基于問題解決的高中物理教學(xué)實踐探索
——以魯科版“力的分解”教學(xué)為例

陳軍霞 劉玉樹

（莆田第四中學(xué)，福建 莆田 351100）

《中國高考評價體系》中的學(xué)科素養(yǎng)，是指即將進入高等學(xué)校的學(xué)習(xí)者在面對生活實踐或?qū)W習(xí)探索問題情境時，能夠在正確的思想價值觀念指導(dǎo)下，合理運用科學(xué)的思維方式與方法，有效地整合學(xué)科相關(guān)知識，運用學(xué)科相關(guān)能力，高質(zhì)量地認識問題、分析問題、解決問題的綜合品質(zhì)。［1］2017 版高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)強調(diào)：通過問題解決促進物理學(xué)科核心素養(yǎng)的達成。什么是問題解決？“問題”是需要解決的疑難；“解決”就是處理問題使之有結(jié)果；“問題解決”就是在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生在面對物理問題時，能把已有的物理觀念和科學(xué)思維用于分析、解決實際問題，在問題解決中進一步提高探究能力，增強創(chuàng)新意識，養(yǎng)成科學(xué)態(tài)度，促進物理學(xué)科核心素養(yǎng)的提升。［2］基于問題解決的物理教學(xué)，就是要培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的物理思維能力，其核心是學(xué)生的“問題解決”能力。為改革課堂教學(xué)形態(tài)，啟迪學(xué)生思維，構(gòu)建知識架構(gòu)，組織高效學(xué)習(xí)，突出對“問題解決”教學(xué)具有現(xiàn)實意義。筆者以魯科版·高中物理必修一“力的分解”教學(xué)為例，闡述在問題解決中如何培養(yǎng)高中生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的優(yōu)化策略。

一、基于問題解決的物理課堂教學(xué)設(shè)計與實踐

1.基于問題解決的教學(xué)流程

教學(xué)流程（如圖1）說明：

情境：小游戲如圖2 所示：三人趣味拔河。其做法是：首先一個男生和一個女生拔河，再三人趣味拔河。

活動1：按照前一節(jié)課學(xué)到的平行四邊形法則，在導(dǎo)學(xué)案上對已知力進行分解，通過作圖第一次發(fā)現(xiàn)問題。

活動2：在導(dǎo)學(xué)案上按照兩個方向?qū)σ阎M行分解，通過作圖第二次發(fā)現(xiàn)問題。

活動3：通過演示實驗“體會重力的作用效果”，觀察并討論如何尋找分力的方向。

活動4：通過小實驗，體會手的感受，理解沿著力的實際作用效果進行分解的實際意義。

活動5：通過小實驗探究：合力一定時，分力與夾角的關(guān)系，利用DIS 實驗加以佐證。

總結(jié)結(jié)論，利用探究結(jié)論解決實際問題。

圖1 問題解決的教學(xué)流程圖

2.教學(xué)過程

（1）新課導(dǎo)入

教師創(chuàng)設(shè)如圖2 所示的小游戲情境：三人趣味拔河。其做法是：先讓一個男生和一個女生拔河，學(xué)生觀察到的結(jié)果是男生獲得勝利；接著再三人趣味拔河，學(xué)生驚訝地發(fā)現(xiàn)女生贏了！教師適時發(fā)問：為什么在第一次拔河中拔輸?shù)呐谌巳の栋魏又锌梢暂p易拉動兩個強壯的男生？讓學(xué)生觀察現(xiàn)象，思考問題，引入新課。

圖2

本教學(xué)環(huán)節(jié)是通過趣味游戲引入，創(chuàng)設(shè)問題情境，引發(fā)認知沖突，吸引學(xué)生注意力并積極思考，營造教學(xué)氛圍和教學(xué)情境，從而使學(xué)生形成相應(yīng)的物理觀念。

（2）概念形成

在讓學(xué)生體會并猜想：女生所用的力是否能夠分解為兩個較大力而產(chǎn)生這樣的效果呢？教師展示問題1：什么是力的分解？力的分解遵循什么原則?接著和學(xué)生一起復(fù)習(xí)“力的合成”的相關(guān)知識，引導(dǎo)學(xué)生思考、歸納得出力的分解是力的合成的逆運算。這樣通過對“力的合成”“等效替代”概念的復(fù)習(xí)，得出“力的分解”的概念。

（3）方法探究

教師展示問題2：已知一個力可以分解成幾組分力？要求學(xué)生用作圖法做出已知力F 的分力。讓學(xué)生在學(xué)案上動手畫圖，思考、總結(jié)得出：將一個已知力分解，在沒有任何限定條件的情況下，可以有無數(shù)種情況。這樣讓學(xué)生在學(xué)案上對已知力進行分解，然后通過同學(xué)之間交流，教師展示學(xué)生作圖成果，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)力的分解的多解性，不唯一。

教師展示問題3：實際情境中，一個已知力到底要如何分解？讓學(xué)生實驗探究一：如圖3，用墊有海綿的斜面和擋板、鉛球進行實驗探究，觀察并用心體會重力的作用效果。教師通過演示：把鉛球放在墊有海綿的斜面和擋板之間，讓學(xué)生觀察海綿的變化情況。接著拓展性提出問題：若把垂直斜面的擋板撤掉，重球的重力產(chǎn)生哪些效果？又要怎樣分解？讓學(xué)生積極思考：①鉛球?qū)山佑|面產(chǎn)生了哪些作用效果？②要如何把重力分解呢？兩個分力的大小與斜面的傾角有什么關(guān)系？［3］教師引導(dǎo)學(xué)生建立模型，板畫作圖（如圖4）。

圖3

圖4

圖5

教師展示問題4：如何定量計算分力呢？在圖解的基礎(chǔ)上，并引導(dǎo)學(xué)生通過三角函數(shù)求分力。接著讓學(xué)生思考：若把垂直斜面的擋板改成豎直方向（如圖5），該如何分解重力？兩個分力的大小與斜面的傾角又有什么關(guān)系？［3］通過拓展性問題的解決，讓學(xué)生及時鞏固所學(xué)的方法。

教師展示問題5：力按效果分解應(yīng)該遵循什么步驟？引導(dǎo)學(xué)生思考：為什么同樣一個力分解的情況不同？教師通過生活、生產(chǎn)實例解釋按力的實際效果分解的現(xiàn)實意義。學(xué)生小組討論分析得出：在實際問題中，一個已知力按力的實際作用效果分解。并通過探究，小組討論分析總結(jié)力的分解的步驟。

本教學(xué)環(huán)節(jié)根據(jù)生活經(jīng)驗體會力的作用效果的概念，領(lǐng)悟力相互作用的物理觀念，培養(yǎng)學(xué)生的物理建模能力，培養(yǎng)學(xué)生作圖能力和利用三角函數(shù)進行數(shù)學(xué)運算的能力。通過科學(xué)探究，培養(yǎng)學(xué)生分析總結(jié)能力，提升科學(xué)思維素養(yǎng)。

（4）問題解決

教師展示問題6：水滑梯為什么比較陡?高大的橋為什么要造很長的引橋？讓學(xué)生觀察課本圖片，思考問題，分析解釋，展示思維。接著繼續(xù)讓學(xué)生進行實驗探究二：（如圖6）學(xué)生體驗、領(lǐng)悟、感知力的作用效果，并在同學(xué)間分享交流體會。之后教師展示問題7：合力一定時，分力與夾角有什么關(guān)系？引導(dǎo)學(xué)生進行實驗探究三：合力一定時，分力與夾角的關(guān)系。探尋并獲得相應(yīng)規(guī)律，最后教師演示：傳感器、鉤碼、細線，改變兩細繩間的夾角，觀察傳感器示數(shù)如何變化。學(xué)生在導(dǎo)學(xué)案上畫圖，小組討論分析得出：合力一定時，分力的大小與兩分力間夾角變化的關(guān)系。

圖6

本教學(xué)環(huán)節(jié)采取聯(lián)系實際，通過小實驗進行探究，利用DIS 實驗加以佐證，讓學(xué)生理解沿著力的實際作用效果進行分解的實際意義，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)。

（5）學(xué)以致用

學(xué)會分解的一般步驟之后，要用它來解決一些日常生活中的有關(guān)物理問題，通過利用力的分解的分析思想對實際問題的解決，有效提升分析問題和解決問題的能力。如：

①女同學(xué)為什么能輕松把男生拉動了？（小合力產(chǎn)生大分力）

②為什么刀刃的夾角越小越鋒利？讓學(xué)生思考，小組討論得出：刀刃越鋒利，夾角越小，切東西時刀刃兩側(cè)產(chǎn)生的兩分力的夾角就越大，兩分力也就越大。

③我國古代的石拱橋，為何屹立千年不倒？讓學(xué)生思考，小組討論得出：中間的石塊的重力產(chǎn)生兩個作用效果，使中間石塊壓緊兩邊的石塊，這樣石塊跟石塊之間就緊密結(jié)合在一起了。

利用物理知識解釋、解決生產(chǎn)、生活中的實際問題，培養(yǎng)科學(xué)精神、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。［4］

二、課堂教學(xué)實踐的反思

本節(jié)課緊扣教材，以展示學(xué)生思維為主要教學(xué)環(huán)節(jié)展開課堂教學(xué)，基于問題解決促進物理學(xué)科核心素養(yǎng)的提升。注重對學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)，規(guī)律教學(xué)環(huán)節(jié)清晰，情境建立新穎有趣，學(xué)生體驗豐富多彩，概念建立科學(xué)有效，科學(xué)方法潛移默化。課堂中以“趣味拔河”為情境導(dǎo)向，通過精心設(shè)計的一系列“問題串”展開教學(xué)，在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生不斷地把感性知識上升到理性知識，思維高度活躍。

1.問題導(dǎo)向，激活思維

學(xué)生是學(xué)習(xí)的主人，是解決問題的第一人。課堂教學(xué)活動是師生、生生雙邊有效互動并解決問題的過程，課堂采用“問題串”展開教學(xué)，步步為營，抽絲剝繭。本節(jié)課全程貫徹“發(fā)現(xiàn)問題—解決問題—又發(fā)現(xiàn)新問題—再解決新題—方法總結(jié)”的思想方法。通過問題導(dǎo)向，激活學(xué)生思維，以展示學(xué)生思維為主要環(huán)節(jié)的核心教學(xué)，在問題的不斷解決中提升學(xué)生的科學(xué)思維素養(yǎng)。

2.活動體驗，科學(xué)探究

物理是一門抽象的學(xué)科，對理解能力、邏輯思維能力、問題遷移能力都有一定的要求，通過一些小實驗帶來的直觀感受，有助于理解一些第一次接觸的、相對抽象的問題，同時提升了學(xué)習(xí)的專注力，增強了物理研究的興趣。本節(jié)課上采用例如課上理解斜面物體重力分解效果的演示實驗（如圖3），動手探究體驗的小實驗（如圖6），另外利用DIS 實驗，幫助學(xué)生理解，有了切身體驗，再進行理論分析，現(xiàn)代教育技術(shù)輔助，起到了更好的效果。

3.學(xué)以致用，解決問題

要提高解決問題的能力，應(yīng)重視物理基礎(chǔ)知識訓(xùn)練。本節(jié)課中學(xué)生動手畫圖，建立模型、數(shù)學(xué)運算能力的培養(yǎng)以及小實驗探究體驗，從小處著眼解決實際問題，從而學(xué)習(xí)物理知識。同時也從多方面進行探究，聯(lián)系生產(chǎn)、生活實際，學(xué)以致用。不忘實踐檢驗，科學(xué)態(tài)度與責(zé)任素養(yǎng)教育方面也得以落實。

三、結(jié)語

基于問題解決的物理教學(xué)，圍繞“問題解決”策略構(gòu)建教學(xué)目標(biāo)，認知物理規(guī)律，形成關(guān)鍵能力。立足課堂實踐，培養(yǎng)學(xué)生“問題解決”能力和創(chuàng)新能力。注重啟迪學(xué)生思維，構(gòu)建與現(xiàn)代信息技術(shù)高度融合的高效課堂，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)品質(zhì)、實踐能力和創(chuàng)新人格，提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。