基于原始物理問題發展學生學科關鍵能力的教學模式研究

劉 莉 劉一葦

(佛山市三水中學 廣東 佛山 528000)

《普通高中物理課程標準(2017年版)》明確提出了以發展學生核心素養為目標的課程改革方向，學生在接受物理教學過程中逐步形成的適應個人終身發展和社會發展所需要的關鍵能力和必備品格，是學生科學素養的重要組成部分.

傳統習題往往是為了鞏固物理概念和物理規律，對真實的物理現象進行分解和抽象形成一定的物理模型后，人為選編出來的.解題得到的經驗性結論制約了學生觀察分析、關聯整合、遷移與創新等關鍵能力的發展.因此，在高中物理教學中引入原始物理問題，幫助學生形成和發展學科關鍵能力，促進核心素養在物理教學中落地顯得尤為必要.

1 原始物理問題在新時代課堂中的價值

原始物理問題，又可稱作實際問題，是指自然界及社會生產、生活或科研過程中客觀存在的，能夠反映物理概念及規律的且未被加工的物理現象.物理習題則是把實際科學現象和事實經過一定的抽象、分解和簡化后，被人為加工出來的問題.二者關系如圖1所示.

圖1 原始物理問題與物理習題的關系

很顯然，物理習題較側重圖中虛線部分，即對物理習題的推演和解決，物理習題給出的具體已知條件實際上堵塞了學生概括與建模、關聯與整合、辨析與梳理、遷移與創新等關鍵能力的培養途徑.

原始物理問題則天然具有生態性與隱蔽性，即問題與物理知識的關系并不是一目了然的，應該應用什么樣的物理規律，采用什么樣的物理模型解決問題，需要學生對問題進行分析思考、抽象概括、推理和聯想；另外，原始問題常常具有開放性和解決問題的多角度性，不同的學生可以從不同的角度去思考和解決問題，有利于激發學生的深度思考，培養其反思與評價、遷移與創新的能力[1～3].

可見，原始物理問題教學聚焦于學科關鍵能力的培養，是課程改革下的有益嘗試.因此，筆者嘗試根據教學實踐就如何合理有效地開展原始物理問題教學進行論述.

2 原始物理問題教學模式設計

2.1 原始物理問題教學課堂的組織原則

課堂設計與組織安排是呈現課堂內容的重要環節，從提出原始問題→描述現象→區分主要因素和次要因素→抽象與簡化→建立物理模型→尋找適合的物理規律和方法→推演和運算→反思和評價，需要教師在課堂中一步一步引導，精心設計，降低梯度，搭建出符合學生認知水平的“最近發展區”，以達到準確且有效地促進學生學科關鍵能力的發展.筆者認為利用原始物理問題教學應該遵循以下原則：

(1)原始物理問題的選取應該盡可能貼近學生生活實際，從日常生活或者生產實際中取材，達到“引人入勝”的效果，激發學生的學習興趣，達到學以致用，用以促學，學用相長的學科價值，不讓所學內容成為空中樓閣.

(2)原始物理問題的提出應該呈階梯式設計，層層深入，形成有梯度的問題串.原始物理問題是情景化的，條件是隱蔽的，在解答的過程中，往往需要篩選出主要影響因素，忽略次要因素，將其實際問題的原型抽象成某個具體的物理模型.教師可以通過設置問題串的形式推動學生思維的不斷深入.

(3)原始物理問題往往是生態化，開放性的，教師在教學中應該注意鼓勵學生多元化多角度思考問題，培養學生的探究、遷移和創新能力.

(4)課堂由原始物理問題的提出開始，最后應落足于實際物理問題的解決，做到有始有終，真正做到從“解題”到“解決問題”.

2.2 原始物理問題教學模式流程

原始物理問題開展課堂教學的一般模式(流程)如圖2所示.本文將從以下3個例子說明教學中如何借原始物理問題促進學生學科關鍵能力的發展.

圖2 原始物理問題教學模式流程

3 探究原始物理問題教學模式

教學實例一:勻變速運動規律與汽車安全行駛

勻變速運動規律一節十分貼近學生的日常生活，筆者用道路安全距離示意圖與相關的道路交通法規作為引入，配以一張道路事故現場照片(如圖3所示)開始課堂的引入.

(a)道路事故現場圖 (b)車距確認線標志

原始物理問題：交通事故發生后，交警通過現場搜證來判斷責任歸屬，請同學們來利用物理知識還原事故發生的過程及進行責任認定.

問題1：交通事故發生的原因主要考慮哪些方面？

生：主要考慮是否酒駕，超速，未保持安全距離，疲勞駕駛……

問題2：我們需要勘察現場的哪些線索？

生：可以看汽車損壞程度，地面剎車痕跡，輪胎的磨損程度，問詢司機汽車狀況等.

問題3：這些證據分別指向的是哪些物理量？剎車后汽車運動可以簡化看成什么樣的物理過程？

生：汽車損壞程度可以估算追尾時汽車的速度；輪胎和路面的粗糙程度可以估算汽車剎車的加速度；地面剎車痕跡的長度可以估算剎車位移；問詢司機注意力情況估算司機的反應時間.剎車后汽車的運動可以簡化為勻減速運動.

問題4：獲得上述物理量后，如何判定司機有無超速行為？

問題5：前面我們提到的安全行駛距離是如何得到的呢？利用了哪些物理知識？

4 結束語

原始物理問題聚焦于學生學科關鍵能力的培養，利于學生從認知被組織狀態向認知自組織狀態轉變，積極思考，主動學習.教師從某一蘊含物理原理的原始問題出發，引導學生觀察并描述現象，從體驗中提出問題，用問題鏈的形式推進模型建構，尋找適合的物理規律和方法，并進行推演和運算，最終解決問題.在這個過程當中，教師需要從學生認知的角度出發，引導學生歷經物理建模的過程，深化科學思維，同時調動學生的積極性，鼓勵不同思維的碰撞，培養遷移創新能力.此外，教師可繼續在基本的物理模型之上，結合現代科學技術發展，讓學生自主提出新的問題并嘗試解決問題，是進一步提升物理學科思維和關鍵能力的重要契機，是實現“從生活走向物理，從物理走向社會”重要步驟.