基于物理核心素养提升的有效问题情境创设

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　　摘要：通过创设有效的问题情境可以增强学生的创新意识和实践能力，实现提升学生物理核心素养的培养目标，创设“生活化”的问题情境促进学生物理观念的形成，创设“延伸性”的问题情境完善学生科学思维的训练，创设“再探究”的问题情境还原学生科学探究的真实，创设“走心”的问题情境增强学生科学态度与责任意识，依此实现提升物理核心素养的目的。
　　关键词：核心素养;情境创设;实践
　　学科核心素养是学科育人价值的集中体现，是学生通过学科学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力。形成物理观念是提升学生物理核心素养的基础，发展科学思维是提升学生物理核心素养的内在动力，参与科学探究是提升物理核心素養的重要渠道，养成科学态度与责任是提升物理核心素养的外在表现。有效问题情境可以提升学生学习物理的兴趣，通过创设有效的问题情境可以增强学生的创新意识和实践能力，实现提升学生物理核心素养的培养目标。为此本文研究了基于物理核心素养提升的教学问题情境创设的策略。
　　一、 创设“生活化”的问题情境促进学生物理观念的形成
　　解读新课程标准中的“物理观念”的描述，我们可以理解为这样三层含义，第一它是学生从物理学的视角认识世界，形成的对物质、运动与相互作用、能量的基本认识;第二它是学生在头脑中对物理概念和物理规律的提炼升华，第三它是学生从物理学视角解释自然现象和解决实际问题的基础。
　　很多高中学生对物理概念、规律的学习仅仅停留在一个公式，可以用于计算。但是当你问及概念、规律的物理意义，以及它们的内涵外延时，能回答出来的同学就寥寥无几了。这种传统的对物理概念规律的学习恰恰是最不利于学生物理观念形成的，物理观念的形成不是仅让学生掌握一个公式，学会一种计算。
　　让学生在生活中发现物理问题，习惯从物理的视角解释一些现象、解决一些问题是培养学生物理观念的前提和基础。因此在教学生设计一些生活化的问题情境可以有效促进学生物理观念的形成。
　　例如在《力的分解》一课中，导入可以用俗语“四两拨千斤”，就是用一个很小的力产生一个很大的作用效果，我们一起来看一个现实版的“四两拨千斤”的视频。通过视频让学生看到男同学用很大的力推不动的石头，女同学用一个很小的力就可以推动。通过这种强烈的对比，引发学生认知冲突，激发学生学习兴趣和探究欲望，为什么四两可以拨动千斤呢？让学生带着问题以饱满的热情投入到新课学习中。
　　解决实际问题我们通常按照力的作用效果进行分解，分析生活中用斜向上的力F拉动行李箱，拖拉机斜向上拉把，滑梯上的小孩，上坡的自行车等等生活场景将其抽象成物理模型。带领学生感受体验力的作用效果并用力的分解的知识解释生活中的一些常见现象，学以致用。
　　回到生活中来，夕阳中的塔吊、晾满衣服的绳子、美丽的书架，把他们抽象成物理模型，我们如何感受力的作用效果呢？通过感受我们发现力的作用效果的隐蔽性造成了力的分解的困难，引导学生构建模型通过感受和放大力的作用效果就可以很好地解决这个问题。利用这个思想，运用身边的工具开动脑筋想一想如何展示力F的作用效果。引导学生利用皮筋、直尺、废旧笔杆和身体模拟构建了塔吊、书架、晾衣绳等模型，可以让学生直接深刻地感受力的作用效果。通过合作探究解决了力的实际作用效果这一学习中的困难，突破了教学的难点，同时也多次体会了猜想与假设，观察与收集，分析与论证等基本的探究方法。
　　生活中的物理现象在课堂上的再现。教学时结合学生实际情况，充分考虑到育人的要求，为学生体验、感悟知识形成过程提供了适宜的教学资源，创设生活化的问题情境，并引导学生从生活实例中抽象出物理模型，反过来运用力的分解的知识解决晾衣绳松紧、尝试搭建合理的引桥，探寻出“四两拨千斤”的科学道理。恰到好处地利用了身边“小事物”揭示了力的分解的“大道理”，体现了物理源于生活服务于社会的课程理念。在潜移默化中帮助学生逐渐养成从物理学的视角观察世界，解释自然现象和解决实际问题的意识，促进学生物理观念的形成和发展。
　　二、 创设“延伸性”的问题情境完善学生科学思维的训练
　　发展学生科学思维是提升学生物理核心素养的关键所在。科学思维的培养是从有效的问题情境创设开始的，有效问题情境是调动学生积极思维的“助推剂”。有效问题情境可以提升学生学习物理的兴趣。在有效问题情境中，学生的思维更活跃，更容易从具体的表象中提取事物的本质，更容易将新知识与自己已有的知识体系建立联系并将其吸纳，更容易将知识和能力进行迁移。创设延伸性的问题情景有助于完善学生的科学思维形成过程，养成学生基于对事物本质属性、内在规律、相互作用认识基础之上的分析推理、质疑创新、科学论证等思维习惯。
　　在讲授《匀变速直线运动速度与位移的关系》时，通过创设情境让学生感受到在时间不方便测量或无法测量时我们需要推导一个不含时间的表达式，在公式推导的基础上用实验来验证。在学生推导出表达式v2-v20=2ax以后，为加强学生对匀变速直线运动的认识，创设如下的问题情境：将匀变速直线运动的速度公式和v-t图像比较，得出匀变速直线运动的速度随时间变化满足一次函数规律，其v-t图像是一条倾斜直线，即匀变速直线运动任意相等时间内速度变化相同。根据我们刚才推导出来的速度与位移的关系式请同学们猜想一下，经历任意相等位移的变化，其速度变化是否也相等呢？即匀变速直线运动的v-x图像是否也是一条倾斜直线呢？引导学生对比猜想，根据学生初中学到的数学知识分析论证其v-x图像应该不是一条倾斜直线，因为速度与位移的关系式是个二次函数。继续追问v-x图像不是一条倾斜直线那么作v2-x的图像呢？然后通过实验验证，利用探究小车的速度随时间的变化规律中所用到的装置，在导轨上的10cm、30cm、50cm、70cm、90cm、110cm的位置上分别固定六个光电门，在小车上安装了一个遮光片，当小车通过光电门时，仪器会自动记录小车通过光电门时的瞬时速度，做出做v2-x的图像，与v-t比较得出结论：在时间上，匀变速直线运动在相等时间内速度变化相等。在空间上，匀变速直线运动在相等位移内速度平方差值相等。 　　在高一教材中对于这部分的内容处理的比较简单，教材上并没有实验与图像的相关内容，但是在教学中创设这样一个问题情境有助于对学生所学内容进行一个有益的拓展，有利于对学生进行科学思维的训练。这样的一个延伸的问题情景的创设为运动模型、公式、图像搭建了一座思维的桥梁，既帮助学生在头脑中形成了一个匀变速直线运动完整的情景，有利于学生物理观念的建立，又让学生的思维在质疑中创新，在创新中发展，在图像、公式、物理模型之间切换自如，得到相应的训练和发展。
　　三、 创设“再探究”的问题情境还原学生科学探究的真实
　　让学生在高中物理课上亲历一次真实的科学探究的过程，是我们每一位中学物理教师肩负的使命和责任。科学探究的价值绝不仅仅体现在让学生简单的重复科学家发现知识的过程，而是培养学生用科学探究的方法获取知识，解决问题的能力。在现实的物理教学中，更多时候科学探究仅仅被作为发现知识的“工具”和“手段”，其目的就是让学生通过实验探究获得事实性结论，使得科学探究的价值被弱化。在教学中教师在物理课堂中明确探究的问题，学生只要按部就班地“猜想、假设、实验……”就能够轻而易举地探究出正确的结论。在探究前学生基本就知道了探究的结论，至于探究过程“可能存在的问题”就无暇顾及了，这样的训练对学生问题意识和探究能力是毫无意义的，也不能促进学生核心素养的提升。所谓“再探究”的问题情境就是在学生初步探究的基础上，将重点放在探究结论的分析论证，探究中存在的问题，如何有效避免这些问题的产生，在此基础上引导学生修正错误再次探究，让学生亲历一次真实的探究过程。
　　例如在讲《力的合成》一课时，学生往往在老师的引导下完成一次实验探究，尝试得出力的平行四边形定则。这个实验往往误差比较大，学生探究的真实效果并不理想，甚至对为什么等效、如何保证等效、如何准确记录力的大小和方向还没有一个全面细致的认识，仅仅凭借老师和同学们总结的一句“在误差允许范围内力的平行四边形定则成立”，事实上对于学生真实做出的误差超大的图像却视而不见。为了避免这种伪探究在该实验中应该注重“再探究”问题情境的创设，用手机拍摄学生实验过程中的片断，在大屏幕上投屏，引导学生分析论证：（1）在实验中是如何做到等效的（2）如何准确记录力的大小和方向（3）如何准确做力的图示（4）为什么要保持橡皮筋、细绳、弹簧秤尽可能与木板平行等等，通过这些问题的解决引导学生反思自己在探究过程中存在的问题，让学生在反思的基础上再次经历一次真实的科学探究过程。
　　四、 创设“走心”的问题情境增强学生科学态度与责任意识
　　基于提升物理核心素养的教学要求关注学生科学态度和价值观的体验。针对高中生的年龄特点，教学要避免空洞的说教，可以借助物理学发展史，祖国的传统文化，现代科技的发展等等为学生创设“走心”的问题情境，帮助学生切实体验物理的发展史，感受科学家的严谨的科学态度和科学精神，培养学生敢于担当的责任意识和责任感。
　　例如在《牛顿第一定律》的教学中，介绍伽利略的“理想实验”，创设问题情境：为什么说敢于大胆假设光滑，假设足够长，就是伽利略这位伟大人物的绝妙之处？“理想实验”的魅力是什么，对科学发展又有哪些贡献呢？通过这种能走进学生心灵深处的问题情境，让学生真实感受理想实验的魅力就体现在：物理是一门以实验为基础的自然科学，当我们在实验不能实现的地方徘徊不前时，只要我们的思维向前一步，定会豁然开朗。在研究自由落体运动的时候，伽利略也曾用到过同样的方法，如果说亚里士多德的伟大之处体现在发现问题远比解决问题重要，那么伽利略的伟大之处则体现在忽略次要因素和抓住主要因素同样重要。爱因斯坦是这样评价的：伽利略的发现以及他所应用的科学的推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正开端。这个评价实事求是，从亚里士多德到伽利略，经历了2000多年，物理学徘徊不前;从伽利略到爱因斯坦，只经历300多年，物理学的大厦初步建立，大师辈出。这都得益于伽利略首创的实验研究方法。
　　总之，在教学中要突出学生对物理知识的认识发展过程和能力素养的培养需求，围绕“物理观念”的形成和“科学思维”的发展，“科学探究”的參与，“科学态度与责任”的树立来设计问题情境，达到提升学生物理学科核心素养的目标。
　　作者简介：
　　李芳，天津市，天津市小站第一中学。
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