析悟問題情境 導(dǎo)向核心素養(yǎng)

收稿日期：2023-11-28

作者簡介：鄭思妍（2000-），女，碩士研究生，主要研究物理學(xué)科教學(xué)。

*通信作者：皮飛鵬（1965-），男，副教授，主要研究物理課程與教學(xué)論。

摘" "要：教材“問題”欄目的情境設(shè)置直接反映課標(biāo)要求，是情境素材的重要來源。參考馬扎諾的教育目標(biāo)分類理論，通過調(diào)整已有的情境類型學(xué)分析框架，對2019年人教版高中物理選擇性必修教材“問題”欄目的情境特點進(jìn)行了量化分析。結(jié)果表明，三本教材的問題情境具有“貼近生活實際”“以培養(yǎng)學(xué)生的高階思維為主”等特點。在教學(xué)實踐中，可通過再現(xiàn)情境、增補情境、修改情境、關(guān)聯(lián)情境等手段，更有效地發(fā)揮“問題”欄目的教學(xué)功能，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的全面發(fā)展。

關(guān)鍵詞：高中物理教材；“問題”欄目；情境類型學(xué)；教學(xué)建議

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A " " 文章編號：1003-6148（2024）4-0029-5

隨著新課程改革的發(fā)展，情境教育已經(jīng)成為引領(lǐng)教學(xué)改革的重要概念之一［１］。《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（２０１７年版）》（以下簡稱“新課標(biāo)”）強調(diào)了情境在教學(xué)中的重要性及其在培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)方面的關(guān)鍵作用［２］。教材根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)編制而成，為落實新課標(biāo)，２０１９年人教版高中物理教材在每節(jié)內(nèi)容的開頭特別設(shè)計了“問題”欄目，旨在構(gòu)建真實情境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，通過問題解決培養(yǎng)學(xué)生高階思維，促進(jìn)核心素養(yǎng)的發(fā)展。

教材的“問題”欄目是情境素材的重要來源，所提供的問題情境在教學(xué)中具有重要價值。目前，國內(nèi)的問題情境分析框架多種多樣［３－４］，但較少涉及思維層級的分析。本文參考馬扎諾的教育目標(biāo)分類學(xué)，構(gòu)建了包含“問題”欄目所致力于發(fā)展的思維水平在內(nèi)的情境類型學(xué)分析框架，從辨別參數(shù)、內(nèi)容參數(shù)和裝扮參數(shù)三個方面對新人教版高中物理選擇性必修教材“問題”欄目的情境特點進(jìn)行量化分析，以期得到真實可靠的情境分析結(jié)果，從而為該欄目的使用提供參考。

1" " “問題”欄目情境分析框架的構(gòu)建

比利時教育學(xué)家羅日葉提出的情境類型學(xué)理論框架包含辨別參數(shù)、內(nèi)容參數(shù)和裝扮參數(shù)三個方面。辨別參數(shù)側(cè)重于對情境的外部特征進(jìn)行分析，包括情境來源、涉及的學(xué)科領(lǐng)域等；內(nèi)容參數(shù)則聚焦于解決問題時所涉及的內(nèi)部因素，其中包括問題之間的關(guān)聯(lián)性等；而裝扮參數(shù)指的是解決問題時起到引導(dǎo)或阻礙作用的因素，如問題與情境的結(jié)合程度等［５］。為了確保情境分析的科學(xué)性，本文以情境類型學(xué)為基礎(chǔ)，借鑒了馬扎諾的教育目標(biāo)分類理論，契合新課標(biāo)的要求，聚焦物理學(xué)科特點，重新構(gòu)建了問題情境分析框架。

首先，學(xué)科核心素養(yǎng)是構(gòu)建學(xué)生必備品格與關(guān)鍵能力的基石，素養(yǎng)立意的情境設(shè)計才更具價值。因此，在已有的情境分析框架基礎(chǔ)上［６］，在內(nèi)容參數(shù)的二級維度中引入了“物理學(xué)科核心素養(yǎng)”這一要素，以深化對“問題”欄目在培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng)方面的價值分析。其次，學(xué)科教育的目標(biāo)之一是發(fā)展學(xué)生的高階思維，而知識是學(xué)生認(rèn)知加工的必備條件，為分析“問題”欄目所致力于發(fā)展的思維水平以及在運用知識類型上的著重點，修訂原有的情境分析框架，借鑒馬扎諾的教育目標(biāo)分類理論的二維模型，對辨別參數(shù)、內(nèi)容參數(shù)下的兩個二級指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整，分別改為“致力于發(fā)展的思維水平”和“被運用的知識類型”［７］。最終，得到包含３個一級維度、１２個二級維度和３７個三級維度的分析框架，如表１所示。

考慮到每個一級維度下二級維度和三級維度的數(shù)量差異，為了便于對比分析，采用我國學(xué)者提出的加權(quán)平均的分析方法來處理數(shù)據(jù)［８］：先計算每個二級維度的加權(quán)平均值，如情境來源a=■，其中n１，n２，n３，n4分別是情境來源為學(xué)科知識（a1）、生產(chǎn)生活（a2）、自然現(xiàn)象（a3）、科技前沿（a4）的問題數(shù)，且ａｔ＝ｔ；在此基礎(chǔ)上計算每個一級維度的平均值，如辨別參數(shù)S1=■，其中ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ， ｆ分別為“情境來源”“涉及的學(xué)科領(lǐng)域”“情境任務(wù)”“情境的開放程度”“教學(xué)功能”和“致力于發(fā)展的思維水平”的值，x為二級維度的個數(shù)。與此同時，為更好地說明二級維度得分的高低，采用編碼賦值的中間值■=■作為基準(zhǔn)值進(jìn)行比較。

2" " “問題”欄目的情境分析

2．１" " 辨別參數(shù)的分析

辨別參數(shù)主要用于對情境的外部特征進(jìn)行定性分析，其數(shù)值越大，說明該問題的情境化程度越高，對學(xué)生的抽象建模能力以及思維能力的要求越高。通過對三本教材的辨別參數(shù)進(jìn)行比較分析（表２），可以看出選擇性必修１和選擇性必修３的辨別參數(shù)相近，而選擇性必修２的辨別參數(shù)明顯較高，說明選擇性必修２的問題情境化程度較高，學(xué)生在解決問題過程中所需要調(diào)動的高階思維較多。

表２" “問題”欄目的辨別參數(shù)比較

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具體到二級維度，如圖１所示，從“情境來源”方面來看，三本教材的情境來源得分均低于中間值an＝２．５，說明“問題”欄目的情境大多數(shù)來源于生產(chǎn)生活和學(xué)科知識，而自然現(xiàn)象和科技前沿的問題情境較少涉及。這一編排具有合理性，通過創(chuàng)設(shè)熟悉的生產(chǎn)生活情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機(jī)，幫助學(xué)生從生活走向物理，從物理走向社會，契合了注重與生活實際相結(jié)合的課程理念。從“涉及的學(xué)科領(lǐng)域”來看，三本教材的得分均低于中間值bn＝1．５，這表明問題情境涉及的學(xué)科領(lǐng)域主要以物理學(xué)科為主，較少與其他學(xué)科建立聯(lián)系，而跨學(xué)科的問題情境更有利于培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科思維和綜合素養(yǎng)。從“情境任務(wù)”來看，選擇性必修１和選擇性必修３的得分均低于中間值cn＝３.0，選擇性必修２的得分高于中間值cn＝３.0，選擇性必修２的情境任務(wù)以問題解決和設(shè)計方案居多，問題解決的情境任務(wù)有利于引發(fā)學(xué)生思考，提高學(xué)生的遷移創(chuàng)新能力，從而促進(jìn)其科學(xué)思維的發(fā)展。

從“情境的開放程度”來看，三本教材的得分均接近但未達(dá)到中間值dn＝１．５，說明以傳統(tǒng)的封閉性問題為主。封閉性問題有利于突出教學(xué)目標(biāo)，促進(jìn)學(xué)生的高層次思考；而開放性的問題情境有利于發(fā)散學(xué)生的思維，促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)。從“教學(xué)功能”來看，三本教材的得分均高于中間值en＝２.0，以探測學(xué)生的前概念為主。由此可見，此欄目融合了建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論，通過問題解決引發(fā)認(rèn)知沖突，幫助學(xué)生對前概念進(jìn)行解構(gòu)與重構(gòu)。這一設(shè)計有助于促使學(xué)生主動參與學(xué)科探究，提高其學(xué)科認(rèn)知水平。從“致力于發(fā)展的思維水平”來看，三本教材的得分均高于中間值fn＝２．５，表明三本教材的“問題”欄目對學(xué)生的思維水平要求較高，特別是選擇性必修１和選擇性必修２，致力于培養(yǎng)學(xué)生的高階思維，這與課程目標(biāo)相吻合。

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圖１" “問題”欄目辨別參數(shù)的二級維度比較

2．２" " 內(nèi)容參數(shù)的分析

內(nèi)容參數(shù)是指在解決問題過程中所涉及的內(nèi)部因素，該值越高表明該問題對學(xué)生的綜合能力要求越高。通過對三本教材的內(nèi)容參數(shù)進(jìn)行比較分析（表３），可以看出選擇性必修２和選擇性必修３的內(nèi)容參數(shù)相近，而選擇性必修１的內(nèi)容參數(shù)明顯高于其他兩本教材，這說明選擇性必修１對學(xué)生的綜合能力要求較高，考查學(xué)生多方面的能力與素質(zhì)。

表３" “問題”欄目的內(nèi)容參數(shù)比較

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具體到內(nèi)容參數(shù)的二級維度，如圖２所示，從“物理學(xué)科核心素養(yǎng)”方面來看，三本教材的學(xué)科核心素養(yǎng)得分均低于中間值gn＝２．５，可見教材的“問題”欄目以培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念和科學(xué)思維為主，其余兩方面占比較少。這一設(shè)計的原因在于物理觀念和科學(xué)思維是學(xué)科核心素養(yǎng)的基石，“問題”欄目注重培養(yǎng)學(xué)生基于事實經(jīng)驗建立物理模型，促進(jìn)科學(xué)推理能力的發(fā)展。從“問題之間的關(guān)聯(lián)性”來看，三本教材的得分均低于中間值hn＝２.0，說明大多數(shù)問題都是以單個問題的形式出現(xiàn)。相比于單個問題，具有層次性的問題鏈更有利于降低學(xué)生的理解難度，調(diào)動學(xué)生的高階思維，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)。

從“被運用的知識類型”來看，選擇性必修２和選擇性必修３的得分均低于中間值in＝１．５，可見“問題”欄目主要關(guān)注物理問題內(nèi)容，即物理概念、規(guī)律等，學(xué)生的具體解題過程少量涉及。從“數(shù)學(xué)使用技巧”來看，三本教材的得分均低于中間值jn＝２.0，說明三本教材用到的數(shù)學(xué)技巧偏少。但選擇性必修１的得分最高，因為選擇性必修１的主體內(nèi)容是振動與波動，此內(nèi)容常用數(shù)形結(jié)合的思想描述相關(guān)概念，這也是選擇性必修１的內(nèi)容參數(shù)高于選擇性必修２和選擇性必修３的主要原因。

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圖２" “問題”欄目內(nèi)容參數(shù)的二級維度比較

2．３" " 裝扮參數(shù)的分析

裝扮參數(shù)指的是解決問題時起到引導(dǎo)或阻礙作用的因素，該值越高，表明該問題對學(xué)生的提取與整合信息的能力有更高要求。通過對三本教材的裝扮參數(shù)進(jìn)行比較分析（表４），可以看出選擇性必修１和選擇性必修３的裝扮參數(shù)相近，選擇性必修２的裝扮參數(shù)較低，說明選擇性必修１和選擇性必修３的問題和情境的結(jié)合程度更高，更注重培養(yǎng)學(xué)生的信息整合能力。

表４" "“問題”欄目的裝扮參數(shù)比較

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具體到二級維度，如圖３所示，從“問題與情境的結(jié)合程度”來看，三本教材的問題與情境的關(guān)聯(lián)性得分均高于中間值kn＝２.0，可見問題與情境的耦合程度都較高，大部分為情境嵌入型和情境結(jié)合型，需要學(xué)生在充分理解情境的基礎(chǔ)上才能進(jìn)行解答，體現(xiàn)了問題與情境的高質(zhì)量融合。從“對已知信息的處理”來看，三本教材對已知信息的處理的得分均高于中間值ln＝１．５，說明學(xué)生在解決問題時需要深入挖掘情境中的隱含條件，對背景信息作出一定的改變，如設(shè)定物理量、幾何作圖等。

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圖３" “問題”欄目裝扮參數(shù)的二級維度比較

2．４" " 總體結(jié)果分析

從辨別參數(shù)方面來看，“問題”欄目的情境主要來源于生產(chǎn)生活，以單學(xué)科和封閉性的問題情境居多，教學(xué)功能主要是探測學(xué)生的前概念。此外，該欄目也通過提供合理的深度學(xué)習(xí)情境和設(shè)計合適的深度學(xué)習(xí)問題，讓學(xué)生在解決問題過程中經(jīng)歷提出問題、猜想假設(shè)、模型建構(gòu)等一系列過程，從而培養(yǎng)其高階思維能力。在內(nèi)容參數(shù)層面，“問題”欄目以問題引導(dǎo)學(xué)生轉(zhuǎn)化前概念進(jìn)而建立物理觀念，以問題發(fā)展科學(xué)思維，提高其科學(xué)探究能力，在問題情境中滲透科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，將情境設(shè)計的價值體現(xiàn)得淋漓盡致。在裝扮參數(shù)上，“問題”欄目所設(shè)計的情境與問題高度融合，培養(yǎng)學(xué)生的信息提取與處理能力，以情境為載體去解決問題，提高學(xué)生的情境轉(zhuǎn)化能力。

3" " “問題”欄目的教學(xué)使用建議

3．１" " 再現(xiàn)問題情境，建立物理觀念

教材依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)編制而成，充分考慮學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律。作為寶貴的教學(xué)資源，“問題”欄目設(shè)計的情境大多來源于生活實際，教師可直接利用這一“問題”欄目進(jìn)行教學(xué)導(dǎo)入，引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，并在解決問題的過程中逐步構(gòu)建物理觀念。以“認(rèn)識傳感器”一節(jié)的“問題”欄目為例，情境設(shè)計如下：盒子的側(cè)面露出一個小燈泡，盒外沒有開關(guān)，將一磁鐵放在盒子上方，燈泡發(fā)光，將磁鐵拿走，燈泡熄滅。學(xué)生需要思考盒子里可能有什么裝置能夠?qū)е逻@種現(xiàn)象。此情境的趣味性較強，教師可以在課堂上進(jìn)行實驗演示，引發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，在解決問題的過程中，學(xué)生逐步建立起對傳感器這一物理概念的理解。

3．２" " 增補問題情境，發(fā)展科學(xué)思維

教材的“問題”欄目創(chuàng)設(shè)了大量的真實情境，但大多數(shù)都是以單一情境的形式出現(xiàn)，而高階思維的培養(yǎng)需要豐富的問題情境作為載體［９］，并且多樣化的問題情境可以將抽象概念融合到具體實例中，讓學(xué)生經(jīng)歷模型建構(gòu)的過程，逐步發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。因此，教師可以對“問題”欄目的情境進(jìn)行補充，創(chuàng)設(shè)豐富的情境群，并設(shè)計具有層次性的問題鏈，以引導(dǎo)學(xué)生由易到難地理解和掌握知識。例如，“動量”一節(jié)的“問題”欄目展示了兩個完全相同的鋼球的碰撞情況。為了加強學(xué)生對碰撞的物理模型的理解，教師可在此問題情境之前引入更多生活中的碰撞實例，使學(xué)生能夠從日常生活中抽象出物理模型的概念。此外，“問題”欄目中的兩個小球是完全相同的，在探究碰撞過程中的不變量時，學(xué)生難以聯(lián)想到質(zhì)量這一影響因素。因此，教師可在此問題情境的后面補充演示兩個質(zhì)量不同鋼球的碰撞情況。在此情境群下，擬定一系列結(jié)構(gòu)化問題，在解決結(jié)構(gòu)化問題的過程中實現(xiàn)培養(yǎng)問題意識、發(fā)展科學(xué)思維的教學(xué)訴求。

3．３" " 修改問題情境，促進(jìn)科學(xué)探究

“問題”欄目所涉及的情境不乏與實驗探究相關(guān)的內(nèi)容，但限于教材的穩(wěn)定性，問題情境所提供的實驗方案較為傳統(tǒng)。為了充分利用問題情境的導(dǎo)入功能，教師需要根據(jù)實際情況對情境進(jìn)行修改，以創(chuàng)造更符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的問題情境。以“楞次定律”一節(jié)為例，原先的情境展示了磁鐵插入和抽出線圈時電流表指針的偏轉(zhuǎn)情況，以探究影響感應(yīng)電流方向的因素。然而，這個實驗情境并不能直接得到感應(yīng)電流的方向。為解決這個問題，教師可以進(jìn)行一些修改，比如將電流表替換為發(fā)光二極管，將線圈與兩個反向并聯(lián)的發(fā)光二極管串聯(lián)。通過二極管的單向?qū)щ娦裕梢愿庇^地引出感應(yīng)電流，從而判斷其方向。這一改進(jìn)簡化了實驗步驟，同時解決了原實驗無法直接得到感應(yīng)電流方向的問題。在實際教學(xué)中，教師可以在修改情境之前創(chuàng)設(shè)開放性的問題情境，讓學(xué)生自主思考，基于實驗發(fā)現(xiàn)問題，經(jīng)歷猜想假設(shè)等一系列過程去解決問題，增強學(xué)生的創(chuàng)新意識，培養(yǎng)他們的科學(xué)探究能力。

3．４" " 關(guān)聯(lián)問題情境，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

教材是滲透科技成就的重要載體，教學(xué)導(dǎo)入的情境設(shè)置則是融合科技成就的有效途徑。教材的“問題”欄目較少涉及科技成就，教師可對其進(jìn)行適當(dāng)補充，通過將相關(guān)的科技成就巧妙融入到“問題”欄目，不僅可以滲透德育要素，還能培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。例如，可將“兩彈元勛”鄧稼先的動人事跡融入到核裂變與核聚變“問題”欄目的情境中，這樣的設(shè)計不僅能夠激發(fā)學(xué)生對學(xué)科的濃厚興趣，同時讓他們深刻體驗科學(xué)家的愛國精神和追求科技強國的夢想。通過這一里程碑般的科技成就，培養(yǎng)學(xué)生的愛國情懷，促使他們?nèi)姘l(fā)展，以達(dá)到立德樹人的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

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（欄目編輯" " 劉" "榮）