高三復習課思維型科學探究教學策略初探

摘 要：高三復習課中通過大量情境化試題的講練來提升學生應試能力的教學效果往往不佳。本文在“思維型科學探究理論”的基礎上，探索建構高三復習課思維型科學探究的教學策略，變“知識梳理”為“激疑解惑”、變“習題演練”為“問題解決”、變“拓展變式”為“創新應用”，并以“玻意耳定律的復習”一節為例，詳細闡述如何運用思維型科學探究教學策略達到全面培養學科核心素養、切實提升學生解決實際問題能力的目的。

關鍵詞： 復習課；思維型科學探究；教學策略；核心素養

隨著近年來新課程、新高考改革的推進，“情境”已成為教學和考試評價的重要載體。《中國高考評價體系說明》明確指出“情境正是實現這種‘價值引領、素養導向、能力為重、知識為基’的綜合考查的載體。”［1］為應對這一變化，部分教師在高三復習課中試圖通過大量情境化試題的講練來提升學生的應試能力，但往往效果不佳。究其原因，學生面對題目中的情境時，只能借助文字和圖片進行想象，缺乏親身體驗和深入的思考，無法準確獲取信息、建立模型。情境化試題的題海戰術背離了情境教學培養核心素養的根本宗旨，注定無法成功。那么應該如何提升雙新背景下高三復習課的教學效果呢？本文在“思維型科學探究理論”的基礎上，探索建構高三復習課思維型科學探究的教學策略，并以其在“玻意耳定律的復習”中的應用為例進行探討。

1 高三復習課思維型科學探究教學策略的建構

《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》指出：“發展學生的科學思維能力是重要的教學目標之一。”［2］胡衛平教授提出的思維型科學探究教學理論認為：“科學探究應以科學的思維方式將提出問題、作出假設、制訂計劃、收集證據、處理信息、得出結論、交流反思等環節連接起來，”［3］從而使思維活動能貫穿探究過程，達到全面培養核心素養的目標?？梢姡呷龔土曊n必須要改變以“知識梳理、習題演練及拓展變式”為主的傳統教學模式，轉向以情境為載體、以思維為核心的教學模式。運用科學探究的教學方式，全面落實學科核心素養的培養，切實提升學生解決實際問題的能力，以有效突破高三復習課的教學困境。筆者依據這一思路建構的高三復習課的思維型科學探究教學策略框架如下（如圖1所示）。

精選對復習內容具有邏輯意義的情境材料，以激發學生的疑惑，并在解決疑惑的探究過程中澄清模糊認知、形成正確物理觀念，即“激疑解惑”策略；呈現原始物理問題，以引導學生展開探究，使之在模型的建立、規律的選用以及解決思路的形成過程中提升解決實際問題

的能力，即“問題解決”策略；從實際應用的角度出發，引導學生打破思維定式，進行創新探究活動，在活動中培養創新能力，即“創新應用”策略。

下面以一節高三復習課為例具體說明該策略的應用。

2 高三復習課思維型科學探究教學策略的實踐應用

2.1 變“知識梳理”為“激疑解惑”

常規復習課通常先機械地引導學生回顧知識點，然后通過習題來讓學生對知識點進行運用鞏固。這種方式容易使復習陷入生搬硬套、凌亂易忘的尷尬境地。認知教育心理學家奧蘇貝爾認為“有意義學習的外部條件是學習材料必須具有邏輯意義，即材料本身與人類學習能力范圍的有關觀念可以建立非人為和實質性的聯系。”［4］情境學習理論也認為“知識源于情境、變化于情境；情境蘊含著認知，折射著體驗。”［5］因此，復習課應精選對學生復習具有邏輯意義的情境材料，借此激起學生的疑惑，引發認知沖突，來驅動學生主動探究，使學生在活躍的思維體驗中澄清模糊認知，形成正確的物理觀念。

【教學片段一】

課堂引入環節：教師展示實驗室新引進的“玻意耳定律演示儀”（如圖2所示），介紹演示儀的使用方法（如圖3所示）讓學生觀察，并請他們談談自己有什么意外發現。

使用說明

打開放氣閥，將活塞拉到一定的刻度線，讓氣室內有一定體積的空氣，關閉放氣閥，輕輕地推動活塞到某一刻度線，使空氣體積縮小，讀出壓力表讀數。用同樣的方式取三段對應體積不同的刻度線，分別記錄對應的壓力表讀數。通過公式p1V1＝p2V2＝p3V3＝C，可驗證：一定質量的氣體在溫度不變時，它的壓強與體積成反比。

學生1：儀器刻度附近有“壓力表”三個字，難道所測量的讀數是壓力嗎？

學生2：不是，因為儀器上顯示的單位是“MPa”，是壓強的單位，測量的應該是內部氣體的壓強。

教師將演示儀的閥門打開，使內部氣體與外界氣體連通，內部氣體壓強與大氣壓相等，此時儀器讀數為零，顯然儀器讀數并非內部氣體的壓強。學生陷入了強烈的疑惑中。沉默片刻后，教師讓學生分組開展實驗進行探究，根據使用說明書的內容進行操作并記錄數據，得到的數據如表1所示。

教師：數據滿足玻意耳定律嗎？怎樣證明你的觀點？

學生1：很顯然，刻度與壓力表讀數的乘積并不滿足p1V1＝p2V2＝C（V＝SL，S不變）。

學生2：我們組利用實驗得到的數據作出圖像（如圖4所示），發現該圖像與氣體等溫變化的p-1V圖像（如圖5所示）并不相符。

教師：非常好，請大家再觀察一下說明書，想一想這里的壓力表讀數究竟代表什么？

學生恍然大悟：壓力表讀數表示的是儀器內部氣體壓強與外界大氣壓的壓強差。

教師：大家能給生產廠家提提改進建議嗎？

學生1：可以將“壓力表”改寫成“壓強差表”，并在說明書中加以說明。

學生2：可以將“壓力表”改寫成“壓強”，并將所有刻度上的數值都加上“0.1 MPa”。

設計意圖與反思：本環節利用實驗室“玻意耳定律演示儀”有缺陷這一真實情境激發了三個疑惑點：①標示的物理量“壓力”與壓強單位“MPa”不匹配；

②大氣壓為0.1 MPa，這與“連通大氣后沒有讀數”的現象相矛盾；③實驗數據不符合玻意耳定律的公式。這些疑惑引發了學生強烈的認知沖突，讓學生通過質疑分析、推理論證，靈活調用所學知識完成探究過程。“解惑”的過程培養了學生推理論證、質疑反思的思維能力，使學生加深了對玻意耳定律及實驗的理解，有利于學生形成正確的物理觀念。

2.2 變“習題演練”為“問題解決”

傳統高三復習課以“例題講解、類題練習與題型方法歸納”為主，雖能鞏固知識、熟化方法，但過度強調題型、解題套路及二級結論的運用。這容易使學生的思維僵化，一旦遇到與習題套路不同的實際問題學生往往會束手無策。楊振寧曾強調，對物理的研究“要站在問題開始的地方，面對原始的問題，而不是淹沒在文獻的海洋里。”物理復習課同樣不能陷入題海中，而應將身邊鮮活的物理現象和過程真實呈現出來，盡可能讓學生面對原始化的物理問題來展開探究，使之親歷模型的建構、規律的選用以及解決思路的形成過程，親身體驗知識與方法的運用。這樣才能真正提升學生分析與解決問題的科學思維能力。

【教學片段二】

應用規律解決問題環節：教師先展示一個有點癟的足球，并向學生提出問題，如何運用玻意耳定律來判斷該足球氣密性的好壞？

學生思考片刻后，教師提示：“足球的氣密性不好會怎樣？內部氣體質量如何變化？”引導學生將實際問題（氣密性好壞）轉化成物理問題（氣體質量如何變化）。

學生1：玻意耳定律的條件是“氣體質量不變，溫度不變”，足球漏氣，氣體的質量就變了，還怎么運用玻意耳定律呢？

學生2：可以將漏出去的氣體和內部剩余的氣體視為整體，這樣就滿足條件了，充氣的過程也類似。

教師：很好，這里有一個便捷款帶表打氣筒（如圖6所示，可以間接得到被測氣體的壓強）和球針，請利用這些器材和條件來設計探究方案。

小組合作討論后，學生展示的方案如下。

方案一：查到足球的容積為V1、打氣筒的單次最大出氣量為V2，大氣壓為p0。

方案二：打氣筒通過球針與足球相接，測得足球的初始氣壓為p1。

方案三：用打氣筒以最大出氣量向足球內部打氣n次后，測出足球的實際氣壓為p2。

方案四：根據玻意耳定律，將原內部氣體與充入的氣體視為整體，可得p1V1＋np0V2＝p2′V1，代入數據算出打氣后足球氣壓的理論值p′2。

方案五：若實際值p2明顯小于p2′，則說明足球氣密性不佳，反之則氣密性良好。

教師指導學生進行實驗探究，最終得出結論。

設計意圖與反思：以往教學經驗表明，學生經過大量的習題訓練后，只會機械地關注玻意耳定律的公式書寫以及氣態參量的確定，而將玻意耳定律的適用條件忘得一干二凈。通過本環節的教學，學生不僅能重新審視玻意耳定律適用的條件，而且對整體思想有了更深刻的體會。應用規律進行驗證探究，解決實際問題的過程，不僅極大激發了學生學習物理的激情、調動了學生的積極性，還促使學生在問題的啟發和引導下，主動參與學習過程。這比單純的習題演練效果更佳。

2.3 變“拓展變式”為“創新應用”

對例題的背景、條件或問題進行變換，延伸拓展出諸多變式問題，讓學生在變式訓練中發展靈活應變的能力，是高三復習課中常見且有一定效果的教學方式，但其弊端也很明顯，如拓展變換的問題通常局限于教師的經驗范疇，所訓練的也只是低階思維能力。程力、李勇在《基于高考評價體系的物理科考試內容改革實施路徑》中提出：“物理科考試內容改革要堅持關鍵能力的考查，包括理解能力、推理論證能力、模型建構能力、實驗探究能力、創新能力5種關鍵能力。”［6］其中的創新能力是根據物理教學實際和時代發展要求提出的新的能力。如何在高三復習中落實這一能力的培養呢？筆者認為，應該打破思維定式，從實際應用的角度出發，盡可能為學生提供發散創造的空間，激發學生的探究欲，而聚焦到問題解決時，又需要培養學生利用聚合思維進行判斷和選擇。教師在此過程中應提供必要的反饋，并適時對過程和成果作出評價，為學生的創新探究活動提供助力。

【教學片段三】

創新應用環節：引導學生回顧課堂引入環節的無關的證明

情境，“玻意耳定律演示儀”原本的功能只是驗證玻意耳定律，功能很少，可以引導學生改進創新一下，實現其他更多功能。

教師：儀器上有刻度，就意味著它可以進行測量。同學們

覺得這個儀器可以測量出其他的什么物理量嗎？具體應該怎么操作？

學生：可以測量氣體的壓強。具體操作（如圖7所示）：①排盡演示儀內部的

氣體；②用軟管將演示儀的氣嘴和其他容器口相連，固定演示儀的手柄；③打開演示儀的閥門，根據演示儀的“壓力表”的讀數即可計算出待測氣體的壓強。

教師：說得很好。演示儀玻璃管中也有刻度，能否利用

它來測量其他儀器的容積呢？

學生：不能，只能測量玻璃管中氣體的長度（算出體積）。

教師：如果不是直接測量，而是通過某些物理關系來計算呢？能否間接測量其他容器的容積？

學生：將演示儀與待測容器連通，以全部氣體為研究對象，則利用玻意耳定律p1（V1＋Vx）＝p2（V2＋Vx），可以求出待測容器的容積。

教師：同學們給這個裝置取個新名字吧。

學生：容器容積測量儀。

教師：如果每次都得計算，這個“容器容積測量儀”用起來不太方便吧？

學生：由p1（V1＋Vx）＝p2（V2＋Vx）可知，如果初態的壓強都為p0，每次操作時V1和V2都調為規定數值，則p2和Vx是一一對應的，所以只需要找到一系列已知容積的容器，按照上述的操作，“壓力表”指針指到哪，就在相應的刻度線標上容積值即可。

教師：其實這種方法以前也用過，大家想起來了嗎？

學生：是的，在電表改裝的時候。

設計意圖與反思：應用所學知識進行創新探究活動對學生的要求很高，也是最能培養學生創造性思維和創新能力的過程，需要學生擺脫“被動地使用儀器”的行為習慣，主動地創造條件來實現自己的目的。同時，教師也必須充分準備，包括教學預設和生成的應對、實驗探究條件的創設、鼓勵與引導等。在開放的氛圍下，師生、生生通過良性互動、平等交流，往往能迸發出令人驚喜的思維火花，使學生的創新能力得以充分發展。［7］

3 總結與反思

在新課程、新高考改革的大背景下，高三復習課必須轉變為為學科素養和關鍵能力的提高而服務，在課堂教學策略上有所變化。經過教學實踐的檢驗，思維型科學探究教學策略具有一定效果，但也有值得探討的問題，比如情境材料的選擇、問題鏈和教學臺階的設計等，仍需要進一步深入研究。

參考文獻

［1］教育部考試中心.中國高考評價體系說明［M］.北京：人民教育出版社，2019：35-37．

［2］中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版 2020年修訂）［M］.北京：人民教育出版社，2020：50-52．

［3］胡衛平，郭習佩，季鑫，等.思維型科學探究教學的理論建構［J］.課程·教材·教法，2021，41（6）：123-129.

［4］莫雷.教育心理學［M］.北京：教育科學出版社，2007：53-54．

［5］張振新，吳慶麟.情境學習理論研究綜述［J］.心理科學，2005（1）：125-127．

［6］程力，李勇.基于高考評價體系的物理科考試內容改革實施路徑［J］.中國考試，2019（12）：38-44.

［7］周浩，羅俊平.基于實驗探究發展科學思維能力的策略研究［J］.中學物理，2023，41（9）：33-36．