基于問(wèn)題情境培養(yǎng)高中生物理科學(xué)探究能力的策略

馮建敏

摘要：物理學(xué)科是高中階段的一門(mén)重要學(xué)科之一，其對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力和探究能力具有重要作用。教師要善于利用問(wèn)題情境培養(yǎng)高中生的科學(xué)探究能力和思維能力，在實(shí)際課堂教學(xué)過(guò)程中，要合理采用問(wèn)題導(dǎo)學(xué)的方式，創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考問(wèn)題。本文對(duì)基于問(wèn)題情境培養(yǎng)高中生物理科學(xué)探究能力的策略進(jìn)行研究。先從問(wèn)題情境的定義、創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境、培養(yǎng)高中生物理探究能力的意義和探究策略三個(gè)大的方面進(jìn)行分析討論，在培養(yǎng)高中生物理科學(xué)探究策略中，又分為四小部分：“知識(shí)實(shí)驗(yàn)聯(lián)系，創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境”“知識(shí)推廣生活，注重實(shí)際應(yīng)用”“引入物理學(xué)史，啟發(fā)學(xué)生思維”“轉(zhuǎn)換問(wèn)題角度，類比思維方式”。本文對(duì)教師基于問(wèn)題情境培養(yǎng)高中生物理科學(xué)探究能力的策略進(jìn)行了思考。

關(guān)鍵詞：高中；物理；科學(xué)探究能力；問(wèn)題情境

隨著新課程改革的推進(jìn)，普通高中物理教學(xué)更加提倡科學(xué)探究能力和思考能力的培養(yǎng)，更加強(qiáng)調(diào)構(gòu)建物理知識(shí)體系。物理是一門(mén)較為抽象的課程，學(xué)生的邏輯思維能力、空間想象能力和科學(xué)探究能力都是學(xué)習(xí)物理學(xué)科的必備能力。教師在課堂上創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境有助于高中物理課堂更加生動(dòng)化、形象化，便于學(xué)生理解枯燥乏味的物理規(guī)律，對(duì)物理產(chǎn)生濃厚的興趣。教師在課堂教學(xué)中創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境要結(jié)合班內(nèi)學(xué)生的實(shí)際情況，通過(guò)合理創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，提高學(xué)生對(duì)物理學(xué)習(xí)的積極性。學(xué)生在找到答案的同時(shí)對(duì)知識(shí)進(jìn)行思考和探索，完善自己的思維與思路。

教師在課程設(shè)計(jì)中應(yīng)注意把握教學(xué)情境問(wèn)題設(shè)置以及解決的過(guò)程，積極營(yíng)造良好課堂氛圍，學(xué)生在物理課堂中才能逐漸完善物理思維和科學(xué)探究能力。

1 ? 問(wèn)題情境

學(xué)生開(kāi)展學(xué)習(xí)活動(dòng)的環(huán)境與背景就是學(xué)習(xí)情境，學(xué)生在一定的情境中學(xué)習(xí)能夠產(chǎn)生思考和某種情感共鳴。這種情境對(duì)于學(xué)生知識(shí)體系的形成具有重要作用。問(wèn)題情境是指具有一定困難，需要學(xué)生通過(guò)思考和探索找到解決方法的情境。在問(wèn)題情境中，問(wèn)題不應(yīng)超出學(xué)生的能力范圍，使學(xué)生能夠通過(guò)思考或團(tuán)隊(duì)合作討論解決問(wèn)題。一個(gè)合適且良好的問(wèn)題情境能夠激發(fā)學(xué)生對(duì)知識(shí)產(chǎn)生好奇心和探索欲，為課堂教學(xué)營(yíng)造輕松的學(xué)習(xí)氛圍，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生思維能力、邏輯能力和創(chuàng)新意識(shí)有很大的幫助。

2 ? 培養(yǎng)高中生物理科學(xué)探究能力的意義

創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境指的是教師將知識(shí)轉(zhuǎn)化為問(wèn)題情境，促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解以及價(jià)值的判斷，是教師與學(xué)生共同分析解決問(wèn)題的教學(xué)環(huán)境。培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題意識(shí)和思考問(wèn)題的能力是創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境的主要目的。由學(xué)生自己提出問(wèn)題是最有效的學(xué)習(xí)方法之一，學(xué)生帶著疑問(wèn)和思考解決問(wèn)題，能夠進(jìn)一步提升學(xué)生的邏輯思維能力和創(chuàng)新能力。教師創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境能夠有效培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的積極性和思考問(wèn)題的獨(dú)立性，教師要組織以學(xué)生為主體的教學(xué)活動(dòng)，讓學(xué)生在探索中學(xué)習(xí)知識(shí)，在生活中運(yùn)用知識(shí)。學(xué)生將掌握的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際問(wèn)題中，學(xué)以致用，也是創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境能解決的一大問(wèn)題。這可以激發(fā)學(xué)生的物理學(xué)習(xí)興趣，發(fā)展學(xué)生的思維，培養(yǎng)問(wèn)題意識(shí)，激發(fā)學(xué)生對(duì)物理學(xué)科的探索欲，推動(dòng)學(xué)生更加主動(dòng)地進(jìn)行物理學(xué)習(xí)。教師要根據(jù)學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)能力進(jìn)行問(wèn)題情境的創(chuàng)設(shè)，合理設(shè)置問(wèn)題的難度，既要激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又要對(duì)學(xué)生的思維能力提升有所幫助。這樣，才能讓學(xué)生在思考問(wèn)題的過(guò)程中有收獲。

3 ? 基于問(wèn)題情境培養(yǎng)高中生物理科學(xué)探究能力的策略

3.1通過(guò)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境

在物理教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)是幫助學(xué)生理解知識(shí)、提高動(dòng)手能力的重要手段。實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚋又庇^地創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，許多物理概念和規(guī)律的總結(jié)是由多次實(shí)驗(yàn)得來(lái)的。在物理課堂中，實(shí)驗(yàn)的加入能使物理知識(shí)變得更加生動(dòng)形象，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲，引導(dǎo)學(xué)生深入思考問(wèn)題。利用實(shí)驗(yàn)與物理知識(shí)相結(jié)合的方式創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，可以充分激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的熱情，使學(xué)生能夠更明確自己的學(xué)習(xí)目標(biāo)與學(xué)習(xí)過(guò)程中存在的問(wèn)題。教師可以先為學(xué)生提供一道實(shí)際問(wèn)題，讓學(xué)生進(jìn)行解答后通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證自己的思考方向和解題思路。例如，在圖1所示的電路中，電源的內(nèi)阻不能忽略。已知定值電阻R1=10Ω，R2=8Ω。當(dāng)單刀雙制開(kāi)關(guān)S置于位置1時(shí)，電壓表讀數(shù)為2V。當(dāng)S至于位置2時(shí)電壓表讀數(shù)可能為多少？由公式可解得，電壓的范圍在1.6V～2V之間。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室實(shí)際連出圖中電路，單刀雙擲開(kāi)關(guān)分別撥到1和2處，觀察電壓表示數(shù)，通過(guò)電壓表示數(shù)反映電路具體電壓。結(jié)合實(shí)際問(wèn)題，對(duì)歐姆定律概念和公式進(jìn)行更深刻的理解。讓學(xué)生通過(guò)實(shí)際問(wèn)題建立電壓與電流之間的聯(lián)系，利用物理概念解決物理實(shí)際問(wèn)題。在物理教學(xué)中創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境時(shí)，教師可以利用知識(shí)與生活結(jié)合的素材，利用物理實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)物理知識(shí)進(jìn)行分析、推導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并提出問(wèn)題。

通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)，也可以合理創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境。教師將演示實(shí)驗(yàn)引入課堂，能夠讓學(xué)生通過(guò)觀察演示實(shí)驗(yàn)，更好地理解實(shí)驗(yàn)結(jié)果。就像伽利略在比薩斜塔向下扔兩個(gè)不同重量的小球而得出物體下落的時(shí)間與物體質(zhì)量無(wú)關(guān)。教師也可以向?qū)W生演示兩個(gè)不同材質(zhì)、不同重量的薄片從同一高度掉落，掉落的時(shí)間幾乎相同。這樣能夠讓學(xué)生對(duì)速度公式有更加深刻的記憶，激發(fā)學(xué)生對(duì)物理科學(xué)知識(shí)的探究欲望。

3.2聯(lián)系生活實(shí)際，注重知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用

在物理知識(shí)的學(xué)習(xí)中，教師應(yīng)充分將生活實(shí)際與所學(xué)知識(shí)相結(jié)合，創(chuàng)設(shè)更加適合課堂和學(xué)生實(shí)際學(xué)習(xí)情況的問(wèn)題情境，激發(fā)學(xué)生對(duì)于物理學(xué)科的學(xué)習(xí)興趣，降低學(xué)生理解抽象的物理知識(shí)的難度，提升學(xué)生在物理知識(shí)方面的視野和學(xué)生對(duì)物理現(xiàn)象的認(rèn)知能力。教師要分析學(xué)生平時(shí)可以接觸到的實(shí)際生活情況，將學(xué)生能接觸到的實(shí)際生活事例和物理知識(shí)聯(lián)系起來(lái)，創(chuàng)設(shè)生活化的問(wèn)題情境。教師要加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的引導(dǎo)，讓學(xué)生通過(guò)課堂創(chuàng)建的問(wèn)題情境建立將物理知識(shí)和自己生活實(shí)際聯(lián)系起來(lái)的物理思維，從而提升學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解應(yīng)用能力。例如，在“靜摩擦力”這部分的課程教學(xué)中，教師可以在正式講授課堂知識(shí)前挑選同學(xué)進(jìn)行夾玻璃球比賽，通過(guò)小組合作的形式，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)夾到玻璃球最多的小組獲勝。這不僅考驗(yàn)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力，而且使學(xué)生產(chǎn)生疑問(wèn)，為何有的同學(xué)能很輕易地夾起玻璃球，而有的同學(xué)無(wú)論如何變換方式依然很難做到。在學(xué)生感到疑惑的同時(shí)，教師直接追加問(wèn)題：為什么其中一位同學(xué)能用筷子夾起那么多球？為什么兩本書(shū)的書(shū)頁(yè)交叉疊放在一起后很難拉開(kāi)？在學(xué)生討論問(wèn)題的時(shí)候，教師引入本堂課的重點(diǎn)——靜摩擦力，有了之前的問(wèn)題情境預(yù)設(shè)，學(xué)生對(duì)靜摩擦力的概念理解得更加深刻，在無(wú)形中也深化了學(xué)生的物理學(xué)科能力。在學(xué)生初步了解靜摩擦力之后，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步深化理解問(wèn)題，將靜摩擦力、動(dòng)摩擦力、重力拉力等聯(lián)系在一起。例如，如圖2所示，在斜面上放置一物體靜止不動(dòng)，該物體受重力G、彈力N和靜摩擦力f的作用，該物體的受力示意圖正確的是哪一個(gè)。學(xué)生由學(xué)過(guò)的重力、摩擦力知識(shí)分析可得，重力的方向總是豎直向下的，物體受到的彈力總是與接觸面垂直的，故A、B錯(cuò)誤。而C的方向是向下的斜面對(duì)物體，彈力方向應(yīng)該是垂直斜面向上的，故D正確。物體放在斜面上有個(gè)向下的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，故摩擦力的方向應(yīng)該是沿斜面向上的。

再如，在教學(xué)“勻速圓周運(yùn)動(dòng)”這一知識(shí)點(diǎn)時(shí)，可以列舉實(shí)際生活中的案例。在洗衣機(jī)脫水時(shí)，水滴會(huì)做離心運(yùn)動(dòng)，水滴由于慣性做圓周運(yùn)動(dòng)。在水滴做圓周運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，總有沿著切線方向飛出去的傾向。但由于向心力的束縛，使水滴保持受力平衡，一旦向心力消失，水滴就沿切線方向飛出。這種情況在合力不足以提供水滴所需向心力時(shí)，物體雖然不會(huì)沿切線飛出，但也會(huì)逐漸遠(yuǎn)離。洗衣機(jī)用的就是這一原理進(jìn)行脫水，將洗滌衣物放入脫水桶，使脫水桶帶動(dòng)濕衣物高速運(yùn)轉(zhuǎn)，利用離心力將衣物的水分甩干，這樣脫水率高，不傷衣物，甩干效果好。離心力大小與脫水桶半徑成正比，因此離心力越大，脫水效果越好。教師將大量的物理知識(shí)引入課堂，將知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際生活，能使學(xué)生學(xué)到知識(shí)后在生活中運(yùn)用得更加熟練，也能開(kāi)拓學(xué)生的物理思維，培養(yǎng)物理科學(xué)探究能力。

3.3引入物理學(xué)史，啟發(fā)學(xué)生思維

教師還可以通過(guò)在課堂上引入物理學(xué)史創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，讓學(xué)生在教師創(chuàng)設(shè)的問(wèn)題情境中體會(huì)物理學(xué)家在探索物理規(guī)律過(guò)程中的努力，從而對(duì)物理學(xué)知識(shí)的理解更加深刻，啟發(fā)學(xué)生的思維，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究能力。例如，教師在教學(xué)萬(wàn)有引力定律的應(yīng)用時(shí)，可以為學(xué)生設(shè)置有關(guān)萬(wàn)有引力定律的問(wèn)題情境：我們都生活在地球上，是否能夠測(cè)量出地球的質(zhì)量呢？教師可以引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)萬(wàn)有引力定律的公式猜想牛頓是如何通過(guò)萬(wàn)有引力公式測(cè)量出地球質(zhì)量的。教師提出一個(gè)關(guān)于牛頓曾經(jīng)做出的猜想：假設(shè)在山頂上一個(gè)人沿水平的方向扔出石頭，石頭由于受到地球引力的作用，會(huì)經(jīng)過(guò)一條拋物線的運(yùn)動(dòng)，那么石頭的運(yùn)動(dòng)情況會(huì)如何變化呢？教師通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生思考這些問(wèn)題，讓學(xué)生身臨其境體驗(yàn)科學(xué)家思考問(wèn)題的方式，有助于學(xué)生養(yǎng)成良好的思維習(xí)慣。例如，教師給出如下萬(wàn)有引力定律習(xí)題：卡文迪許把自己的實(shí)驗(yàn)說(shuō)成稱地球的重量，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)是測(cè)量地球的質(zhì)量，如果已知引力常量G、地球半徑R和地球表面重力加速度g，計(jì)算地球的質(zhì)量m和地球的平均密度各是多少。讓學(xué)生置身于科學(xué)物理學(xué)史之中，體會(huì)偉人的解題思路，啟發(fā)學(xué)生的思維。可以根據(jù)在地球表面萬(wàn)有引力等于重力，先計(jì)算出地球質(zhì)量，再根據(jù)密度等于質(zhì)量除以體積求解。這樣能夠使學(xué)生更加深入地理解公式的運(yùn)用和公式之間的聯(lián)系，熟練掌握知識(shí)，并形成體系。

3.4轉(zhuǎn)換問(wèn)題角度，類比思維方式

學(xué)生通過(guò)變換角度思考問(wèn)題，多角度、全方位地認(rèn)識(shí)物理學(xué)科和知識(shí)，能夠更準(zhǔn)確地理解概念，掌握規(guī)律。教師從多個(gè)方面設(shè)計(jì)問(wèn)題，用多種解法得出答案，有助于學(xué)生更好地構(gòu)建知識(shí)體系。例如，教師在講授“運(yùn)動(dòng)合成與分解”這一課時(shí)，學(xué)生會(huì)接觸到新的物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律——平拋運(yùn)動(dòng)，可以將平拋運(yùn)動(dòng)分解為勻速直線的水平運(yùn)動(dòng)和自由落體的豎直運(yùn)動(dòng)。教師可以向?qū)W生提出問(wèn)題，設(shè)置問(wèn)題情境。將平拋運(yùn)動(dòng)分解成兩個(gè)更加簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)是根據(jù)怎樣的原理呢？平拋運(yùn)動(dòng)有什么特點(diǎn)呢？可以運(yùn)用前面學(xué)習(xí)的勻速直線運(yùn)動(dòng)和自由落體的相關(guān)知識(shí)，通過(guò)轉(zhuǎn)變角度解答平拋運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題。學(xué)生通過(guò)知識(shí)的積累，將平拋運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為自由落體運(yùn)動(dòng)和勻速直線運(yùn)動(dòng)后，教師可繼續(xù)設(shè)置問(wèn)題情境進(jìn)行追問(wèn)：還有哪些運(yùn)動(dòng)可以像平拋運(yùn)動(dòng)一樣被分解為兩種更簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)呢？類比來(lái)講，在學(xué)習(xí)斜上拋運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，可以將斜上拋運(yùn)動(dòng)分解成兩段，一段是上拋運(yùn)動(dòng)，一段是平拋運(yùn)動(dòng)。上拋運(yùn)動(dòng)可以分解成豎直方向的豎直上拋運(yùn)動(dòng)和水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)。同樣也可以利用勻速直線運(yùn)動(dòng)和豎直方向自由落體、豎直上拋運(yùn)動(dòng)的公式解決此類問(wèn)題。許多事物之間都存在相似性，運(yùn)用類比的方法思考問(wèn)題，有助于學(xué)生理解問(wèn)題，對(duì)物理知識(shí)掌握得更加透徹。比如，在學(xué)習(xí)“電場(chǎng)能和電場(chǎng)差”這一課時(shí)，電場(chǎng)力可以和重力放在一起比較二者區(qū)別與聯(lián)系，電場(chǎng)力做功類比重力場(chǎng)做功，等勢(shì)線類比成等高線，電勢(shì)中的變化關(guān)系與重力勢(shì)能的變化關(guān)系可以類比創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，例如，教師可以就電勢(shì)能與重力勢(shì)能之間的區(qū)別和聯(lián)系對(duì)學(xué)生進(jìn)行提問(wèn)，帶領(lǐng)學(xué)生思考。教師通過(guò)詳細(xì)的講解與對(duì)比，兩種勢(shì)能都是與力之間相聯(lián)系，該種力與做功大小和路徑無(wú)關(guān)，電場(chǎng)力和重力都具有這樣的特征。當(dāng)電荷或重物做功時(shí)，使其動(dòng)能增加。從能量守恒的角度來(lái)看，動(dòng)能增加的來(lái)源是電荷或重物的勢(shì)能，前者稱為電勢(shì)能，后者稱為重力勢(shì)能。動(dòng)能的增加來(lái)自相應(yīng)勢(shì)能的下降，也可理解為力的做功等于勢(shì)能的下降。因此兩種勢(shì)能的區(qū)別在于與之相聯(lián)系的力一個(gè)是電場(chǎng)力，一個(gè)是重力。而聯(lián)系就在于二者都是具有同種特征的力。通過(guò)類比的思維對(duì)知識(shí)進(jìn)行比較，可以加快學(xué)生對(duì)新知識(shí)的接受能力和已學(xué)知識(shí)的再次理解，也為進(jìn)一步學(xué)習(xí)奠定了良好的基礎(chǔ)。

綜上所述，高中物理教師合理創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，可以活躍物理課堂教學(xué)氛圍，引發(fā)學(xué)生的思考和探索，培養(yǎng)和提升高中生物理科學(xué)探究能力和思維能力，構(gòu)建完善的物理學(xué)習(xí)體系。教師通過(guò)問(wèn)題情境進(jìn)行正向引導(dǎo)，由此激發(fā)學(xué)生對(duì)于物理學(xué)科的探索興趣，通過(guò)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境幫助學(xué)生形成正確的思考方式。將課堂所學(xué)知識(shí)融入生活，拓寬學(xué)生的視野，讓學(xué)生充分做到學(xué)以致用，教師的教學(xué)思路也要時(shí)刻緊跟時(shí)代步伐，運(yùn)用各種資源提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極性，為學(xué)生以后的物理以及其他需要物理思維、科學(xué)探究能力、邏輯思維能力科目的學(xué)習(xí)奠定良好的基礎(chǔ)。

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