測量每根繩子的力，學生計算每根繩子的力并比較結果，最后由教師和學生一起總結，討論分解力的概念，并說出如何使用合成力和分解力的原理解決實際問題。通過這個教學，學生將了解力的合成和分解的基本概念，培養學生的批判性思維和問題解決能力。學生也將學會如何分析不同的力的情境，獨立思考，形成解題思路，并將這些知識應用于實際生活中。

（四）呈現解題范例，培養學生計算能力

教師通過向學生呈現解題范例，可以引導學生了解解題的方法和步驟。這不僅有助于學生建立解題思路，還有助于培養學生的計算能力。在真實情境問題中，解題通常需要對物理原理進行定量計算。通過解題范例，學生可以掌握這些計算的技巧和方法，并將抽象的物理概念與具體的數值聯系起來，使學生更加深入地理解物理概念和現象，在之后的做題中，能夠靈活地將所學知識應用到實際問題中。另外，教師也可以鼓勵學生在課后練習更多的解題范例，以鞏固所學知識。通過自主學習更好地掌握解題技巧和方法。

例如，在學習《摩擦力》這一課程時，教師可以假設學生正在學習有關汽車剎車系統的物理原理。教師要求學生分析一個真實情境，該情境涉及一輛汽車在濕地上剎車的問題。學生需要確定汽車在特定速度下需要多長時間才能停下來，并根據該范例來理解和應用摩擦力的概念。例如，假設一輛汽車以60 km/h的速度在濕地上行駛，司機突然踩剎車。如果摩擦系數為0.4，汽車需要多長時間才能完全停下來？已知量初始速度為60 km/h，為了便于計算，可以將其換算為16.67 m/s，摩擦系數為0.4，剎車后汽車停下來所需的時間是未知量，汽車的凈力可以表示為汽車的質量與加速度的乘積。汽車的加速度由摩擦力提供，根據牛頓第二定律，可以得到加速度為凈力與汽車質量的比值。摩擦力為摩擦系數、汽車的質量以及重力加速度的乘積。應用牛頓第二定律，摩擦力等于汽車的質量乘以加速度，當凈力與摩擦力相等時，可以計算出加速度a。然后，使用加速度和初始速度來計算時間t，這將是汽車停下來所需的時間。最終計算出時間約為4.25s，所以，汽車需要大約4.25秒才能完全停下來。通過這個解題范例，學生可以深入了解摩擦力的應用，并在真實情境中應用物理原理，培養學生的計算能力和解題思路，使學生更好地理解物理概念并應對實際問題。

結束語

綜上所述，物理課堂的設計應該以學生為中心，減少教師對學生的過多控制，以學生的學習興趣為主，不斷培養學生的學科核心素養。在創設物理課堂情境時，教師不僅要考慮情境，還要深入了解學生的認知規律，使學生成為主動的學習者，實現深度學習和知識的轉化。并且通過思維引導，幫助學生在情境中學習，享受探究的樂趣，從思考中汲取智慧。

參考文獻

[1]杜明榮，魏靖堯.人教版高中物理教材“問題”欄目的情境分析與使用建議[J].課程·教材·教法，2023，43（4）：127-132.

[2]陳東曉，陳愛文.指向素養目標的情境驅動式教學探究[J].物理教學，2021，43（11）：2-5.

[3]芮宏軍.基于實驗情境的問題驅動式教學實踐：以“電荷及其守恒定律”為例[J].高中數理化，2021（14）：36-37.

[4]王藝朦，陳曉陸，劉青華.基于物理建模的高中物理教學設計策略研究：以“高空拋物”問題教學為例[J].中學物理教學參考，2021，50（33）：4-6.

[5]董娜.基于核心素養的高中物理情境化課堂教學策略研究[J].考試周刊，2021（92）：103-105.

[6]陳正路.高中物理教學中問題情境創設的實踐研究[J].數理化解題研究，2023（6）：94-96.