提高學生物理情境化問題的處理能力，培養學生科學核心素養

葉曉山 奚俊嵩 羅婕妤

（揚州大學物理科學與技術學院 江蘇·揚州 225002）

培養學生的科學素養是中學物理教育的核心指標。在實現這個目標的過程中，以問題為導向的情境化物理教學和對情境化物理問題的處理是新課改以來逐步被關注的一種有效提升學生科學素養的方法。在課堂的教學實踐中，情境化物理教學正被越來越多的應用于對物理知識，物理過程和物理方法的傳授中。而情景化教學的成效如何，特別是對學生核心素養的培養效果如何，目前一個重要的檢驗手段是通過情境化物理問題的處理來檢驗的。這樣的檢測在高考和物理競賽中體現的尤為明顯。我們通過調查發現，雖然情境化物理教學的方式在課堂教學中是受十分受學生歡迎的，但是學生在自己處理情境化物理問題時效果卻并不十分理想。本文通過對近些年高考和物理奧賽試題的分析來討論如何有效的提高學生物理情境化問題的處理能力。

1 物理情境化問題研究的意義

情境化問題與模型化問題有很大的不同。模型化問題是將物理概念，規律等模型化，通過設計一系列的理想模型來達到學習物理知識的目的。而情境化問題是指在真實的情境中將物理問題的量賦予一定的現實意義，從而實現物理生活化、社會化的意義。通過與現實問題相聯系來鍛煉學生運用物理知識和物理思維來解決問題的能力。所以從這個意義上來講，情境化習題促進學生的社會化能力發展的一個重要手段。第二，情境類問題還具有一定的教育功能：學生在處理情境化問題時需要扎實的物理基礎知識，還要具備將境問題轉化為物理問題的能力，也就是問題模型化的能力。所以對情境化問題的處理不僅可以達到鞏固物理知識、概念和規律，還可以激發學生的學習興趣，主動構建和內化所學知識。第三，情境化問題還能培養學生的思維能力和想象力，提高學生的理性思維特質。情境類問題的處理要求學生還要有對情境的很好的想象力和理解力，要求學生對問題理解要全面、判斷要準確、分析要合理、綜合能力要突出。

2 物理情境化問題在高考和競賽中的特點

下面我們從幾個維度來分析了近年物理情景化問題在高考試題和奧賽試題中的特點。我們先從縱向和橫向兩個維度來分析。先從縱向維度。宋亞杰等對2008—2017年江蘇高考物理卷情境化試題進行了對比研究。各類情境化試題總的趨勢是占比越來越大。從橫向來看，前幾年主要是社會生活的，近些年可以看到，新科技，航天，新材料等所占的比例也越來越大。其中熱點問題是考察的重點來源，如航天類問題。再從對學生的能力考查維度來看，物理全國卷情境化命題對學生物理知識考查過程中，更加注重強調對學生的物理思維，探究能力和物理綜合能力的考察。（1）在重視學生的探究能力方面。結合全國卷1理科綜合物理試題的命題來看，通過提供新材料，創設新情境，考查學生運用提供的物理信息來進行物理探究的能力。（2）考察學生的思維能力方面。“情境化習題”一般要求在充分理解情境題意的基礎上，不但要能建立相應的物理模型，還需要經過適當的邏輯推理和對物理定律能正確的應用，然后形成邏輯清晰的書面表達。這個分析物理事件或物理狀態的過程要求學生有很好的推理能力。（3）考察學生的綜合能力。真實的情境化問題本身有很多鋪墊性的描述，這就需要學生能夠從這些輔助性的文字敘述中找出起關鍵的因素，抓住主要矛盾，然后將主要的物理問題分解為一系列相關的簡單的子問題，在根據條件將他們有機的聯系起來。這要求學生有很好的分析綜合能力。在全國卷1理科綜合物理情境化試題設置過程中，對雙基的考察，其中之一就是考查學生對物理基礎知識的掌握情況。在這一考察過程中，通過情景化試題設置物理情境，要求學生通過閱讀材料，挖掘其中的重要信息。考查學生提取信息和運用信息的能力。可以看出，雖然是考查基本知識，但這樣的考查方式使考試的區分度得以提升。

在對學生綜合能力考查過程中，還涉及到學生的識記能力、對物理事件的理解能力、對物理規律的應用能力。例如2020全國I卷高考物理試題16考查了生活中的蕩秋千問題，注重對學生的綜合能力進行把握，考查學生對體育運動的理解、運動階段特征的想象和分析、牛頓定律和圓周運動定律的理解。通過對運動過程的分析，使學生把關鍵物理階段的運動特征，對蕩秋千這一物理事件運用的物理知識進行分析評判，正確選擇合適的物理規律，突出了學生的物理思維。

3 學生處理物理情境化習題的難點

情境化問題雖然更接近真實的物理過程，但是我們發現學生在處理情境化問題時效果卻并不理想。我們分析認為。對學生來說情境化問題的難點有以下幾個方面的原因：

一是缺乏對情境化問題進行物理模型的轉化能力和意識。如：2019年全國I卷理科綜合高考真題18：籃球架下的運動員原地垂直起跳扣籃，離地后重心上升的最大高度為H。上升第一個所用的時間為t1，第四個所用的時間為t2。不計空氣阻力，則滿足

此題能將籃球動員原地垂直起跳扣籃的運動看成是質點豎直上拋的物理模型，則結果是顯而易見的。

二是不能有效的對情境化問題的物理量進行提取。如：2019年全國I卷理科綜合高考真題15：空間存在一方向水平向右的勻強電場，兩個帶電小球P和Q用相同的絕緣細繩懸掛在水平天花板下，兩細繩都恰好與天花板垂直，則（ ）

A.P和Q都帶正電荷 B.P和Q都帶負電荷

C.P帶正電荷，Q帶負電荷 D.P帶負電荷，Q帶正電荷

顯然此題列動力學方程的關鍵是題目所給提示：兩細繩都恰好與天花板垂直。

三是生活經歷不足或對生活情境缺乏想象力。如：2020全國I卷高考物理試題16：一同學表演蕩秋千。已知秋千的兩根繩長均為10m，該同學和秋千踏板的總質量約為50kg。繩的質量忽略不計。當該同學蕩到秋千支架的正下方時，速度大小為8m/s，此時每根繩子平均承受的拉力約為（ ）

A.200N B.400N

C.600N D.800N

此題以同學表演蕩秋千為情境，考查學生的力學規律。如果生活經歷或想象力不足，則難于對牛頓第二定律和圓周運動規律的正確理解和應用。

4 提高學生處理物理情境化習題的措施

結合物理全國卷情境化試題和物理奧賽的一些試題和以上的分析，我們對可以從以下幾個方面來調高學生處理物理情境化習題的能力。

4.1 在教學環節擴展教學情境來源，拓寬學生的知識范圍

物理情境可以從以下幾個方面進行發掘。（1）根據科技內容進行改編一些情境類問題。如衛星和天體類問題等。（2）將日常生活中的現象與物理知識有機結合。如全國第37屆奧賽決賽中的高鐵和臺球問題。（3）根據游戲娛樂類節目進行改編。（4）自己根據物理課本的教學內容進行改編。在對情境問題的分析過程中。我們認為應加強以下五個步驟的鍛煉。一是每一類情境問題的物理思想是什么，或者說物理知識是什么。第二，這樣的物理思想是如何在情境中體現的。第三，根據物理體現過程如何建立相應的物理模型。第四，如何從物理過程中提取模型相應的物理信息。第五，如何依據物理模型做具體的數學處理和給出結論。

4.2 在學生的學習環節加強學生的主體性和學習的開放性

基于情境化問題的特點，在學生的學習過程中，要注重把握學生學習的主體性。引導學生對物理知識特別是情境分析進行自主學習和自主探究，適當的加強學生的發散思維訓練。教師在引導學生學習的過程中加強學習的開放性。引導學生進行合作、探究，以提升學生的物理學習能力和解題能力。這一過程中，教師可以布置開放性的作業，如開展社會物理現象調查、撰寫科技前沿筆記，使物理知識更貼近學生的日常生活。

4.3 培養學生信息處理方面的能力

學生在探究實踐中需要運用已掌握的知識去分析解決實際問題。對情境中的有效的信息的提取和整合信息的能力是探究活動的前提條件。培養學生初步的收集和整合信息的能力既是新課程標準的要求，也是全國高中應用物理知識競賽活動的能力要求。

4.4 培養學生獨立思考的習慣和敢于創新的精神

真實的物理問題在現象表現上往往是紛繁各異，錯綜復雜的，而物理實質通常是隱藏在這些不同表象之后，所以在實際面對各式各樣的物理情境時，要求學生需要通過獨立地思維活動思考物理實質，對情境表象能去偽存真，能由表及里地認識真實的物理過程。對新現象要有敢于創新的處理精神。即使是老問題，也要鼓勵學生能敢于脫離習慣，敢于創造性地解決問題。以便對物理過程有更加深入的認識。

綜上所述，基于對情境化問題的分析，本文探討了情境化問題的意義、選材、學生處理的難點和建議采取的措施等。闡述如何加強在課堂教學和生活實踐中對學生探究能力的培養。為落實中學物理研究性教學和如何培養學生的核心素養提供了有益的參考。