基于物理觀念的高中物理問辯式教學研究

◎ 海南省澄邁縣華東師范大學澄邁實驗中學 王 莉◎ 海南省海口市教育研究培訓院 張 華

高中物理課程標準要求學生以“物理觀念”為引領，結合“科學思維”培養，通過“科學探究”獲得物理知識，最終形成“科學態度與責任”。物理觀念是物理學科核心素養的第一個維度，是其他三個維度的重要載體。物理觀念的形成和發展要貫穿于整個高中物理學習階段，是一個思維不斷進階的過程，這恰與問辯式教學的本質不謀而合。

問辯式教學是在充分閱讀教材、分析問題情境的基礎上，針對前概念中的認知沖突提出質疑，再通過自我問辯、師生問辯、生生問辯探究問題解決方法，順應和同化知識內容，重構新舊知識體系。問辯式教學強調將問題情境融入教學，師生之間以問引思、以思激辯、以辯促學、多元發展，在不斷追問和思辨的過程中培養學生高階思維和質疑創新能力。因此，從問辯式教學視角下促進物理觀念發展具有重要的研究意義，在物理觀念的高中物理問辯式教學思想的指導下，可采用以下五種問辯教學策略設計問辯式教學。

一、以生活現象創設基于物理觀念的問題情境

創設問題情境進行教學，對培養學生的物理學科核心素養具有關鍵作用。物理概念的建立需要創設情境，情境創設主要集中在課堂引入和習題應用兩個環節，由于學生在學習物理概念之前，基于生活經驗已形成了大量的前概念和經驗性常識。我們可以利用生活中常見的大自然現象、生產生活問題、科技前沿問題等創設情境引出新課教學，引導學生對所觀察的問題情境重新加工，抽象概括出事物的本質屬性，基于學習目標，由容易到復雜引導學生從經驗性常識向物理概念進行轉化。再通過將物理概念、物理規律、物理定律、物理方法等與真實生活中的問題情境進行有機融合，讓學生的思維由低階的回憶、理解、應用向高階的分析、評價和創造進階性發展，最后進行情境化課堂習題的創設。教師通過師生問辯可以了解學生習題解決過程的思維路徑，讓課堂教學首尾呼應，但這需要教師對生活現象進行深度挖掘，在情境中顯化物理觀念，對學生描述和解釋自然現象的能力給予足夠的引導和關注。

問辯式課堂從學生已有的認知結構出發，基于學生原有的學情，教師總結學生生活中常見的現象并以此創設問題情境，讓學生通過觀察問題情境自我問辯提出問題，再通過生生問辯，將問題聚焦為物理問題，構建起物理模型，通過師生問辯、推理論證解決問題，將這種自我問辯、生生問辯、師生問辯、組組問辯貫穿于整個教學設計之中，利用物理觀念構建問題解決思路，彰顯并加深對物理觀念的理解，進而指導學生進行知識遷移和拓展,從而解決生活實踐中的問題，在問題解決中完善自己的知識建構，讓物理來源于生活并高于生活。

以案例1為例，首先深度挖掘生活現象的物理本質，其次利用生活現象創設系列問題情境，在引入階段、知識鞏固階段、拓展提升階段以問辯教學的形式對物理概念和規律進行深度思考，在頭腦中提升和凝練，最后通過實踐應用深化對物理觀念的理解。在此過程中既要關注物理觀念的形成，更要關注物理觀念的發展。

案例1：重力勢能。

圖文資料：杭州兩歲女孩突然從10樓高空墜落，千鈞一發時“最美媽媽”徒手接住墜樓女孩。孩子得救了，但瞬間巨大的沖擊力卻將“最美媽媽”的手臂撞成粉碎性骨折。

新課引入：問題1：“最美媽媽”手臂受到的巨大傷害最初來源于什么能？（師生問辯）

問題2：將女孩墜落過程構建為物理模型，并分析此過程中重力如何做功？（學生自我問辯、生生問辯）

遷移應用：問題3：如何應用重力勢能這一物理觀念減少高空墜物帶來的危害？（學生自我問辯）

應用物理知識解決生活中遇到的具體問題時需要結合具體的情境，而能不能靈活運用物理知識去解決實際問題，這取決于學生將情境和知識聯系的實際水平，在日常教學中要讓學生獲得在實際問題情境中解決物理問題的大量經驗，通過自我問辯構建情境和知識之間相互關聯的意識和能力。

二、以對先行組織者的自我問辯實現物理觀念的顯化

美國心理學家奧蘇貝爾認為先行組織者不僅能夠幫助學習者學習新知識，而且可以幫助其保持知識。先行組織者是指教師（或教材）在學習任務開始前提供的具有引導性材料，構建一個使新舊知識發生聯系的橋梁。高中物理人教版新教材有一個共同的特點就是每一節課都是以問題引出新課，旨在引導學生用先前學過的知識分析、解釋、聯系當前的學習任務，喚醒學生原有知識經驗和認知結構，將知識結構中已有的隱性觀念顯化，以提高元認知能力。一旦有了隱性物理觀念的指導，學生將在后續的學習中利用物理觀念探究知識、構建知識框架，減輕認知難度，以便將隱性知識轉化為顯性知識。

新教材提供了豐富的現象與事實，引導學生在此基礎上進行抽象、概括與推理、建構概念。設置問題導入新課，我們利用問辯閱讀引導學生觀察圖片，問學生看到了什么？例如“自由落體運動”新課引入中有一張比薩斜塔的圖片，我們可以問學生這張圖片使你想到了什么？你為什么會這樣想？如果不這樣想，你會有怎樣的猜想？你能夠利用身邊的資源去動手做小實驗驗證你的猜想嗎？讓學生通過自我問辯去閱讀教材，學生會更加關注問題的本質，會思考這些問題背后的知識。

案例2：勻變速直線運動的位移與時間的關系。

教材“拓展學習”專欄所呈現的材料——勻變速直線運動位移公式的推導，就是典型的先行組織者。學生通過課前閱讀先行組織者進行自我問辯，在教材中微元法的指導下，將物體勻變速直線運動v-t圖像的運動時間均勻等分為5段，在每一小段內，可以粗略地認為物體以起始時刻的瞬時速度做勻速直線運動，小矩形的面積代表勻速直線運動的位移，再累計求和，即由轉化為如果運動過程劃分的段數越多，小矩形越窄，多個小矩形的面積之和則越接近物體的實際位移。

學生在先行組織者的幫助下，結合初中勻速直線運動路程求解方法，通過自我問辯顯化知識結構中的隱性觀念，從勻速直線運動位移的求解遷移出勻變速直線運動位移的求解。學生將原有知識進行應用遷移和總結反思，自主構建新的認知體系，推動物理觀念的形成。

三、以五段式提問發揮物理觀念的指導作用

問辯式教學提出五段式提問，五段式提問是一種能引發學生深度思考的自我問辯和多元互動式問辯形式，它包括：描述——提問——追問——聯想——再追問五個環節，教師可在課堂教學中根據具體的課型進行五段式提問。

物理觀念的指導作用主要體現為能夠幫助學生在面對全新的問題情境時，通過課堂問辯式教學對物理概念和規律的逐步學習、系統反思和遷移應用，讓學生學會利用物質觀念、運動和相互作用觀念及能量觀念去迅速找到解決生產生活中實際問題的突破口，讓問題順利得到解決。基于物理觀念發展的五段式提問與基于知識教學的引導式提問不同，基于知識教學的引導式提問強調利用提問喚起學生已有知識儲備，而基于物理觀念發展的五段式提問則強調通過提問引導學生理清各概念的關系，梳理解題思路，在追問和思辨過程中質疑創新和發展高階思維，強化物理觀念的指導作用。

案例3：摩擦力教學引入（如表1）。

表1 兩種提問方式對比

雖然兩種提問方式的側重點不同，在不同環節發揮的作用不同，但對于學生知識發生、科學思維發展、認知建構均有重要的作用，但基于物理觀念的五段式提問更能激發學生的深度思考。

四、以物理觀念引領大單元問辯式教學

新課程標準雖然將物理觀念作為課程目標，但并未完全按照物質觀、運動與相互作用觀、能量觀的順序進行教材編排，例如磁場、電磁感應知識體系跨度相對較大，分布在必修三第十三章和選擇性必修二的第一至第四章，知識分散，教學間隔較久。故教師設計教學時應立足于知識點間的隱性聯系，以核心概念整合物理課程資源，為學習主體進行規劃和設計，構建大單元深度問辯學習框架，拓展知識的廣度和深度。以物理觀念為引領的大單元問辯式教學，不僅關注學生對知識的理解，而且關注學生理解知識過程中物理觀念的應用，以核心概念整合物理課程資源，構建大單元學習流程，引導學生主動積極地進行自主、合作、探究式學習。

大單元問辯式教學應從以下三點出發：

1.以單元中包含的物理觀念或子觀念為上層引領重建單元知識體系。學生在復習時自主構建單元知識體系，將所學的龐雜而又零散的知識進行連續性系統化地整合，這有利于對單元知識的提升和凝練，加深對物理觀念的理解。

2.注意跨單元物理觀念的銜接，要考慮該單元在整個教材中的地位。若單元中的觀念過于零散，在大主題或大概念統整下，可根據重點觀念跨單元將相關知識點進行整合。

3.引入真實問題情境評價學生知識掌握和觀念理解的情況。通過多主體問辯式評價，從只看重結果式評價，走向問辯式過程性動態化評價，基于學習目標的達成，從師生問辯的課堂觀察中進行多元互動評價，在問辯中觀察學生綜合單元知識建構解題思路，使物理觀念水平顯化。

問辯式教學的具體流程為：結合自身認知水平通過自我問辯構建單元知識體系——組內生生問辯補充、完善單元知識體系——借助師生問辯引導學生思維遷移，初步跨單元整合物理概念——精選典型習題，通過組組問辯將單元間的知識進行銜接，通過知識應用強化物理觀念的理解——自我問辯構建完整大單元問辯學習框架。

五、以原始物理問題促進物理觀念模型的建立

原始物理問題不同于經典例題，它來源于未經抽象概括的生活實際，沒有完備的物理模型和標準答案，需要抽象建模才能成為物理習題，這可以發展學生的發散性思維，但很多學生對這類問題時常感覺束手無策。

教師在教學中要讓學生體會物理建模的思維方法，首先讓學生明白實體物質模型有力學中的質點、輕質彈簧、彈性小球等；電磁學中有電荷、平行板電容器等；物質模型有勻強磁場、勻強電場等；模型是對原始問題的抽象，每一個模型的建立都有一定的適用條件和適用范圍，學生在建立模型時要明確使用條件，才能夠通過建構合理的物理模型去解決實際問題。解決原始物理問題除了需要具備較高的科學思維，更需要物理觀念的引領。因此，教師引領學生經歷物理概念的構建過程是發展科學思維的重要方法。

只有利用物理觀念進行物理建模，才能靈活運用物理知識解決物理問題，強化物理語言的描述和對具體問題的解釋。原始物理問題的使用可以多角度進行，可用于問題情境的設置，也可用于單元作業評價，還可用于單元教學之后的綜合性評價。

案例4：汽車過拱形橋問題分析。

問題1：當你坐汽車經過拱形橋面時，你有什么感覺？汽車在最高點時對橋的壓力會有什么特點？（自我問辯）

問題2：在分析上面問題1時，橋面可近似看作什么形狀？汽車過橋可近似看成是什么運動？汽車在最高點受力情況怎樣？（構建物理模型）

問題3：如果汽車的質量是M，過橋速度大小是V，橋面的圓弧半徑為R，汽車在最高點對橋的壓力有多大？如果汽車的速度不斷增大，汽車會出現什么情況？（師生問辯）

問題4：汽車對拱形橋的壓力小于汽車的重力,原因是什么？聯系電梯中的超重和失重現象，你發現了什么？（聯想追問）

學生平時都有乘坐汽車過拱形橋的親身經歷，將這一原始問題轉化為物理問題，最好先讓學生建立生活體驗與路面狀態的對應關系，將學生模棱兩可的原始問題在物理觀念下建立勻速圓周運動的物理模型，建立模型后利用勻速圓周運動的知識能較為容易地確定解題思路，在解決過程中又能深化物理觀念的理解和應用。

本文運用五種問辯式教學策略引導學生形成和顯化物理觀念。在物理觀念的引領下從物理學角度描述和解釋自然現象，應用物理知識解決實際問題，并將知識有效地正向遷移和學以致用，逐步強化對物理觀念的理解，優化知識體系，促進學生深度學習。