以問題驅動，發展學生科學思維

《義務教育物理課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）強調要“突出問題教學”，以問題為線索，讓學生在問題解決的過程中，運用知識，掌握能力，培育和發展核心素養。問題教學以解決問題為驅動力，把學生置于復雜的、有意義的問題情境中，使學生圍繞真實問題，通過解決問題來學習知識，掌握解決問題的方法和技能，是一種師生互動的教學活動。在問題教學中，問題是貫穿教學的主線。教師可以通過精心設計一個核心問題或一系列相關問題，有效地引導和激勵學生持續地學習。隨著問題的提出、分析、執行和解決，學生的模型構建、科學推理、科學論證、質疑創新等能力得以發展，從而達成發展核心素養的目標。

一、架構教學模型

新課標在“速度”這一節對學生的要求是：“能用速度描述物體運動的快慢，并能進行簡單計算，會測量物體運動的速度?！?在數學學科的學習中，學生對“速度”概念已經有了初步認識，但認識是零散、局部和片面的。因此，教師應幫助學生從物理學角度去理解速度的概念，架構教學模型。

[學情分析][學習目標：核心素養][學業質量要求] [思維教學原理][學習過程][思維方法] [認知沖突][自主建構][自我監控][應用遷移] [創設情境與模型建構][分析比較與科學推理][實驗測量與科學論證][" 遷移應用與質疑創新][觀察，比較，討論，

根據思維教學原理，思維教學主要包括認知沖突、自主建構、自我監控、應用遷移等要素。在學習過程中，學生需要運用觀察、比較、推理、討論、概括、反思、遷移、分析因果關系、發散思維等多種思維方法，經歷創設情境與模型建構、分析比較與科學推理、實驗測量與科學論證、遷移應用與質疑創新等一系列思維活動與學習過程。在逐層遞進的驅動性問題引領下，教學活動不斷進階與升級，逐步抵達培育學生核心素養的目標。

二、創設情境與模型建構

問題1：如何比較物體運動的快慢？

播放視頻：某次運動會舉行了男子4×100米接力賽。中國隊第四棒選手在最后10米成功反超他國選手，以38秒29的驚人成績奪得冠軍。

之后，筆者設置了如下活動：

活動1：將學生分為紅隊和黃隊，每隊各派一名選手。要求他們分別沿著等長的紅色和黃色直線腳跟緊貼著腳尖前行。教師下達指令后，兩名選手從同一起點同時出發，直到抵達終點。其他同學根據觀察結果，判斷哪名選手運動得更快。

活動2：兩隊分別再派一名選手進行比賽。比賽途中，教師會下達“停止”口令。選手聽到口令后，立刻停止運動。其他同學根據觀察結果，判斷哪名選手運動得更快。

【設計意圖】活動1中，筆者引導學生通過觀察和比較誰先到達終點，以此來判斷哪位選手運動得更快?；顒?中，筆者引導學生通過觀察和比較相同時刻誰走得遠，以此來判斷哪位選手運動得更快。學生通過觀察、比較、討論、分析和思考，建立兩個比較物體運動快慢的理論模型：一是“相同路程比時間”，二是“相同時間比路程”。最后，筆者再引導學生應用這兩種理論模型，分析比較視頻中男子4×100米接力比賽的運動情況，以提升其知識的應用能力。

三、分析比較與科學推理

問題2：如何理解速度的概念？

活動3：紅隊和黃隊再各派一名選手，從不同起點同時出發，直到抵達終點。其他同學判斷哪名選手運動得更快。

這次活動兩名選手運動路程和所用時間都不相同，其他學生無法直接通過觀察和比較得出哪名選手運動得更快。為了將問題具體化，筆者讓學生用卷尺和秒表測量兩名選手運動的路程和所用時間，讓學生通過分析、比較、概括、闡明變量關系等科學方法進行計算和分析，并統計在表1中。

兩種比較方法，一是比較兩隊在1秒時間內運動的路程，回歸相同時間比路程這一理論模型；二是比較兩隊通過1米路程所用的時間，回歸相同路程比時間的理論模型。通過比較，學生能從物理學的視角理解速度的意義，學會分析比較“路程/時間”與“時間/路程”的聯系與區別，形成在變量都不相同的情形下，可以用兩者比值進行比較的思想。再結合實際，告知學生人們慣用相同時間比路程的方法比較運動的快慢。

【設計意圖】經歷一系列思維活動，學生對速度這一物理量的理解從數學計算層面上升到物理意義層面，科學推理和科學論證能力得到了培養。

四、實驗測量與科學論證

問題3：如何測量物體運動的速度？

活動4：自制紙錐，并將其從高處釋放，測量紙錐下落的速度。

本次活動，筆者以問題串的形式引導學生進行實驗。

（1）要測量紙錐下落的速度，你認為需要測量哪些物理量？

（2）你打算用什么器材測量這兩個物理量？

（3）紙錐下落的距離是初始紙錐底部到地面的距離，還是紙錐頂部到地面的距離？為什么？

（4）對紙錐下落的高度有什么要求？

（5）怎樣能使測量結果更準確？

【設計意圖】學生通過自主實驗，獨立思考，經歷了科學論證、分析評估的過程，在方案的設計與實驗過程中，對測量過程和實驗結論進行了評價、解釋、交流、總結、誤差分析、方案改進等一系列進階性的思維活動，實現了思維活動的“自我監控”。

五、遷移應用與質疑創新

問題4：速度與日常生活和社會發展有哪些聯系？

活動5：測量中學生正常步行的速度?，F在有很多工具，如手機、手環等，不需要借助直尺和秒表等測量工具，就能實現對速度的檢測。筆者讓學生借助這些工具，測量一名中學生正常步行的速度。

活動6：閱讀新聞材料“空中出租車”。電動垂直起降飛行器M1“空中出租車”在上海成功完成首飛。它可乘坐5人，最大承載質量為500千克，速度可達200千米每小時，將原本需要2小時的出行時間縮短到半小時左右，大大提高了出行效率，滿足了人們短途旅行快速出行的需求。

【設計意圖】學生通過在真實情境中應用物理知識這一過程，可以真切體會到物理知識對人們日常生活及社會發展的促進作用，在實際問題中遷移應用所學知識、方法與科學思想，能進一步理解速度的概念。

指向科學思維發展的物理問題教學，以發展科學思維為目標，以問題教學為主要教學方式，讓學生在系列化驅動性問題的逐層解決過程中，學習知識，發展能力。本節課中，筆者帶領學生在學習速度概念與公式、理解速度物理意義的基礎上，進行了“趣味運動”活動和“測量紙錐下落速度”的實驗，引導學生理解速度概念，將知識遷移應用到真實的情境中。并且筆者充分利用生活中的教育資源，將相關前沿科技引入課堂，如智能手表的測速功能、空中出租車等成果，以促進學生創新思維的發展。

（作者單位：江蘇省太倉市第二中學）