問題驅動下的物理深度學習策略研究

施葉軍

摘 要：在課堂教學中落實物理學科的核心素養是課程改革的根本目標，文章基于核心素養視角，提出問題驅動下的物理深度學習：以高階思維的發展和實際問題的解決為學習目標，強調情境與問題的綜合運用，通過系列問題來組織和推動學習過程，即整個物理教學設計均以問題為導向，創設問題情境，通過問題進行任務分解，通過問題設計進行深度學習，通過問題解決培育物理學科的核心素養。

關鍵詞：問題驅動;深度學習;核心素養;素養分析

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 收稿日期：2020-06-29 文章編號：1674-120X（2020）33-0072-03

一、研究緣起

核心素養視角下的物理課堂以促進人的發展為根本依據，而知識是素養的載體，這要求我們挖掘知識的內涵，關注知識背后的知識。課堂是學生獲取知識、培養素養的重要陣地，解決問題、獲得新知是獲取知識的最佳途徑。這就對物理教學中的問題設計提出了全新的要求：問題情境創設要基于事實，問題分析要促進學生思維拓展，問題解決要促進學生發展。

二、概念界定

我們提出的問題驅動下的物理深度學習，即整個物理教學設計均以問題為導向，創設問題情境，通過問題進行任務分解，通過問題設計進行深度學習，通過問題解決培育物理學科的核心素養。

創設的情境中蘊含著學習任務，創設基于原始問題的物理情境能凸顯研究問題的真實性與生活性。問題驅動推動著深度學習，問題驅動的設計強調通過系列問題（問題串）來推動學生的深度學習，使其完成主動建構。問題解決強調情境與問題的綜合運用，以解決實際問題為學習目標，培養學生的高階思維，指向物理學科的核心素養。因此，我們提出的問題驅動下的物理深度學習的教學設計關系可以用圖一表示。

三、操作策略

深度學習的過程也是問題設計的過程，精心設計問題，把知識轉化為問題，將問題融于情境之中，做到知識問題化、問題情境化，讓學生在物理情境中思考問題，通過質疑、分析、推理、建模等進行主動建構，從而在解決問題中落實素養目標。

在深度學習中，教師可通過問題驅動學生的深度學習，發展學生的高階思維，促進學生核心素養的形成與發展，把核心素養的落實滲透于整個問題設計與解決的過程之中。我們對物理學科的核心素養進行了層級分類，以便在教學中針對不同內容落實不同素養。整個問題驅動教學設計如圖二所示。

根據物理教學目標的不同，我們可以根據教學任務的特點研究問題驅動下深度教學的操作策略。

（一）創設情境型問題，激發探究動力

物理學的許多知識廣泛應用于社會生產與生活之中，基于物理學科的特點，我們在物理課堂中創設真實的社會生活情境，將知識融于情境中。在教師引導學生對情境問題進行分析的過程中，學生既培養了篩選有效信息、運用知識解決問題的能力，也樹立了“物理源于生活，又高于生活”的學習觀。

例如，在交變電流的教學中，教師可以根據教學內容和學生的認知起點，巧借“地磁”情境，創設磁生電的情境問題，激發學生的探究動力。教學設計如下：

【創設情境】任務一：定性認識交流電——創設情境生活化。

問題1：地球磁場的分布特點是什么？能否利用地磁場產生電流？

問題2：如何設計實驗器材？（繞制一個多匝矩形線框，設置轉動軸）

問題3：如何進行實驗操作？（使線框勻速轉動，用微電流傳感器測定電流）

問題4：如何分析實驗現象？（產生變化的電流，定性分析電流大小）

設計意圖：教師以生活中的地磁場為實驗磁場，通過理論的分析與實踐的設計操作，將物理知識融入生活中，以生活化的情境創設激發學生探究的興趣。

【主動建構】任務二：定量探究交流電——主動建構模型化。

問題5：畫出線框轉動一周的過程中四個特殊位置（上下左右）的平面圖。

問題6：在矩形線框轉動過程中，找出產生感應電動勢的邊長（即電源）。

問題7：在矩形線框轉動過程中，電流的最大值與最小值的位置是？

問題8：在矩形線框轉動過程中，電流的方向如何變化？

問題9：在矩形線框轉動過程中，磁通量φ及φ的變化率的特點？

設計意圖：教師由定性分析到定量的分析，激發了學生的探究動力，通過情境分析，由復雜到抽象的分析，提高了學生分析問題的能力，培養了學生的高階思維能力和物理模型能力。此外，教師通過設置層級合理、層層深入的問題，引發了學生的認知沖突，提高了學生解決真實問題的能力。

【問題解決】任務三：課后體驗交流電——問題解決生活化。

問題10：設計能發電的跳繩。（用導線作跳繩）

問題11：如何判斷電流的產生？（應用靈敏電流表）

問題12：如何設計增大電流？（應用網線首尾相連增加導線數量）

設計意圖：將設計一根能發電的跳繩作為學生的課外探究任務，提升學生科學研究物理問題的能力;同時讓學生體驗“物理源于生活，又服務于生活、應用于生活”的理念，體會物理知識的實用價值。

【素養分析】在物理課堂中，教師通過創設基于社會生活的情境問題，激發學生的探究積極性，喚醒學生思維的興奮度。這對培育學生的科學思維、科學探究能力有十分積極的作用。

（二）創設遞進型問題，幫助知識建構

學生對知識的建構是一個螺旋上升的過程，認知水平也是一個從簡單到復雜、由感性到理性的過程。因此，教師可以創設“遞進型”問題，幫助學生進行知識建構，通過問題串，來引導學生由點及線、由線及面地構建知識網絡與體系，促使知識向關鍵能力轉化。

以摩擦力教學為例，我們在探究靜摩擦力和滑動摩擦力的產生條件時，設置“遞進型”問題，組織比比誰的力氣大的活動，即將一根一米長的玻璃棒一端涂有洗潔精，請上一男一女兩名學生進行“拔河”比賽。

【創設情境】任務一：摩擦力產生的條件初探——創設情境真實化。

問題1：猜猜男生與女生誰能取得“拔河”比賽的勝利？

問題2：兩名同學與玻璃棒間有摩擦力嗎？什么時候才受到摩擦力作用？

問題3：他們的手和玻璃棒間的摩擦力是同類摩擦力嗎？

設計意圖：學生通常會認為，靜止的物體受到靜摩擦力影響，而運動的物體間存在滑動摩擦力。教師應通過設置情境，讓學生暴露錯誤，引發認知沖突，再糾正錯誤，強調摩擦力的本質問題，讓學生加深理解。

【主動建構】任務二：摩擦力概念的精準理解——主動建構深度化。

問題4：靜摩擦力一定發生于靜止的物體之間嗎？

問題5：運動的物體受到的摩擦力一定是滑動摩擦力嗎？

問題6：如何精準理解滑動摩擦力中的“動”與靜摩擦力中的“靜”？

問題7：摩擦力產生的條件如何表述？

設計意圖：教師通過問題的層層深入，來引發學生對摩擦力這一中心問題的深度思考和討論，在問題的解決過程中幫助學生進行知識建構，深入理解摩擦力這一物理觀念，同時也將對知識本身的理解向高階思維進化。

【問題解決】任務三：摩擦力實例的分析研判—— 問題解決遷移化。

問題8：汽車的前后輪摩擦力的分析判斷。（驅動輪在后）

問題9：汽車上花紋的作用分析。（輪胎的花紋起到排水的作用，防止打滑）

問題10：汽車輪胎上各個參數的分析。（195 65 R16 91V）（四位數字如4420）

設計意圖：教師設計具有真實背景與開放性的問題，讓學生通過觀察生活中的物理現象，獲得與物理過程相關的體驗，理解物理概念，通過問題的解決將物理知識同化，培養學生科學探究的能力。

【素養分析】物理觀念是物理學的基礎，我們在課堂教學中如果僅僅是進行知識的平直傳遞，沒有喚起學生的認識沖突，就很難讓學生做到對知識進行系統的建構與同化，也很難培養學生的物理學科核心素養。

（三）創設質疑型問題，突破思維定式

深度學習是基于理解的學習，如果在學習過程中缺乏對物理規律等知識的深度思考，僅對知識形成表面化認知，會于無形中形成錯誤的物理觀念，所以教師應創設質疑型問題，培養學生的質疑、反思能力，幫助學生有效地突破思維定式。

例如，在進行“超重與失重”現象教學后，教師會發現學生對“超重與失重”的理解是有固定性思維缺陷的。為彌補這一類思維定式引起的理解缺陷，我們在教學中可以通過設計一系列質疑型問題，幫助學生突破思維定式。

課前準備實驗器材：在裝滿清水（里面滴幾滴紅墨水，增加實驗效果）的可樂瓶側面沿同一豎直面開幾個小孔（在瓶蓋上打一個孔與大氣相通），我們會看到幾柱水流從側面噴射出來的現象。

【創設情境】任務一：超重與失重現象初探——創設情境簡易化。

問題1：如何操作實驗，可以使水不從側面噴射出來？（向下自由下落時）

問題2：如果瓶子向上豎直拋出，水是否會加速從側面噴射出來？（實驗驗證）

設計意圖：教師通過設計正向思維實驗，讓學生體驗成功;再設計逆向實驗，打破學生的思維認知，引發認知沖突，激發學生的探究欲望。

【主動建構】 任務二：超重與失重現象深析——主動建構層次化。

問題3：如果將瓶子水平拋出，水是否會加速從側面噴射出來？（實驗驗證）

問題4：如果將瓶子斜向上拋出，水是否會加速從側面噴射出來？（實驗驗證）

問題5：如果將瓶子斜向下拋出，水是否會加速從側面噴射出來？（實驗驗證）

設計意圖：教師在教學中通過進行同一裝置的實驗，層層推進實驗演示，產生了更具質疑性的新問題，不斷激發學生對“超重與失重”現象進行深度思考，最后學生得出“當加速度豎直向下時，物體處于失重的狀態，與速度的方向無關”的結論，這是一種超越表層學習的深度生成。

【問題解決】任務三：超重與失重現象展析——問題解決拓展化。

問題6：游樂園中的游客乘坐蛙跳機時的超重與失重分析。

問題7：分析小汽車過橋頂與涵洞時的超重與失重。

問題8：觀看影片《流浪地球》與《火星救援》片段，分組討論影片中的超重與失重現象。

設計意圖：在進行概念與規律的學習后，拓展與實踐是概念與規律深度生成的必經之路。學生通過分析物體在直線運動、曲線運動和太空中運動時出現的“超重與失重” 現象，加深對“超重與失重”現象的本質認識，培養應用科學思維解決物理問題的高階思維，突破“想當然”的思維定式。

【素養分析】物理概念與規律是物理學科的核心內容，同時也是學生核心素養落實的重要載體。我們在課堂教學中應通過質疑型問題的驅動，糾正學生思維定式帶來的理解上的偏差，讓學生掌握物理規律的本質，實現從知道物理規律向應用物理規律層級的飛躍。

四、效果分析

深度學習的意義在于幫助學生理解物理的學科思想、學科思維和學科價值，這需要我們在教學中將情感與態度等非認知素養融入教學之中，通過問題解決基于真實、基于復雜的實際問題，使教學過程成為學生認知素養與非認知素養協同發展的過程。

（一）培養學生的問題意識

問題驅動下的深度學習，是根據教學要求，結合教學內容，科學地創設問題情境，引導學生參與課堂，主動生成知識的一種教學方式。學生在真實的問題情境中通過發現問題—研究問題—解決問題，系統建構知識，發展綜合能力，進而培養發現問題、解決問題的能力。

（二）增強學生的探究能力

通過問題設計、問題串的驅動，讓學生在一個個與“前概念”相矛盾的問題情境中前行，更好地激發學生的探究欲望。讓學生基于問題引導，探索知識，掌握技能，學會思考，學會合作，學會學習。學生通過物理問題的探究，培養了科學探究素養，培養了科學態度與責任，增強了探究能力。

（三）培育學生的核心素養

深度學習理念指導下的課堂教學，以學生核心素養培養為目標，旨在構建深度的學習課堂，改革教學的方法與過程，關注學生個體知識的建構和應用，創設有利于學生能力發展的學習和真實情境。在深度學習中讓學生運用科學方法去解決實際問題，能夠幫助學生實現學習遷移，促進學生主動、深入地學習，從而在問題解決中培育學生的核心素養。

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