高中物理問題鏈設計策略研究

楊發茂

(蘭州市永登縣西鐵中學,甘肅蘭州,730334)

一、引言

高中物理是一門對思維能力要求較高的學科,需要采用有效的教學策略引導學生深入思考和理解物理知識。問題鏈作為一種教學策略,能通過一系列具有邏輯聯系的問題,逐步引導學生深入思考和理解物理知識。基于高中物理教學的問題鏈設計,以提升學生學習能力為目標,緊密結合教學內容精心設計問題,既能提升學生學習能力,又能將學生所學的知識運用在實踐中,達到學以致用的目的。如何基于學生學習需要設計有效的物理問題鏈,仍是一個值得探討的問題。本文旨在研究基于提升學習能力的高中物理問題鏈設計,以期為高中物理教學提供新的思路和方法。

二、設計價值

(一)激趣

問題鏈是教師將驗證性物理知識有效轉化為問題集群的過程,不僅主題意蘊鮮明,而且層次等級分明,并以鏈條的方式將問題串聯起來。這既能促進學生學習能力從低到高發展,又能激發和維持學生的求知欲。尤其是問題切換時,前后兩個問題的關聯性較強,更能持續不斷地激發學生對物理的學習興趣,在問題鏈的引領下習得物理知識。例如,在講解“牛頓第二定律”這一知識點時,教師設計了以下問題鏈:什么是牛頓第二定律?牛頓第二定律的表達式是什么?牛頓第二定律說明了什么?質量和加速度之間有何關系?如何應用牛頓第二定律解決實際問題?這些問題鏈的層次逐漸遞進,從基礎概念到實際應用,能夠循序漸進地引導學生逐步深入理解牛頓第二定律。通過問題鏈的引導,學生接觸的不再是難以理解的復雜公式,而是從基礎概念出發,理解其背后的原理和應用,有利于維持學習興趣。

(二)驅動

當前,在高中物理教學中,部分學生存在不理解記不住、記住但不會用、會解答但無法遷移到新問題中等問題。這些學生經常處于被動聽、機械記、反復練的不良循環中,缺乏驅動力。學生學習成為淺層學習,學習行為以機械記憶與反復訓練為主,學習成果以復制的方式為主,在學習過程中思維缺乏深度訓練,遷移知識與深化理解的難度較大。學生學習能力的提升,不可一蹴而就,需要教師引導學生逐漸掌握自主、合作、探究等學習方式。問題鏈不僅為學生提供了持續的會話情境,還能由淺入深地引導學生逐步思考,整個過程能夠讓學生在較小的壓力之下持續不斷地思考。在問題鏈的驅動和引導下,學生能夠逐步養成良好的主動學習習慣,學會主動思考,能夠主動思考。[1]

三、設計原則

(一)聚焦性

聚焦性是指教師在設計問題鏈時應始終聚焦于核心知識。教師應深入解讀教材,緊密結合新課標指導、教材內容與學生學情,明確需要學習的核心知識,明確核心知識關聯的內容,使設計的問題鏈將核心知識串聯起來。在問題鏈串聯完成后,形成完整的問題鏈條,使問題鏈有效發揮激趣、驅動作用。以高中物理教學中的“力學”內容為例,教師首先需要深入解讀教材,明確“力學”的核心知識,包括力的概念、力的合成與分解、牛頓運動定律等。之后,教師結合新課標指導和學生學情,確定學生需要掌握的核心知識點及其層次關系。例如,在力的合成與分解這一知識點中,教師設計了以下問題鏈:什么是力的合成與分解?力的合成與分解的基本原理是什么?如何應用平行四邊形定則進行力的合成與分解?生活中有哪些實例說明力的合成與分解的應用?力的合成與分解在實際問題中的應用有哪些?通過這一系列問題,教師引導學生逐步深入地思考和理解力的合成與分解這一核心知識。問題鏈的設計既關注了知識本身的邏輯層次,又考慮了學生的認知發展規律,有助于激發學生的學習興趣和探究欲望。同時,問題鏈的設計也有助于培養學生的思維能力和解決問題的能力,為提升綜合學習能力提供了有力支持。

(二)真實性

物理學科是一門自然科學類學科,日常生活中經常會遇到各種不同的物理現象與規律,因而教師設計物理問題時,要具有較強的真實性,與學生實際生活相結合。這有助于喚起學生現有認知,在激趣的基礎上增強學生求知欲望,讓學生在真實的問題鏈引領下學習。例如,在講解“電磁感應”這一知識點時,教師設計了以下真實性問題鏈:生活中哪些電器應用了電磁感應原理?電磁爐和電烤箱在工作時有哪些區別?為什么有些金屬物品不能在微波爐中加熱?電磁感應在生產生活中有哪些重要應用?這些問題與學生日常生活密切相關,能有效引發學生的思考和探究。通過解決這些問題,學生不僅能深入理解電磁感應的原理和應用,還能提高觀察、分析和解決問題的能力。

(三)互動性

教師設計的問題鏈應注重與學生的互動,讓學生通過互動主動、深入學習物理知識,使問題鏈在螺旋上升的過程中啟發學生的互助合作。此外,教師還應設計層次性高、開放性強的問題鏈,利用小組討論、角色扮演等形式增強學習的互動性,激發學生的學習興趣,提高學生的參與度,培養學生的合作精神和批判性思維。[2]例如,在講解“電場與磁場”這一知識點時,教師設計了以下互動性問題鏈:電場和磁場有哪些相似之處和不同之處?請各小組討論并總結電場和磁場的性質和應用。磁場和電場之間是否存在相互轉換的關系?請舉例說明。小組間互相交流討論結果,嘗試提出新的問題和觀點。通過小組的討論、比較、總結和交流等互動形式,學生能夠更加深入地理解電場和磁場的知識,提高合作精神和批判性思維。同時,這種互動性問題鏈的設計也有助于培養學生的語言表達能力和傾聽能力,促進其全面發展。

四、設計準備

(一)加強教材分析

曲線運動是人教版高中物理必修二第五章第一節的內容,屬于基礎知識,學習目標是使學生切實掌握曲線運動的速度與方向和物體曲線運動的條件。在本章中,曲線運動屬于開篇內容。教師應對曲線運動的特點進行梳理,明確運動軌跡是曲線的運動就叫做曲線運動,曲線運動屬于變速動作。教學重點如下:質點在做曲線運動時,某個點的速度方向會順著曲線上這一點的切線方向;在物體曲線運動時,其運動條件是物體所受作用力和速度方向并不處于一條直線。教師應明確通過本節知識的學習,使學生理解和掌握平拋和圓周運動等特殊曲線運動,為后續學習奠定基礎。本小節為曲線運動的特點,是后續幾個小節的分支。就章節知識體系的視角而言,具有普遍到特殊的趨勢。

(二)強化學情分析

學生在學習必修一機械運動的相關知識后,對日常生活和物理中常見的運動現象有了基本認識,能描述直線運動物體,但對非直線運動物體的理解較少。因此,教師可以將實際生活經驗作為切入點,基于運動物理引領學生理解直線運動的客觀本質。教師需要在問題鏈設計中指導學生學習、總結和歸納曲線運動特點,讓學生形成科學思維,深化學生對高中物理研究方法的認知,使學生能基于物理實例研究和理解物理知識。但是學生對曲線運動形成條件的認知存在一定的差異,因而教師在問題鏈設計時,要引導不同理解水平或學習水平的學生學會認識和判斷曲線運動的方法,鼓勵學生在日常生活中強化對曲線運動的探究,提高學生對運動學與動力學等物理模型的感知能力。綜上所述,教學這一章的學情為:學生已經學習了直線運動的相關知識,對運動的基本概念和規律有了初步的了解。但曲線運動較為復雜,學生在理解時可能存在一定的困難。因此,教師在設計問題鏈時,可以從學生的最近發展區出發,通過實驗、觀察和歸納等方式引導學生逐步深入理解曲線運動的概念和規律。

(三)明確學習目標

就物理觀念方面的學習目標而言,學生應理解曲線運動的根本條件,能夠借助牛頓定律對曲線運動條件展開分析,學會分析速度與合外力方向及曲線彎曲的關系,初步形成對曲線運動的物理觀念。就科學思維方面的學習目標而言,學生應在探究過程中體會和總結得出結論所需的科學方法。就科學探究方面的學習目標而言,學生應在實驗探究過程中總結曲線運動的速度與方向,并充分給出理論證明。就科學態度與責任而言,學生應能體會變與不變、曲與直的統一性,在一定程度上理解辯證唯物主義世界觀。

五、設計策略

(一)“激趣導入”問題鏈

在課堂教學中,導入環節具有至關重要的作用。精心設計的導入環節,能迅速吸引學生的注意力,激發學生學習興趣,為提升學生的學習能力打下堅實的基礎。因此,設計“激趣導入”問題鏈是整個問題鏈的關鍵。

“激趣導入”問題鏈旨在通過有趣的問題,引導學生逐漸進入學習情境。這些問題應與學生的學習生活密切相關,并具有一定的開放性和探索性,能夠激發學生的思考和討論,使學生快速進入學習狀態,在解決問題的過程中鍛煉思維能力和創新能力。實際中,部分教師設計的問題鏈雖然與學生的學習生活緊密相連,但開放性與探索性不足。例如,某教師為了確保創設的問題情境與學生的實際相符,在曲線運動的導入環節引導學生結合自身的生活經驗進行思考,設計了以下問題鏈:雨天騎行自行車為什么容易濺水?你有什么好辦法避免濺水?雖然學生根據教師提出的問題,結合自身經驗分析后發現,騎行速度快、自行車無擋泥板是導致濺水的原因,通過降低騎行速度、增加騎行裝備和安裝擋泥板等措施就能夠達到避免濺水的目的。但是,這樣的問題缺乏開放性與探索性,導致學生對物理理論知識的學習較為生硬。為確保“激趣導入”問題鏈的開放性與探索性,真正發揮“激趣導入”問題鏈的引領作用,教師需要從多個角度設計問題。

第一,問題多元化設計,避免單一答案。對于問題鏈中的每個問題,教師應引導學生從多個角度思考,培養其發散性思維。例如,在探究雨天騎行自行車濺水的問題時,除了考慮騎行速度和擋泥板的影響,教師還可以引導學生進一步探究雨滴的形狀、風向及自行車輪胎設計等因素。第二,引入未知元素,激發學生的好奇心和探索欲望。例如,在探討擋泥板的作用時,教師可以引入流體動力學的基本概念,拓寬學生的知識視野。第三,鼓勵學生發揮創新精神和批判性思維。問題設計可以要求學生提出解決方案,例如設計一個更好的擋泥板減少濺水。這樣的問題能夠激發學生的創新思維和批判性思維。第四,設計的問題應與學生實際生活緊密結合,教師可增加真實的、具體的情境,讓學生更好地理解和應用所學知識,提高學生的學習積極性。此外,教師應注重反饋和互動。根據學生的回答和反饋,及時提出問題或提供引導,使學生的思考更加深入。這種互動式的教學方式有助于培養學生的自主學習能力,也有助于教師了解學生的學習狀況,更有針對性地調整教學策略。

通過“激趣導入”問題鏈,學生不僅能快速進入學習狀態,還能在解決問題的過程中提高自身的思維能力和創新能力。此外,這種導入方式還能鼓勵學生從現象出發,深入探究其中的原理,達到由淺入深的學習效果。

(二)“探究驅動”問題鏈

在學習過程中,學生需要不斷地探究和發現新知識。因此,設計“探究驅動”問題鏈是激發學生持續學習的重要手段。這種問題鏈旨在通過一系列具有挑戰性的問題,引導學生深入探究,潛移默化中幫助學生理解和掌握知識。在設計“探究驅動”問題鏈時,教師需要注重問題的層次性和邏輯性,通過由淺入深、由易到難的問題設置,引導學生逐步深入探究,不斷拓展學生的知識面,提高學生的思維能力。同時,教師應給予學生足夠的探究時間和空間,鼓勵學生通過自主學習、合作學習等方式解決問題。在這一過程中,學生的批判性思維、創新能力和實踐能力得到有效提升。

為引導學生理解曲線運動的概念,教師通過設計層次性的問題鏈,根據現象引出概念,在逐層遞進的過程中,幫助學生理解曲線運動的概念。具體而言,教師可給學生設計以下層次性問題鏈:雨天自行車車輪上的泥水運動過程是如何形成的?泥水的運動過程與直線運動過程有哪些區別?日常生活中常見的曲線運動在哪些物體上出現?這樣的問題鏈能夠逐步引導學生思考直線運動與曲線運動的區別,教師可以引導學生根據直線運動的方向、泥水運動的方向進行判定,讓學生根據泥水運動的現象總結曲線運動的概念。

為了引導學生掌握曲線運動的形成條件,就需要設計以下“探究驅動”問題鏈:泥水從車輪上飛出時的受力情況是怎樣的?泥水從車輪上飛出后的運動方向與之所受重力方向的關系是什么?物體在曲線運動中的速度一定會發生變化嗎?物體在曲線運動中存在加速度嗎?物體在做曲線運動中一定在受力嗎?物理受力時必須做曲線運動嗎?物體在曲線運動時的條件有哪些?在問題鏈拋出之后,教師應及時引導學生結合牛頓第二定律的相關知識,即加速度方向與力方向相同這一知識點,鼓勵學生自主畫出泥水受力的示意圖。教師則繼續引入情境問題,展示不同形狀和設計的擋泥板,引導學生思考為什么擋泥板需要彎曲,再引出相關的物理知識點,講解與擋泥板設計相關的物理知識點,如流體動力學、空氣阻力等,讓學生深入了解這些因素如何影響擋泥板的設計。

在此基礎上,教師可組織學生進行實驗,讓學生觀察不同設計的擋泥板在相同條件下的表現,并記錄實驗數據,分析實驗結果,引導學生從實驗中得出結論,理解擋泥板設計的物理原理。此外,教師可將學生分組,讓小組根據所學的物理知識和實驗結果,設計符合特定要求的擋泥板。在學習過程中,教師應鼓勵學生發揮創意,提出個性化的設計方案,并通過及時的討論和反饋,讓學生不斷完善自己的設計方案。最后,組織學生展示和交流方案,從功能、美觀、成本等方面評價自己和他人的設計方案,并引導學生將所學的知識和技能應用到實際生活中,討論將擋泥板的設計應用到其他場合或產品中的方式方法,使學生從物理知識走向生活實際,切實提高學生解決實際問題的能力。整個問題鏈的探究過程在問題的驅動下循序漸進,從速度到加速度,從加速度到受力,逐步引導學生掌握物體在曲線運動時的形成條件,引導學生總結自行車泥水的動力學特征和曲線運動的動力學特征,使學生能夠主動、自然地將物體曲線運動的條件總結出來。[4]

(三)“互動遷移”問題鏈

學習的最終目的是將所學知識運用到實際生活中解決實際問題。因此,“互動遷移”問題鏈是持續提升學生學習能力的關鍵環節。這種問題鏈旨在通過一系列具有實踐性的問題,引導學生將所學知識遷移到現實生活中,提高學生解決問題的能力。

在“互動遷移”問題鏈的設計中,教師需要注重問題的現實性和互動性。現實性就是通過設置與現實生活密切相關的問題,引導學生運用所學知識解決實際問題。互動性就是鼓勵學生通過交流、討論等方式合作學習。在這一過程中,學生的團隊協作能力、溝通能力和實踐能力都將得到有效提升。

為了引導學生深化對所學知識的理解,教師可以要求學生設計一款經濟適用的自行車擋泥板,實現理論與實踐的結合。教師可以設計以下“互動遷移”的問題鏈:擋泥板的主要功能是什么?擋泥板設計應遵循哪些原則?市場上的自行車擋泥板的優缺點有哪些?設計趨勢是什么?擋泥板設計中的經濟適用性具體體現在哪些方面?如何平衡擋泥板的功能、美觀和成本?請制作一個簡單的擋泥板模型,并進行實地測試,記錄測試結果。根據測試結果,如何優化擋泥板的設計,請與其他團隊分享你們的設計理念和經驗并探討如何改進設計流程。

學生在這個問題鏈的引領下,能夠通過知識的互動遷移,運用所學的知識解決實際問題,切實感受物理知識與實際生活的關系。在這一過程中,教師可以引導學生從防止泥水飛濺、降低噪聲、提高安全性三個功能上設計定位,秉承功能性、輕量化、結構簡單、耐用美觀等原則,對簡易型、折疊式、可調節式的擋泥板的功能進行區分,并從材料、生產等成本與市場接受度等方面優化設計。在該問題鏈中,學生既要明確功能需求,又要降低設計成本,設計與品牌形象相符的外觀等,能夠鍛煉學生的綜合能力。教師可根據學生要求,帶領學生制作一個簡單的擋泥板模型,并進行實地測試。在測試時,首先,教師要選擇具有代表性的路況和天氣條件;其次,教師應提示學生觀察擋泥板在不同速度和角度下的表現;最后,學生要記錄擋泥板的安裝、拆卸、清潔和維護的便利性,根據測試結果對擋泥板的設計進行優化改進,例如調整角度、增加防護措施等。通過理論知識與實踐設計的結合,達到學以致用的目的。[5]

六、結語

高中物理教學的有效改進需要教師精心設計問題鏈。在設計問題鏈時,既要結合激趣和驅動價值,又要秉承聚焦性、真實性、互動性的原則,確保設計的問題鏈能夠激發學生學習興趣、提高學生的自主探究性和知識遷移運用能力,使學生的物理學習能力得到持續提升。