高中物理真實(shí)情境問(wèn)題解決的教學(xué)實(shí)踐研究

【摘要】真實(shí)情境是新課引入、課堂教學(xué)、教學(xué)評(píng)價(jià)的重要載體.新高考正向試題情境化發(fā)展，情境的復(fù)雜程度直接影響試題的難易程度，從而考查學(xué)業(yè)質(zhì)量水平，因此教師要在真實(shí)情境中引導(dǎo)學(xué)生形成物理觀念、構(gòu)建物理模型，并將情境中掌握的物理概念和規(guī)律用于解決新的情境問(wèn)題.規(guī)范的審題、模型的構(gòu)建、方法的積累是破解復(fù)雜真實(shí)情境問(wèn)題的關(guān)鍵，正確構(gòu)建模型可以簡(jiǎn)化問(wèn)題、提高解題正確率，從而真正達(dá)到提升學(xué)生物理核心素養(yǎng)的目的.

【關(guān)鍵詞】真實(shí)情境、物理核心素養(yǎng)、模型構(gòu)建

1 研究背景

1.1 考試命題情境化

《中國(guó)高考評(píng)價(jià)體系》規(guī)定了情境是高考考查的載體，以此承載考查內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)考查要求.真實(shí)情境對(duì)于學(xué)生物理觀念形成、學(xué)習(xí)興趣培養(yǎng)、物理模型構(gòu)建、綜合能力發(fā)展都有重要作用，同時(shí)真實(shí)情境在教學(xué)評(píng)價(jià)方面也極為重要，物理概念和規(guī)律來(lái)源于對(duì)自然規(guī)律的總結(jié)和提煉，應(yīng)用于解決實(shí)際問(wèn)題，情境設(shè)置的復(fù)雜程度直接影響試卷難易程度.目前高考試題出現(xiàn)了大量真實(shí)情境，對(duì)學(xué)生學(xué)業(yè)質(zhì)量進(jìn)行考查，近兩年浙江省物理選考出現(xiàn)了大量的以真實(shí)情境作為載體的試題.研究表明，試題的復(fù)雜性與問(wèn)題內(nèi)容的抽象性、情境復(fù)雜性和應(yīng)用綜合性之間存在關(guān)聯(lián).基于問(wèn)題情境的復(fù)雜性、知識(shí)結(jié)構(gòu)的規(guī)范程度、思維方式及價(jià)值觀念的全面性等因素，可將試題劃分為若干等級(jí).學(xué)生在面對(duì)復(fù)雜情境時(shí)，需要具備物理觀念，掌握物理規(guī)律和物理模型的運(yùn)用能力，以解決實(shí)際問(wèn)題.

1.2 教學(xué)現(xiàn)狀

在新課程背景下，高中物理課程目標(biāo)從“雙基”到“三維”，向物理核心素養(yǎng)轉(zhuǎn)變，教與學(xué)從“聽講、記筆記、做題”向“自主、合作、探究”的多樣化教學(xué)轉(zhuǎn)變，高考命題導(dǎo)向從知識(shí)考查到能力、素養(yǎng)立意的轉(zhuǎn)變.但現(xiàn)階段的物理教學(xué)還存在不足：教學(xué)質(zhì)量方面，教師的組織與指導(dǎo)策略的合理性還需要進(jìn)一步提高.本人通過(guò)聽課和學(xué)生調(diào)查，發(fā)現(xiàn)教師在教學(xué)過(guò)程中重視知識(shí)結(jié)論而不夠重視認(rèn)知和能力發(fā)展，核心素養(yǎng)落實(shí)說(shuō)的多做的少，實(shí)際課堂教學(xué)重視解決習(xí)題而不是解決實(shí)際問(wèn)題；學(xué)業(yè)質(zhì)量方面，學(xué)生在實(shí)際問(wèn)題解決過(guò)程中科學(xué)思維、科學(xué)探究等學(xué)科素養(yǎng)還比較缺乏，在學(xué)習(xí)過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)上課聽得懂、下課不會(huì)做的情況.學(xué)生遇到新的題型、新的情境，分析、構(gòu)建模型的能力還比較薄弱.

2 真實(shí)情境問(wèn)題解決的策略

2.1 融入情境、優(yōu)化教學(xué)

情境的創(chuàng)設(shè)有利于激發(fā)學(xué)生興趣，增強(qiáng)物理知識(shí)與生活實(shí)際的聯(lián)系.案例1：在熱力學(xué)第一定律的新課教學(xué)中，以飲水鳥作為課堂引入，引起學(xué)生對(duì)飲水鳥工作原理的探究興趣.情境的創(chuàng)設(shè)可以使抽象問(wèn)題可視化，降低思維難度，有利于學(xué)生在原有認(rèn)知下接受和理解抽象概念和疑難問(wèn)題.案例2：在《原子核的結(jié)合能》新課教學(xué)中以靜電飛花作為情境，讓學(xué)生體會(huì)“靜電力比較大，原子核能穩(wěn)定存在需要其他力的存在”，引出新課.情境創(chuàng)設(shè)還可以培養(yǎng)學(xué)生的合作探究能力和問(wèn)題解決能力.在情境創(chuàng)設(shè)中，學(xué)生通常需要分組合作，共同解決問(wèn)題或完成實(shí)驗(yàn)，在合作學(xué)習(xí)中交流討論、思維碰撞，培養(yǎng)合作和溝通能力.

2.2 情境建模、提升理解

物理模型是對(duì)實(shí)際情境、物理現(xiàn)象或者系統(tǒng)的簡(jiǎn)化，能簡(jiǎn)潔表述自然現(xiàn)象和規(guī)律.物理模型一是能簡(jiǎn)化問(wèn)題，較為方便得出物體運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律；二是對(duì)模型討論的結(jié)果稍加修正，即可用于實(shí)際事物的分析和研究.因此需讓學(xué)生理解模型構(gòu)建的意義，平時(shí)教學(xué)中要加強(qiáng)對(duì)物理模型構(gòu)建的訓(xùn)練與應(yīng)用，總結(jié)常見模型的規(guī)律，積累一些疑難的方法模型，引導(dǎo)學(xué)生用模型指導(dǎo)真實(shí)情境問(wèn)題的解決.高中物理必修一質(zhì)點(diǎn)模型的教學(xué)對(duì)于后期學(xué)生對(duì)于模型構(gòu)建的意義、構(gòu)建的思路和方法有一定的指導(dǎo)意義.教學(xué)中應(yīng)該通過(guò)對(duì)具體情境的分析來(lái)建立質(zhì)點(diǎn)的概念，例如，研究飛機(jī)的飛行軌跡、繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的地球、乒乓球的旋球技術(shù)、花樣滑冰運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)軌跡等真實(shí)情境.將具體的物理對(duì)象或過(guò)程抽象為物理模型，是物理學(xué)的重要研究方法.體會(huì)建構(gòu)物理模型的思維方式、認(rèn)識(shí)物理模型在探索自然規(guī)律的作用.通過(guò)不斷深入探索勻變速、拋體運(yùn)動(dòng)、勻速圓周運(yùn)動(dòng)模型，學(xué)生能構(gòu)建比較完善的運(yùn)動(dòng)模型，不斷深化和完善已經(jīng)掌握的物理模型.

2.3 情境釋疑、回歸本真

真實(shí)情境的習(xí)題是以情境包裝加工過(guò)的物理問(wèn)題，通過(guò)審題把情境去掉得到最簡(jiǎn)潔的物理問(wèn)題.然后將習(xí)題與自己通過(guò)新課學(xué)習(xí)或者習(xí)題總結(jié)的問(wèn)題模型、方法模型相關(guān)聯(lián)，用已知模型再加工去解決新問(wèn)題.去情境則是對(duì)情境的深刻理解，是審題、破解題目的關(guān)鍵步驟之一.學(xué)生需要從問(wèn)題描述的情境中獲取相關(guān)的有效物理信息，形成良好的讀題習(xí)慣.做到“眼看”“手畫”“腦思”.“眼看”——眼睛是獲取信息的途徑.“手畫”包括兩個(gè)內(nèi)容：1畫出關(guān)鍵條件；2畫出物體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程草圖.畫出物理過(guò)程示意圖是展示物理情境的一種最主要的手段.“腦思”就是要不斷思考，提取與該問(wèn)題相關(guān)的相似情境和模型方法，以及解決問(wèn)題的注意事項(xiàng)，如圖1所示.

2.4 模型應(yīng)用、問(wèn)題解決

正確的模型構(gòu)建和應(yīng)用，能提高真實(shí)情境問(wèn)題解決的準(zhǔn)確性.

例1 春分時(shí)，當(dāng)太陽(yáng)光直射地球赤道時(shí)，某天文愛(ài)好者在地球表面上某處用天文望遠(yuǎn)鏡恰好觀測(cè)到其正上方有一顆被太陽(yáng)照射的地球同步衛(wèi)星.已知：地球半徑為R，地球表面重力加速度為g，地球自轉(zhuǎn)角速度為ω，若不考慮大氣對(duì)光的折射，下列關(guān)于在日落后的12小時(shí)內(nèi)，該觀察者看不見此衛(wèi)星的時(shí)間t滿足的關(guān)系式正確的是（" ）

（A）sin（ωt）=3Rω2g. （B）sin（ωt）=3gRω2.

（C）sinωt2=3Rω2g （D）sinωt2=3gRω2.

學(xué)生問(wèn)題診斷：不清楚衛(wèi)星運(yùn)行情境，無(wú)法區(qū)分太陽(yáng)輻射能量的球狀模型和平行光模型.需要學(xué)生正確畫出模型.

第一步：請(qǐng)學(xué)生作出圖像，對(duì)本題進(jìn)行理解.第二步：對(duì)學(xué)生的作圖進(jìn)行展示，找到正確的模型.第三步：根據(jù)正確圖形再讓學(xué)生進(jìn)行求解.第四步：拓展太陽(yáng)光可以看成球狀模型的問(wèn)題.太陽(yáng)的發(fā)光功率為P，求地球上面積為S的太陽(yáng)能電池板接收到太陽(yáng)光的功率P0.構(gòu)建太陽(yáng)光模型，讓學(xué)生能在不同情境下進(jìn)行運(yùn)用，提高學(xué)生問(wèn)題解決能力.

3 物理真實(shí)情境問(wèn)題解決的教學(xué)實(shí)踐

接下來(lái)以真實(shí)情境中電磁感應(yīng)大題為例，講述真實(shí)情境問(wèn)題在物理課堂教學(xué)中的實(shí)踐思考，如表1所示.

教學(xué)環(huán)節(jié)1 真題回顧，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷從情境到模型再到問(wèn)題解決的過(guò)程，積累解決真實(shí)情境問(wèn)題的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，提升解決問(wèn)題的能力.

例2 艦載機(jī)電磁彈射是現(xiàn)在航母最先進(jìn)的彈射技術(shù).某興趣小組開展電磁彈射系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究，如圖2所示，用于推動(dòng)模型飛機(jī)的動(dòng)子（圖中未畫出）與線圈絕緣并固定，線圈帶動(dòng)動(dòng)子，可在水平導(dǎo)軌上無(wú)摩擦滑動(dòng).線圈位于導(dǎo)軌間的輻向磁場(chǎng)中，其所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B.開關(guān)S與1接通，恒流源與線圈連接，動(dòng)子從靜止開始推動(dòng)飛機(jī)加速，飛機(jī)達(dá)到起飛速度時(shí)與動(dòng)子脫離；此時(shí)S擲向2接通定值電阻R0，同時(shí)施加回撤力F，在F和磁場(chǎng)力作用下，動(dòng)子恰好返回初始位置停下.若動(dòng)子從靜止開始至返回過(guò)程的v-t圖如圖3所示，在t1至t3時(shí)間內(nèi)F=（800－10v）N，t3時(shí)撤去F.已知起飛速度v1=80m/s，t1=1.5s，線圈匝數(shù)n=100匝，每匝周長(zhǎng)l=1m，飛機(jī)的質(zhì)量M=10kg，動(dòng)子和線圈的總質(zhì)量m=5kg，R0=9.5Ω，B=0.1T，不計(jì)空氣阻力和飛機(jī)起飛對(duì)動(dòng)子運(yùn)動(dòng)速度的影響，求（1）恒流源的電流I；（2）線圈電阻R；（3）時(shí)刻t3.

教師查找相關(guān)的真實(shí)情境，引發(fā)學(xué)生興趣，并讓學(xué)生回顧電磁驅(qū)動(dòng)和加速有關(guān)的方案和模型.學(xué)生將情境進(jìn)行分析，映射到自己所學(xué)的知識(shí)和曾經(jīng)建構(gòu)過(guò)的簡(jiǎn)單模型.

教學(xué)環(huán)節(jié)2 分小組進(jìn)行線框模型和解題思路歸納.

教學(xué)環(huán)節(jié)3 播放實(shí)驗(yàn)?zāi)M視頻作為引入，觀看一個(gè)關(guān)于電磁彈射實(shí)驗(yàn)的視頻，以深入理解微重力實(shí)際情境的影響.學(xué)生對(duì)情境構(gòu)建模型進(jìn)行分析，提取出解決特定問(wèn)題所需的理論知識(shí)與技能，并運(yùn)用列式求解的方法進(jìn)行求解.

本課堂通過(guò)案例展示、模型梳理、實(shí)戰(zhàn)演練三個(gè)環(huán)節(jié)的課堂教學(xué)，對(duì)真實(shí)情境進(jìn)行剖析，對(duì)模型進(jìn)行分析應(yīng)用.為學(xué)生提供了有關(guān)電磁感應(yīng)真實(shí)情境問(wèn)題解決的基本策略的學(xué)習(xí)途徑，如圖4.

4 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐表明，通過(guò)情境模擬與模型應(yīng)用相結(jié)合，有助于提升學(xué)生在實(shí)際情境中解決問(wèn)題的能力，同時(shí)塑造學(xué)生的物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究以及科學(xué)態(tài)度與責(zé)任感四個(gè)方面的核心素養(yǎng).然而，解決真實(shí)情境問(wèn)題的根本在于，學(xué)生模型的積累、提取模型的能力以及構(gòu)建新模型的能力.當(dāng)前的實(shí)踐方法主要是針對(duì)經(jīng)典模型和考試中出現(xiàn)的高頻模型，其適用性尚待提高.然而，學(xué)生重新構(gòu)建新的模型以應(yīng)對(duì)問(wèn)題的過(guò)程，還需進(jìn)一步深入研究并進(jìn)行實(shí)踐.

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