從核心素養視角談物理新教材“問題”欄目的設計

葛正洪

(江蘇省震澤中學，江蘇 蘇州 215200)

核心素養是指學生在學習過程中獲得的能夠適應個人終生發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力.在教學過程中要通過情景創設和問題驅動等方式,精心設計系列學習和實踐活動,讓學生在分析和解決情景問題的過程中建構新知識,以情景化任務驅動,把學生置于問題情景中,不斷生成問題,不斷解決問題,讓他們去經歷智力探險過程發展和提升核心素養.

問題是點燃學生思維的火種,是展開合作交流的導索,問題導學是通向高效課堂的鑰匙,其關鍵是要能提出有效問題.教學設計其實就是問題設計,即設計有效問題.有效問題可以激發學生好奇心,培養學生的興趣愛好,營造獨立思考,自由探索,勇于創新的良好環境,培養學生主動學習、自主學習,也可以激起學生探究欲望,促使他們運用已有的知識,通過質疑、分析、推理,去主動建構新知識.從2019年秋季開始使用的物理新教材,在原教材的基礎上增加了一個非常新穎的欄目——“問題”,即在每節開始創設一個情景問題,以引發學生對所要學習內容的主動思考,培養學生的問題意識及提出問題的能力.本文從核心素養視角例談人教版物理新教材“問題”欄目的設計.

1 聯系生活,以問題導入新概念

第1章第4節為了導入加速度這個運動學中處于重要地位的核心概念,一開始引入生活中常見的小汽車和火車加速的問題,如圖1所示,顯然用“速度大”或“速度變化大”是不能描述這種不同的,因為它們速度都是從0達到100 km/h,速度變化量是相同的,發生這一變化小汽車只用了10 s,而火車卻用了300 s,小汽車所用時間短,速度變化快;火車所用時間長,速度變化慢.那么,應該怎樣描述速度變化的快慢呢,可以類比前一節速度的比值定義法,用速度的變化和發生這一變化所用時間的比值來描述,這個比值大表示單位時間里速度變化量大,即速度變化率大,表示速度變化快,反之,則表示速度變化慢,物理學中將這個比值定義為一個新的物理量——加速度.教材設計的問題聯系生活中學生都見到過的汽車和火車的速度變化快慢的不同,讓學生沿著問題的方向去分析、比較、類比,很快發現速度變化量和所用時間這個比值的物理意義,水到渠成構建加速度這個新概念.

圖1

2 學以致用,以問題導出新方法

為了讓學生學習體會萬有引力定律的兩大實際應用:一是可以用來間接“稱量”天體質量;二是發現未知天體.本節開始引入了情景問題(如圖2所示):在初中我們已經知道物體質量可以用天平測量,生活中物體的質量可以用電子秤或者臺秤來稱量,對于地球,我們怎樣“稱量”它的質量呢?這當然不可能用天平稱量!聯系前一節所學的萬有引力知識,若不考慮地球自轉的影響,地面上物體的重力等于地球對物體的引力,如果已知地面的重力加速度g和地球半徑R,再測出引力常量G,就可以算出地球的質量M.卡文迪許測出了引力常量G,因此他也被稱為“可以稱量地球質量”的人.教材還引用馬克·吐溫的話設置了本節第一個小標題“科學真是迷人”,卡文迪許在實驗室里測量幾個鉛球之間的作用力,就可以稱量地球,這不能不說是一個科學奇跡，讓學生深刻領悟物理學的魅力．這是萬有引力定律的一個典型應用,教材設計的問題承上啟下,讓學生沿著問題方向去思考,既復習鞏固了前面所學知識,又讓他們輕松理解并掌握間接測量質量的一種新方法.

圖2

3 邏輯推理,以問題導出新常量

第7章第4節在引入第一宇宙速度之前,如圖3所示,課本設計了這樣一個情景問題:根據平拋運動的知識我們知道,從同一座高山上平拋物體的初速度一次比一次大,落地點也就一次比一次遠,拋出速度足夠大,物體就不會落回地面,成為人造衛星,這個速度究竟有多大呢?根據衛星的向心力由萬有引力來提供,代入引力常量、地球質量、地球半徑,很容易算出這個速度為7.9 km/s,就是物體在地面附近繞地球做勻速圓周運動的速度,叫第一宇宙速度.教材設計的問題引導學生通過一步步的邏輯推理和簡單計算得到第一宇宙速度這個新常量.學生經歷過自己獨立分析和推算的過程,這個常量自然也就能深刻理解并能熟練運用.

圖3

4 形象類比,以問題導出新模型

第10章第4節在引入電容器的概念之前,用水容器作類比,給出儲存電荷的“容器”叫電容器(如圖4所示),形象直觀,類比貼切.展示實物照片,給學生提出它有怎樣的內部構造?并且用形象生動的“裝進”電荷來闡釋“充電”的概念,用“倒出”電荷來闡釋“放電”的概念.教材設計的問題類比對象為生活中常見的水容器,簡單明了,讓學生很容易就理解并建立了電容器這一元件新模型.問題的設計貼近學生日常生活,讓學生感覺到原來物理就在我們身邊,增加了學科的吸引力和親和力,提高了問題的效益.

圖4

5 引發沖突,以問題導出新觀念

第12章第4節在前一節學習了能的轉化和守恒定律之后,學生已經知道了不同形式的能量可以相互轉化,在轉化或者轉移的過程中能量的總量保持不變.能量不會憑空消失,能量守恒的觀念已經深入學生腦海,那為什么還存在能源危機呢?為什么還要節約能源呢(如圖5所示)?教材提出的問題引發學生強烈的認知沖突,急于想通過本節的學習從中得到正確的答案或合理的解釋,學生受到問題的強烈驅動,通過積極主動的自主學習后,明白了能量耗散和能量轉化有方向的道理,更進一步弄清楚了熵增原理,進而深切理解能源危機,牢固樹立必須節約能源的新觀念.

圖5

6 基于實驗,以問題導出新認識

第13章第3節在回顧初中電磁感應現象的基礎上提出問題，如圖6所示，通過學生完成自己設計的小實驗,知道切割磁感線不是產生感應電流的唯一方法,還可以有磁體和線圈相對運動,一個線圈中電流變化會在另外一個線圈中產生電流等,找到這些方法的內在聯系是回路磁通量發生變化,得出這是回路產生電流的原因.教材設計的問題啟發學生主動設計實驗方案,親身經歷實驗過程自主探究,分析比較,歸納總結,得到產生電流的所有方法的內在聯系是回路磁通量的變化,深刻理解電磁感應現象及其規律,獲得了對電磁感應本質的新認識.

圖6

學生成長需要的是發展核心素養,教學最重要的目標是讓學生帶著問題去思考、去探究,讓學生主動去發現、質疑、猜想、分析.問題設計是為實現教學目標服務.教材將學生已有的知識經驗與將要學習的知識聯系起來,依據特定的知識內容和目標,設置科學合理、難易適度的問題,問題有梯度、有層次,并且注意到問題之間的銜接和過渡以及問題前后的鋪墊和臺階,以問題為驅動,突出學生主體地位,調動學生主觀能動性,提高學生課堂參與程度,提高問題的整體效益.

教材站在學生的角度去設計和創設情景問題,提出的問題具有啟發性和很強的導向作用,引發學生沿著問題的方向去思考,積極參與探究活動,通過問題的分析和解決,就把核心素養的培育有機地融入到物理教學中,有效提升學生核心素養,使學生養成終生發展需要的必備品格與關鍵能力.