析悟問題情境 導向核心素養(yǎng)

收稿日期：2023-11-28

作者簡介：鄭思妍（2000-），女，碩士研究生，主要研究物理學科教學。

*通信作者：皮飛鵬（1965-），男，副教授，主要研究物理課程與教學論。

摘" "要：教材“問題”欄目的情境設置直接反映課標要求，是情境素材的重要來源。參考馬扎諾的教育目標分類理論，通過調(diào)整已有的情境類型學分析框架，對2019年人教版高中物理選擇性必修教材“問題”欄目的情境特點進行了量化分析。結果表明，三本教材的問題情境具有“貼近生活實際”“以培養(yǎng)學生的高階思維為主”等特點。在教學實踐中，可通過再現(xiàn)情境、增補情境、修改情境、關聯(lián)情境等手段，更有效地發(fā)揮“問題”欄目的教學功能，促進學生核心素養(yǎng)的全面發(fā)展。

關鍵詞：高中物理教材；“問題”欄目；情境類型學；教學建議

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A " " 文章編號：1003-6148（2024）4-0029-5

隨著新課程改革的發(fā)展，情境教育已經(jīng)成為引領教學改革的重要概念之一［１］。《普通高中物理課程標準（２０１７年版）》（以下簡稱“新課標”）強調(diào)了情境在教學中的重要性及其在培養(yǎng)學生物理學科核心素養(yǎng)方面的關鍵作用［２］。教材根據(jù)課程標準編制而成，為落實新課標，２０１９年人教版高中物理教材在每節(jié)內(nèi)容的開頭特別設計了“問題”欄目，旨在構建真實情境，激發(fā)學生學習興趣，通過問題解決培養(yǎng)學生高階思維，促進核心素養(yǎng)的發(fā)展。

教材的“問題”欄目是情境素材的重要來源，所提供的問題情境在教學中具有重要價值。目前，國內(nèi)的問題情境分析框架多種多樣［３－４］，但較少涉及思維層級的分析。本文參考馬扎諾的教育目標分類學，構建了包含“問題”欄目所致力于發(fā)展的思維水平在內(nèi)的情境類型學分析框架，從辨別參數(shù)、內(nèi)容參數(shù)和裝扮參數(shù)三個方面對新人教版高中物理選擇性必修教材“問題”欄目的情境特點進行量化分析，以期得到真實可靠的情境分析結果，從而為該欄目的使用提供參考。

1" " “問題”欄目情境分析框架的構建

比利時教育學家羅日葉提出的情境類型學理論框架包含辨別參數(shù)、內(nèi)容參數(shù)和裝扮參數(shù)三個方面。辨別參數(shù)側重于對情境的外部特征進行分析，包括情境來源、涉及的學科領域等；內(nèi)容參數(shù)則聚焦于解決問題時所涉及的內(nèi)部因素，其中包括問題之間的關聯(lián)性等；而裝扮參數(shù)指的是解決問題時起到引導或阻礙作用的因素，如問題與情境的結合程度等［５］。為了確保情境分析的科學性，本文以情境類型學為基礎，借鑒了馬扎諾的教育目標分類理論，契合新課標的要求，聚焦物理學科特點，重新構建了問題情境分析框架。

首先，學科核心素養(yǎng)是構建學生必備品格與關鍵能力的基石，素養(yǎng)立意的情境設計才更具價值。因此，在已有的情境分析框架基礎上［６］，在內(nèi)容參數(shù)的二級維度中引入了“物理學科核心素養(yǎng)”這一要素，以深化對“問題”欄目在培養(yǎng)學科核心素養(yǎng)方面的價值分析。其次，學科教育的目標之一是發(fā)展學生的高階思維，而知識是學生認知加工的必備條件，為分析“問題”欄目所致力于發(fā)展的思維水平以及在運用知識類型上的著重點，修訂原有的情境分析框架，借鑒馬扎諾的教育目標分類理論的二維模型，對辨別參數(shù)、內(nèi)容參數(shù)下的兩個二級指標進行調(diào)整，分別改為“致力于發(fā)展的思維水平”和“被運用的知識類型”［７］。最終，得到包含３個一級維度、１２個二級維度和３７個三級維度的分析框架，如表１所示。

考慮到每個一級維度下二級維度和三級維度的數(shù)量差異，為了便于對比分析，采用我國學者提出的加權平均的分析方法來處理數(shù)據(jù)［８］：先計算每個二級維度的加權平均值，如情境來源a=■，其中n１，n２，n３，n4分別是情境來源為學科知識（a1）、生產(chǎn)生活（a2）、自然現(xiàn)象（a3）、科技前沿（a4）的問題數(shù)，且ａｔ＝ｔ；在此基礎上計算每個一級維度的平均值，如辨別參數(shù)S1=■，其中ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ， ｆ分別為“情境來源”“涉及的學科領域”“情境任務”“情境的開放程度”“教學功能”和“致力于發(fā)展的思維水平”的值，x為二級維度的個數(shù)。與此同時，為更好地說明二級維度得分的高低，采用編碼賦值的中間值■=■作為基準值進行比較。

2" " “問題”欄目的情境分析

2．１" " 辨別參數(shù)的分析

辨別參數(shù)主要用于對情境的外部特征進行定性分析，其數(shù)值越大，說明該問題的情境化程度越高，對學生的抽象建模能力以及思維能力的要求越高。通過對三本教材的辨別參數(shù)進行比較分析（表２），可以看出選擇性必修１和選擇性必修３的辨別參數(shù)相近，而選擇性必修２的辨別參數(shù)明顯較高，說明選擇性必修２的問題情境化程度較高，學生在解決問題過程中所需要調(diào)動的高階思維較多。

表２" “問題”欄目的辨別參數(shù)比較

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具體到二級維度，如圖１所示，從“情境來源”方面來看，三本教材的情境來源得分均低于中間值an＝２．５，說明“問題”欄目的情境大多數(shù)來源于生產(chǎn)生活和學科知識，而自然現(xiàn)象和科技前沿的問題情境較少涉及。這一編排具有合理性，通過創(chuàng)設熟悉的生產(chǎn)生活情境，激發(fā)學生的學習動機，幫助學生從生活走向物理，從物理走向社會，契合了注重與生活實際相結合的課程理念。從“涉及的學科領域”來看，三本教材的得分均低于中間值bn＝1．５，這表明問題情境涉及的學科領域主要以物理學科為主，較少與其他學科建立聯(lián)系，而跨學科的問題情境更有利于培養(yǎng)學生的跨學科思維和綜合素養(yǎng)。從“情境任務”來看，選擇性必修１和選擇性必修３的得分均低于中間值cn＝３.0，選擇性必修２的得分高于中間值cn＝３.0，選擇性必修２的情境任務以問題解決和設計方案居多，問題解決的情境任務有利于引發(fā)學生思考，提高學生的遷移創(chuàng)新能力，從而促進其科學思維的發(fā)展。

從“情境的開放程度”來看，三本教材的得分均接近但未達到中間值dn＝１．５，說明以傳統(tǒng)的封閉性問題為主。封閉性問題有利于突出教學目標，促進學生的高層次思考；而開放性的問題情境有利于發(fā)散學生的思維，促進學生的深度學習。從“教學功能”來看，三本教材的得分均高于中間值en＝２.0，以探測學生的前概念為主。由此可見，此欄目融合了建構主義學習理論，通過問題解決引發(fā)認知沖突，幫助學生對前概念進行解構與重構。這一設計有助于促使學生主動參與學科探究，提高其學科認知水平。從“致力于發(fā)展的思維水平”來看，三本教材的得分均高于中間值fn＝２．５，表明三本教材的“問題”欄目對學生的思維水平要求較高，特別是選擇性必修１和選擇性必修２，致力于培養(yǎng)學生的高階思維，這與課程目標相吻合。

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圖１" “問題”欄目辨別參數(shù)的二級維度比較

2．２" " 內(nèi)容參數(shù)的分析

內(nèi)容參數(shù)是指在解決問題過程中所涉及的內(nèi)部因素，該值越高表明該問題對學生的綜合能力要求越高。通過對三本教材的內(nèi)容參數(shù)進行比較分析（表３），可以看出選擇性必修２和選擇性必修３的內(nèi)容參數(shù)相近，而選擇性必修１的內(nèi)容參數(shù)明顯高于其他兩本教材，這說明選擇性必修１對學生的綜合能力要求較高，考查學生多方面的能力與素質(zhì)。

表３" “問題”欄目的內(nèi)容參數(shù)比較

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具體到內(nèi)容參數(shù)的二級維度，如圖２所示，從“物理學科核心素養(yǎng)”方面來看，三本教材的學科核心素養(yǎng)得分均低于中間值gn＝２．５，可見教材的“問題”欄目以培養(yǎng)學生的物理觀念和科學思維為主，其余兩方面占比較少。這一設計的原因在于物理觀念和科學思維是學科核心素養(yǎng)的基石，“問題”欄目注重培養(yǎng)學生基于事實經(jīng)驗建立物理模型，促進科學推理能力的發(fā)展。從“問題之間的關聯(lián)性”來看，三本教材的得分均低于中間值hn＝２.0，說明大多數(shù)問題都是以單個問題的形式出現(xiàn)。相比于單個問題，具有層次性的問題鏈更有利于降低學生的理解難度，調(diào)動學生的高階思維，促進深度學習。

從“被運用的知識類型”來看，選擇性必修２和選擇性必修３的得分均低于中間值in＝１．５，可見“問題”欄目主要關注物理問題內(nèi)容，即物理概念、規(guī)律等，學生的具體解題過程少量涉及。從“數(shù)學使用技巧”來看，三本教材的得分均低于中間值jn＝２.0，說明三本教材用到的數(shù)學技巧偏少。但選擇性必修１的得分最高，因為選擇性必修１的主體內(nèi)容是振動與波動，此內(nèi)容常用數(shù)形結合的思想描述相關概念，這也是選擇性必修１的內(nèi)容參數(shù)高于選擇性必修２和選擇性必修３的主要原因。

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圖２" “問題”欄目內(nèi)容參數(shù)的二級維度比較

2．３" " 裝扮參數(shù)的分析

裝扮參數(shù)指的是解決問題時起到引導或阻礙作用的因素，該值越高，表明該問題對學生的提取與整合信息的能力有更高要求。通過對三本教材的裝扮參數(shù)進行比較分析（表４），可以看出選擇性必修１和選擇性必修３的裝扮參數(shù)相近，選擇性必修２的裝扮參數(shù)較低，說明選擇性必修１和選擇性必修３的問題和情境的結合程度更高，更注重培養(yǎng)學生的信息整合能力。

表４" "“問題”欄目的裝扮參數(shù)比較

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具體到二級維度，如圖３所示，從“問題與情境的結合程度”來看，三本教材的問題與情境的關聯(lián)性得分均高于中間值kn＝２.0，可見問題與情境的耦合程度都較高，大部分為情境嵌入型和情境結合型，需要學生在充分理解情境的基礎上才能進行解答，體現(xiàn)了問題與情境的高質(zhì)量融合。從“對已知信息的處理”來看，三本教材對已知信息的處理的得分均高于中間值ln＝１．５，說明學生在解決問題時需要深入挖掘情境中的隱含條件，對背景信息作出一定的改變，如設定物理量、幾何作圖等。

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圖３" “問題”欄目裝扮參數(shù)的二級維度比較

2．４" " 總體結果分析

從辨別參數(shù)方面來看，“問題”欄目的情境主要來源于生產(chǎn)生活，以單學科和封閉性的問題情境居多，教學功能主要是探測學生的前概念。此外，該欄目也通過提供合理的深度學習情境和設計合適的深度學習問題，讓學生在解決問題過程中經(jīng)歷提出問題、猜想假設、模型建構等一系列過程，從而培養(yǎng)其高階思維能力。在內(nèi)容參數(shù)層面，“問題”欄目以問題引導學生轉化前概念進而建立物理觀念，以問題發(fā)展科學思維，提高其科學探究能力，在問題情境中滲透科學態(tài)度與責任，將情境設計的價值體現(xiàn)得淋漓盡致。在裝扮參數(shù)上，“問題”欄目所設計的情境與問題高度融合，培養(yǎng)學生的信息提取與處理能力，以情境為載體去解決問題，提高學生的情境轉化能力。

3" " “問題”欄目的教學使用建議

3．１" " 再現(xiàn)問題情境，建立物理觀念

教材依據(jù)課程標準編制而成，充分考慮學生的認知發(fā)展規(guī)律。作為寶貴的教學資源，“問題”欄目設計的情境大多來源于生活實際，教師可直接利用這一“問題”欄目進行教學導入，引發(fā)學生的認知沖突，激發(fā)他們的學習興趣，并在解決問題的過程中逐步構建物理觀念。以“認識傳感器”一節(jié)的“問題”欄目為例，情境設計如下：盒子的側面露出一個小燈泡，盒外沒有開關，將一磁鐵放在盒子上方，燈泡發(fā)光，將磁鐵拿走，燈泡熄滅。學生需要思考盒子里可能有什么裝置能夠?qū)е逻@種現(xiàn)象。此情境的趣味性較強，教師可以在課堂上進行實驗演示，引發(fā)學生的好奇心和求知欲，在解決問題的過程中，學生逐步建立起對傳感器這一物理概念的理解。

3．２" " 增補問題情境，發(fā)展科學思維

教材的“問題”欄目創(chuàng)設了大量的真實情境，但大多數(shù)都是以單一情境的形式出現(xiàn)，而高階思維的培養(yǎng)需要豐富的問題情境作為載體［９］，并且多樣化的問題情境可以將抽象概念融合到具體實例中，讓學生經(jīng)歷模型建構的過程，逐步發(fā)展學生的科學思維。因此，教師可以對“問題”欄目的情境進行補充，創(chuàng)設豐富的情境群，并設計具有層次性的問題鏈，以引導學生由易到難地理解和掌握知識。例如，“動量”一節(jié)的“問題”欄目展示了兩個完全相同的鋼球的碰撞情況。為了加強學生對碰撞的物理模型的理解，教師可在此問題情境之前引入更多生活中的碰撞實例，使學生能夠從日常生活中抽象出物理模型的概念。此外，“問題”欄目中的兩個小球是完全相同的，在探究碰撞過程中的不變量時，學生難以聯(lián)想到質(zhì)量這一影響因素。因此，教師可在此問題情境的后面補充演示兩個質(zhì)量不同鋼球的碰撞情況。在此情境群下，擬定一系列結構化問題，在解決結構化問題的過程中實現(xiàn)培養(yǎng)問題意識、發(fā)展科學思維的教學訴求。

3．３" " 修改問題情境，促進科學探究

“問題”欄目所涉及的情境不乏與實驗探究相關的內(nèi)容，但限于教材的穩(wěn)定性，問題情境所提供的實驗方案較為傳統(tǒng)。為了充分利用問題情境的導入功能，教師需要根據(jù)實際情況對情境進行修改，以創(chuàng)造更符合學生認知規(guī)律的問題情境。以“楞次定律”一節(jié)為例，原先的情境展示了磁鐵插入和抽出線圈時電流表指針的偏轉情況，以探究影響感應電流方向的因素。然而，這個實驗情境并不能直接得到感應電流的方向。為解決這個問題，教師可以進行一些修改，比如將電流表替換為發(fā)光二極管，將線圈與兩個反向并聯(lián)的發(fā)光二極管串聯(lián)。通過二極管的單向?qū)щ娦裕梢愿庇^地引出感應電流，從而判斷其方向。這一改進簡化了實驗步驟，同時解決了原實驗無法直接得到感應電流方向的問題。在實際教學中，教師可以在修改情境之前創(chuàng)設開放性的問題情境，讓學生自主思考，基于實驗發(fā)現(xiàn)問題，經(jīng)歷猜想假設等一系列過程去解決問題，增強學生的創(chuàng)新意識，培養(yǎng)他們的科學探究能力。

3．４" " 關聯(lián)問題情境，培養(yǎng)科學態(tài)度與責任

教材是滲透科技成就的重要載體，教學導入的情境設置則是融合科技成就的有效途徑。教材的“問題”欄目較少涉及科技成就，教師可對其進行適當補充，通過將相關的科技成就巧妙融入到“問題”欄目，不僅可以滲透德育要素，還能培養(yǎng)學生的科學態(tài)度與責任。例如，可將“兩彈元勛”鄧稼先的動人事跡融入到核裂變與核聚變“問題”欄目的情境中，這樣的設計不僅能夠激發(fā)學生對學科的濃厚興趣，同時讓他們深刻體驗科學家的愛國精神和追求科技強國的夢想。通過這一里程碑般的科技成就，培養(yǎng)學生的愛國情懷，促使他們?nèi)姘l(fā)展，以達到立德樹人的教學效果。

參考文獻：

［１］中華人民共和國教育部．國務院辦公廳關于新時代推進普通高中育人方式改革的指導意見［EB/OL］．（2019-06-11）.http：//www.moe.gov.cn/jyb_xxgk/moe_1777/moe_1778

/201906/t20190619_386539.html．

［２］中華人民共和國教育部．普通高中物理課程標準（２０１７年版）［Ｓ］．北京：人民教育出版社，２０18．

［３］鐘儀，皮飛鵬．高考評價體系下物理試題情境分析框架構建與應用——以２０２０～２０２２年部分高考物理試題為例［Ｊ］．物理教師，２０２３，４４（７）：７０－74，７７．

［４］杜明榮，魏靖堯．人教版高中物理教材“問題”欄目的情境分析與使用建議［Ｊ］．課程·教材·教法，２０２３，４３（４）：１２７－１３２．

［５］易克薩維耶·羅日葉．學校與評估：為了評估學生能力的情境［Ｍ］．汪凌，周振平，譯．上海：華東師范大學出版社，２０１１．

［６］王俊民，盧星辰，唐穎捷．國際大規(guī)模科學學業(yè)評估的試題情境比較研究——基于情境類型學的量化分析［Ｊ］．中國考試，２０１９（２）：３２－４０．

［７］馬扎諾，肯德爾．教育目標的新分類學［Ｍ］．高凌飚，吳有昌，蘇峻，譯．北京：教育科學出版社，２０１２．

［８］李洪俊，李曉巖．基于情境類型學的中英高考物理試題的分析與比較［Ｊ］．物理教學探討，２０１９，３７（３）：１５－１８．

［９］童大振，胡揚洋，包雷．促進深度學習的物理問題情境：內(nèi)涵、作用與啟示［Ｊ］．課程·教材·教法，２０２３，４３（３）：１２５－１３１．

（欄目編輯" " 劉" "榮）