高中物理真實情境問題解決的教學實踐研究

【摘要】真實情境是新課引入、課堂教學、教學評價的重要載體.新高考正向試題情境化發展，情境的復雜程度直接影響試題的難易程度，從而考查學業質量水平，因此教師要在真實情境中引導學生形成物理觀念、構建物理模型，并將情境中掌握的物理概念和規律用于解決新的情境問題.規范的審題、模型的構建、方法的積累是破解復雜真實情境問題的關鍵，正確構建模型可以簡化問題、提高解題正確率，從而真正達到提升學生物理核心素養的目的.

【關鍵詞】真實情境、物理核心素養、模型構建

1 研究背景

1.1 考試命題情境化

《中國高考評價體系》規定了情境是高考考查的載體，以此承載考查內容，實現考查要求.真實情境對于學生物理觀念形成、學習興趣培養、物理模型構建、綜合能力發展都有重要作用，同時真實情境在教學評價方面也極為重要，物理概念和規律來源于對自然規律的總結和提煉，應用于解決實際問題，情境設置的復雜程度直接影響試卷難易程度.目前高考試題出現了大量真實情境，對學生學業質量進行考查，近兩年浙江省物理選考出現了大量的以真實情境作為載體的試題.研究表明，試題的復雜性與問題內容的抽象性、情境復雜性和應用綜合性之間存在關聯.基于問題情境的復雜性、知識結構的規范程度、思維方式及價值觀念的全面性等因素，可將試題劃分為若干等級.學生在面對復雜情境時，需要具備物理觀念，掌握物理規律和物理模型的運用能力，以解決實際問題.

1.2 教學現狀

在新課程背景下，高中物理課程目標從“雙基”到“三維”，向物理核心素養轉變，教與學從“聽講、記筆記、做題”向“自主、合作、探究”的多樣化教學轉變，高考命題導向從知識考查到能力、素養立意的轉變.但現階段的物理教學還存在不足：教學質量方面，教師的組織與指導策略的合理性還需要進一步提高.本人通過聽課和學生調查，發現教師在教學過程中重視知識結論而不夠重視認知和能力發展，核心素養落實說的多做的少，實際課堂教學重視解決習題而不是解決實際問題；學業質量方面，學生在實際問題解決過程中科學思維、科學探究等學科素養還比較缺乏，在學習過程中經常出現上課聽得懂、下課不會做的情況.學生遇到新的題型、新的情境，分析、構建模型的能力還比較薄弱.

2 真實情境問題解決的策略

2.1 融入情境、優化教學

情境的創設有利于激發學生興趣，增強物理知識與生活實際的聯系.案例1：在熱力學第一定律的新課教學中，以飲水鳥作為課堂引入，引起學生對飲水鳥工作原理的探究興趣.情境的創設可以使抽象問題可視化，降低思維難度，有利于學生在原有認知下接受和理解抽象概念和疑難問題.案例2：在《原子核的結合能》新課教學中以靜電飛花作為情境，讓學生體會“靜電力比較大，原子核能穩定存在需要其他力的存在”，引出新課.情境創設還可以培養學生的合作探究能力和問題解決能力.在情境創設中，學生通常需要分組合作，共同解決問題或完成實驗，在合作學習中交流討論、思維碰撞，培養合作和溝通能力.

2.2 情境建模、提升理解

物理模型是對實際情境、物理現象或者系統的簡化，能簡潔表述自然現象和規律.物理模型一是能簡化問題，較為方便得出物體運動的基本規律；二是對模型討論的結果稍加修正，即可用于實際事物的分析和研究.因此需讓學生理解模型構建的意義，平時教學中要加強對物理模型構建的訓練與應用，總結常見模型的規律，積累一些疑難的方法模型，引導學生用模型指導真實情境問題的解決.高中物理必修一質點模型的教學對于后期學生對于模型構建的意義、構建的思路和方法有一定的指導意義.教學中應該通過對具體情境的分析來建立質點的概念，例如，研究飛機的飛行軌跡、繞太陽公轉的地球、乒乓球的旋球技術、花樣滑冰運動員的運動軌跡等真實情境.將具體的物理對象或過程抽象為物理模型，是物理學的重要研究方法.體會建構物理模型的思維方式、認識物理模型在探索自然規律的作用.通過不斷深入探索勻變速、拋體運動、勻速圓周運動模型，學生能構建比較完善的運動模型，不斷深化和完善已經掌握的物理模型.

2.3 情境釋疑、回歸本真

真實情境的習題是以情境包裝加工過的物理問題，通過審題把情境去掉得到最簡潔的物理問題.然后將習題與自己通過新課學習或者習題總結的問題模型、方法模型相關聯，用已知模型再加工去解決新問題.去情境則是對情境的深刻理解，是審題、破解題目的關鍵步驟之一.學生需要從問題描述的情境中獲取相關的有效物理信息，形成良好的讀題習慣.做到“眼看”“手畫”“腦思”.“眼看”——眼睛是獲取信息的途徑.“手畫”包括兩個內容：1畫出關鍵條件；2畫出物體的運動過程草圖.畫出物理過程示意圖是展示物理情境的一種最主要的手段.“腦思”就是要不斷思考，提取與該問題相關的相似情境和模型方法，以及解決問題的注意事項，如圖1所示.

2.4 模型應用、問題解決

正確的模型構建和應用，能提高真實情境問題解決的準確性.

例1 春分時，當太陽光直射地球赤道時，某天文愛好者在地球表面上某處用天文望遠鏡恰好觀測到其正上方有一顆被太陽照射的地球同步衛星.已知：地球半徑為R，地球表面重力加速度為g，地球自轉角速度為ω，若不考慮大氣對光的折射，下列關于在日落后的12小時內，該觀察者看不見此衛星的時間t滿足的關系式正確的是（" ）

（A）sin（ωt）=3Rω2g. （B）sin（ωt）=3gRω2.

（C）sinωt2=3Rω2g （D）sinωt2=3gRω2.

學生問題診斷：不清楚衛星運行情境，無法區分太陽輻射能量的球狀模型和平行光模型.需要學生正確畫出模型.

第一步：請學生作出圖像，對本題進行理解.第二步：對學生的作圖進行展示，找到正確的模型.第三步：根據正確圖形再讓學生進行求解.第四步：拓展太陽光可以看成球狀模型的問題.太陽的發光功率為P，求地球上面積為S的太陽能電池板接收到太陽光的功率P0.構建太陽光模型，讓學生能在不同情境下進行運用，提高學生問題解決能力.

3 物理真實情境問題解決的教學實踐

接下來以真實情境中電磁感應大題為例，講述真實情境問題在物理課堂教學中的實踐思考，如表1所示.

教學環節1 真題回顧，引導學生經歷從情境到模型再到問題解決的過程，積累解決真實情境問題的相關經驗，提升解決問題的能力.

例2 艦載機電磁彈射是現在航母最先進的彈射技術.某興趣小組開展電磁彈射系統的設計研究，如圖2所示，用于推動模型飛機的動子（圖中未畫出）與線圈絕緣并固定，線圈帶動動子，可在水平導軌上無摩擦滑動.線圈位于導軌間的輻向磁場中，其所在處的磁感應強度大小均為B.開關S與1接通，恒流源與線圈連接，動子從靜止開始推動飛機加速，飛機達到起飛速度時與動子脫離；此時S擲向2接通定值電阻R0，同時施加回撤力F，在F和磁場力作用下，動子恰好返回初始位置停下.若動子從靜止開始至返回過程的v-t圖如圖3所示，在t1至t3時間內F=（800－10v）N，t3時撤去F.已知起飛速度v1=80m/s，t1=1.5s，線圈匝數n=100匝，每匝周長l=1m，飛機的質量M=10kg，動子和線圈的總質量m=5kg，R0=9.5Ω，B=0.1T，不計空氣阻力和飛機起飛對動子運動速度的影響，求（1）恒流源的電流I；（2）線圈電阻R；（3）時刻t3.

教師查找相關的真實情境，引發學生興趣，并讓學生回顧電磁驅動和加速有關的方案和模型.學生將情境進行分析，映射到自己所學的知識和曾經建構過的簡單模型.

教學環節2 分小組進行線框模型和解題思路歸納.

教學環節3 播放實驗模擬視頻作為引入，觀看一個關于電磁彈射實驗的視頻，以深入理解微重力實際情境的影響.學生對情境構建模型進行分析，提取出解決特定問題所需的理論知識與技能，并運用列式求解的方法進行求解.

本課堂通過案例展示、模型梳理、實戰演練三個環節的課堂教學，對真實情境進行剖析，對模型進行分析應用.為學生提供了有關電磁感應真實情境問題解決的基本策略的學習途徑，如圖4.

4 結語

實踐表明，通過情境模擬與模型應用相結合，有助于提升學生在實際情境中解決問題的能力，同時塑造學生的物理觀念、科學思維、科學探究以及科學態度與責任感四個方面的核心素養.然而，解決真實情境問題的根本在于，學生模型的積累、提取模型的能力以及構建新模型的能力.當前的實踐方法主要是針對經典模型和考試中出現的高頻模型，其適用性尚待提高.然而，學生重新構建新的模型以應對問題的過程，還需進一步深入研究并進行實踐.

參考文獻：

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