基于物理核心素養的問題情境創設

湯致　彭明河

摘? ?要：情境對意義建構具有重要的作用，科學探究過程是以問題為情境，巧設問題情境，不僅要依托于教師的巧妙預設，也要依靠學生的主動參與，問題情境能為學生創設生動而形象的物理情境，為探究注入動力。文章主要從生活現象、實驗事實、創新實驗和實踐活動四個方面創設問題情境，促進物理素養提升，問題情境可以培養學生的科學態度，體現情境思維的價值。

關鍵詞：核心素養；思維能力；問題情境；科學態度

科學探究過程是以問題為情境，物理問題情境可以是生活中常見的一個物理現象，或者是一個創新性的物理實驗，也可以是一個科學的實踐活動。問題是物理教學的核心，巧妙的物理問題情境，讓學生產生認知沖突，激發學生學習物理的興趣[ 1 ]。以創設問題情境為切入點，筆者結合教學實際談談自己的見解。

1? 以生活現象為情境建立物理觀念

情境對意義建構具有重要的作用，科學探究需要學生的主動參與，生活現象能為學生創設生動而形象的物理情境。舉杠桿汲水為例：請用所學的杠桿知識分析汲水存在哪些缺陷？學生通過交流討論時發現杠桿汲水存在所占空間大、提升高度有限且汲水時力臂變化等問題。滑輪是簡單機械的一類，卻是杠桿的變形，認識滑輪的特點有一定的難度，同時學生對這類機械的感性認識是比較缺乏的，它是一個變形的杠桿，理解的難度非常大。用杠桿提升重物時，高度是受限。為了解決這一問題，增加了另一根杠桿，發現兩根杠桿配合使用時可以持續上升。在此基礎上，再逐漸地增加杠桿，讓學生直觀感受杠桿到滑輪的直觀變化過程。具體操作如下：利用杠桿接力的方式有效地揭秘，原來定滑輪可以看作是一個由無數杠桿組成的變形杠桿。學生通過實驗發現它是繞著中間支點轉動的。用一個杠桿團隊，就可以把重物連續提高到想要的高度。這就解決了單根杠桿提升重物高度受限的問題。通過這個實驗演示過程，讓學生畫出杠桿的示意圖，找到五要素，列出杠桿平衡方程，從而揭示定滑輪的實質是一個等臂杠桿。巧妙的物理問題情境可以幫助學生建立物理模型和概念，讓學生理解概念的內涵和外延。幫助學生梳理知識建立體系，讓學生能夠在理解的基礎上，運用物理知識去分析問題和解決問題，進而提高學生的物理核心素養。

以大氣壓強存在為例：剝去外殼的熟雞蛋置于長頸燒瓶，發現雞蛋慢慢吞入瓶中，提出問題雞蛋是不是受到重力的作用才落入瓶中？再將裝置倒置過來，學生驚奇地觀察到雞蛋還是吞入瓶中，讓學生產生認知沖突，建立大氣壓強存在的感性認識；將一張A4紙折疊成“”對稱的形狀，用大功率的電吹風風力大的擋位向中間吹氣，驚奇地發現A4紙原地不動，引入流體壓強與流速的關系。巧妙的物理問題情境，能夠激發學生學習物理的積極性和興趣，可以活躍學生的思維，為探究注入動力，促進物理素養和綜合能力得到有效提升。

2? 以實驗事實為情境培養思維能力

再現實驗真實情境，增強對物理探究的求知欲，引導學生去發現問題、思考問題、研究問題，建立起正確的科學思維方式，養成嚴謹的科學態度和學習習慣。例如，測量大氣壓強的值，從覆杯實驗感知大氣壓強存在，提出問題：不用紙板，還有什么辦法不讓杯中的水流出來？進一步思考問題：大氣壓強能支撐起多高的水柱？通過猜想、分析、實驗、推理等手段處理問題，層層深入，進而提高學生的思維能力。追問：大氣壓強能支撐起約10.3 m的水柱，測量不方便，有沒有辦法讓管的長度縮短點來測量大氣壓強？引出“托里拆利實驗”，滲透“等效法”物理科學方法，同時在課堂交互中提高學生的物理思維能力。

在阿基米德原理的授課中，活動一通過自制微課阿基米德鑒定王冠的故事迅速把學生的思維帶進課堂。活動二感知浮力，提出猜想；讓學生自己動手把一個易拉罐緩慢按入水中，讓學生初步感受越往下按越吃力，建立浮力的概念；該環節活動實驗器材簡單，學生的感知效果明顯，通過活動可以讓學生建立浮力的大小可能與排開液體的多少有關，引導學生從物理量和量綱的角度去分析浮力，那排開液體的哪個物理量才能表示一個力？學生很容易猜想出是排開液體的重力，浮力和排開液體的重力之間存在什么樣的定量關系？給學生提出三個問題（1）浮力的大小要如何測量？（2）排開液體的重力要如何測量？（3）可以選擇什么樣的實驗器材？通過此活動可以讓學生溫故而知新，在此刻學生學習的熱情迅速被點燃。通過可以設置遞進性的問題引導，引發學生的聯想，促進生生之間的討論交流，激發學生的創新思維，提高物理核心素養。彈簧測力計的主要的結構是什么？學生容易回答是普通彈簧或橡皮筋。繼續追問，彈簧沒辦法直接讀數，力的大小應該要如何判斷？用彈簧拉著物體進入液體中，彈簧的長度怎樣變化？彈簧下面為什么要懸掛一個小桶？怎樣比較液體所受到的重力與物體所受的浮力之間的關系？升降平臺怎么使用？合理地使用升降平臺對本實驗有何幫助？帶著以上問題讓學生分組討論，經過充分的討論，通過實驗器材的改進和實驗方案的創新設計來提高學生思維能力。通過此活動，能激發學生利用生活物品來設計物理小實驗，進而激發他們學習物理的興趣[ 2 ]。帶著師生共同生成的設計方案，進行學生分組實驗。巡視指導解決學生在實踐過程中遇到的小問題。

問題要有引導性，能在實驗過程中提出解決實際問題的方法。在物理實驗的基礎之上，經歷質疑、糾錯、思辨、反思的過程中逐步培養學生的物理思維能力，從而提高學生的物理素養。

3? 以創新實驗為情境培養探究精神

冬天天冷時，只要搓一搓手，就能夠讓手暖和起來，你們知道這里蘊含著科學道理嗎？生活化的問題就啟發了學生的思維。學生猜想，可能是雙手摩擦，手對手做功使手的內能增加。再提出問題，外界對物體做功時，是否真的能增大物體的內能？那如果物體對外做功，物體的內能又將如何改變呢？學生在原有知識和原有生活經驗的基礎上來完成這個猜想。第二個環節是小組合作設計實驗。設計實驗是實驗探究的關鍵環節，也是培養學生探究精神的重要環節。為了降低難度，先規定所研究的對象為空氣，并且從剛才的研究問題出發，將大問題分解成若干個小問題，讓學生小組合作來討論下面幾個問題：

第一、涉及外界對空氣做功時，通過什么方式對空氣做功？第二，設計空氣對外做功時，又通過什么方式使空氣對外做功？第三，如何體現空氣對外做了功呢？第四，如何判斷空氣內能的變化？第五，裝置是否密封？在問題鏈的引導下，為學生搭建梯子，讓學生在討論的基礎上，小組合作探究來設計實驗，培養了學生的思維。第三個環節，質疑反思，創新實驗。師生一起討論教材中的空氣壓縮儀實驗（圖1甲裝置）和空氣推動塞子做功實驗（圖1乙裝置），實驗是否存在美中不足之處？對教材的挑戰和質疑瞬間點燃了學生探究的熱情，引導學生反思質疑，能否將教材中設計的兩套實驗裝置整合成一套裝置呢？展示自制教具（圖1丙裝置）。讓學生認識到教具有他們設計的成果，體驗學習的樂趣。第四個環節，觀察實驗，建構新知。教材中主要通過壓縮空氣點燃硝化棉和水蒸氣對外做功這兩個活動，從而得到外界對氣體做功使氣體內能增加和氣體對外做功使氣體內能減少這兩個結論。但是教材中的這個實驗不安全并且操作技巧高，對這兩個實驗進行了改進和創新，自制了這套教具。這套教具主要由玻璃膠槍、塑料針筒和溫度傳感器組成。整個實驗只要輕輕地按壓玻璃膠槍，學生就能明顯地觀察到壓縮空氣時，空氣的溫度上升，而氣體彈出活塞時，溫度是下降的。在師生互動和生生互動的環節中，學生建構出新知，原來做功是可以改變物體內能的，并且知道做功改變物體內能的實質是機械能與內能之間的轉化。第四個環節，分析比較、總結規律；利用溫度傳感器的示數，能夠一目了然地體現空氣內能的變化，把教材中的兩個實驗組合到一套裝置中，讓整個實驗現象非常的明顯、操作簡單、安全性高、成功率也非常高。此環節中再次提出問題，生活中除了通過做功的方式可以讓手暖和起來，還可以通過什么方式也能增加手的內能呢？學生在原有知識的基礎上，提出了許多有關于熱傳遞的方法，比如說用熱水袋捂手、烤火、用取暖機取暖、把手泡在熱水中、曬太陽等等。引導學生將這些方法進行分類歸納，重點從發生熱傳遞的物質種類和物質之間是否直接接觸等方面進行思考，從而得出熱傳遞的三種方式：熱傳導、對流和熱輻射。在差異中尋找共性，發現熱傳遞改變物體內能的實質是能量的轉移。此環節中，學生通過比較、分析、歸納等環節，鞏固并深化知識。以做功改變物體內能的實驗探究為載體，運用組合法對教材實驗進行了改進與創新；在實驗設計上，自制教具制作簡單、便于使用、直觀性強、實驗效果明顯、成本低、具有較高的推廣價值；以問題為線索，在可視化的實驗中構建做功和內能變化的關系，有效突破做功與內能之間的定性關系。

以創新實驗為情境，既達成了知識目標，也達成了“通過引導學生分析科學實驗，啟迪學生的科學思維，幫助學生進一步領悟科學方法的實驗能力目標”。學生在探究的過程中，實驗的設計能力有了實質性的提升，避免了不知所以然的模仿實驗，進而培養了學生的科學探究精神。

4? 以實踐活動為情境培養科學態度

筆者認為，一個巧妙的問題情境，不僅要依托于教師的巧妙預設，也要依靠學生的主動參與，以實踐活動為情境培養學生的科學態度，體現情境思維的價值。

科學態度的培養很多來源于生活，讓學生在學校探究之余，關注科學技術，精心設計的問題情境，通過設置任務單，讓學生通過實踐活動、親身體驗實驗的過程、把所學的物理知識與生活實踐相結合，懂得用物理的原理和科學方法去分析并解決實際問題。實踐活動可以讓學生成為實驗的主人，帶著濃厚的學習興趣去發現問題，分析問題，設計實驗，進而解決問題。由學生自己交流討論可行性的實驗方案，設計科學合理的實驗操作步驟。懂得巧用身邊的物品來進行實踐活動，觀察如實記錄實驗現象和實驗數據，并進行多次實驗測量，多角度、多維度和多手段來分析實驗數據從而得出實驗結論。培養學生主動獲取知識，解決問題，尊重科學，熱心鉆研的科學態度，發揮物理課程的育人功能，促進核心素養發展。

總之，以生活現象為情境巧妙創設問題情境，形成科學問題，讓學生經過觀察、操作、質疑和創新等認知過程來建立物理模型和形成物理觀念，培養學生提問意識和質疑能力；以實驗事實為情境培養思維能力，注重過程與方法目標的落實，教學中重視學生的學習經歷和體驗，促進學生的物理核心素養發展；以創新實驗為情境，啟迪學生的科學思維，提高學生的創新能力和科學探究能力；以實踐活動為情境培養科學態度，鼓勵學生在實踐中培養技能，引導學生在活動中體驗學習的樂趣，讓學生在實踐中學，在合作中學，體現“活動、參與、快樂”的教學理念，培養學生的科學態度和責任。

參考文獻

［1］ 陳景鈴. 創設物理問題情境[J]. 內蒙古教育， 2006（2）： 21.

［2］ 文亞龍. 致敬經典 活用考題：以“阿基米德原理”教學設計為例[J]. 中學物理教學參考， 2018（6）： 26-27.