以問題為中心的高中物理教學探究

傳統高中物理教學多以教師講授為主，學生被動接受知識。這種教學模式雖能在一定程度上傳授知識，但學生的參與度和積極性較低，對知識的理解和應用能力不足。隨著教育理念的更新，培養學生的核心素養和綜合能力成為教育目標，以問題為中心的教學模式應運而生。以問題為中心的教學模式強調以問題為導向，引導學生主動思考、探究和解決問題。在高中物理教學中應用該模式，能激發學生的好奇心和求知欲，培養其批判性思維和創新能力，使學生在解決問題的過程中深入理解物理知識，提升應用知識解決實際問題的能力。

一、以問題為中心的教學模式概述

（一）概念與內涵

以問題為中心的教學模式，是一種將問題貫穿于教學全過程的創新性教學方法。它打破傳統教學中知識單向傳輸的模式，把問題作為引導學生學習和思考的核心要素。在這種教學模式下，教師不再是簡單地講授知識，而是精心設計一系列具有啟發性、探究性的問題，激發學生的好奇心與求知欲，促使學生主動探索知識[1]。

該模式的內涵豐富且多元。首先，強調問題的驅動性。問題如同“引擎”，推動教學進程，激發學生的學習動力。學生在解決問題的過程中，會產生強烈的內在學習動機，積極調動已有的知識經驗，嘗試新的思路和方法。其次，注重學生的主體地位。學生不再是被動接受知識的容器，而是成為問題解決的主體，通過自主思考、合作探究等方式，深入挖掘問題背后的知識和原理，培養獨立思考和解決問題的能力。最后，突出知識的關聯性。以問題為紐帶，將分散的知識點串聯起來，形成系統的知識體系，幫助學生從整體上把握知識，理解知識之間的內在邏輯關系，提升知識的運用能力。

（二）理論基礎

建構主義學習理論：建構主義認為，學習不是由教師向學生傳遞知識的過程，而是學生主動建構自己知識經驗的過程。以問題為中心的教學模式與這一理論高度契合。在問題解決過程中，學生基于已有的認知結構，對新知識進行分析、整合和內化，構建起屬于自己的知識體系[2]。每個學生在面對問題時，由于知識背景和思維方式的差異，會產生不同的理解和解決方案，這正是建構主義所強調的個體對知識的獨特建構。

杜威的實用主義教育理論：杜威提出“做中學”的教育理念，主張教育應與生活實際相結合，讓學生在實踐活動中獲取知識和經驗。以問題為中心的教學模式，將問題情境設置在真實或模擬的生活場景中，學生通過解決實際問題，將所學知識應用于實踐，實現知識的“學以致用”，同時也培養了學生適應社會和解決實際問題的能力，體現了實用主義教育理論的核心思想。

（三）實施步驟

問題設計。這是實施以問題為中心教學模式的關鍵第一步。教師要根據教學目標、學生的認知水平和生活實際，精心設計問題。問題應具有明確的指向性，緊密圍繞教學重點和難點；同時要具有一定的開放性和挑戰性，能夠激發學生的探究興趣，引導學生多角度思考。

問題呈現。教師以多樣化的方式向學生呈現問題，可以通過口頭講述、多媒體展示、實驗演示等手段，將問題清晰地傳達給學生。同時，要營造積極的課堂氛圍，鼓勵學生大膽質疑，提出自己的疑問和想法，確保學生對問題有充分的理解和認識。

自主探究與合作學習。學生在明確問題后，開始自主探究或小組合作學習。自主探究時，學生運用已有的知識和方法，嘗試尋找解決問題的思路和方法；小組合作學習中，學生相互交流、討論，分享各自的觀點和想法，共同攻克難題。在這個過程中，教師要作為引導者和組織者，適時給予學生指導和幫助，引導學生不斷深入思考。

成果展示與評價。學生完成問題解決后，進行成果展示?？梢酝ㄟ^口頭匯報、書面報告、實物模型等形式呈現探究成果。教師和其他學生對展示成果進行評價，評價內容包括問題解決的思路、方法、創新性、團隊協作等方面。通過評價，學生能夠發現自己的優點和不足，進一步完善知識體系和問題解決能力。

二、\"萬有引力定律”教學內容分析

（一）“萬有引力定律”在教材中的地位與作用

“萬有引力定律”在高中物理知識體系中占據著舉足輕重的地位，它是經典力學的核心內容之一，也是天體物理學的基礎。從知識的縱向發展來看，它是在學生學習了牛頓運動定律之后，對力與運動關系認識的進一步深化。牛頓運動定律闡述了力是改變物體運動狀態的原因，而萬有引力定律則揭示了自然界中一種基本的相互作用力一—萬有引力，讓學生明白物體在天體間的運動以及地球上物體的重力現象等，都可以用這一定律來解釋。

在橫向聯系上，萬有引力定律與圓周運動、能量守恒等知識緊密相連。天體的運動可以看作是在萬有引力作用下的圓周運動，通過對萬有引力提供向心力的分析，能夠計算天體的質量、密度、運行速度等物理量，這涉及圓周運動的線速度、角速度、周期等概念[3]。同時，在研究衛星發射和變軌問題時，又會用到能量守恒的知識，使學生認識到不同形式的能量在天體運動過程中的轉化，構建起一個完整的知識網絡，有助于培養學生綜合運用知識解決問題的能力。

（二）教學目標

知識與技能目標。學生能理解萬有引力定律的內容、表達式及適用條件；會用萬有引力定律計算天體間的引力，解決相關的簡單問題。

過程與方法目標。通過對萬有引力定律發現過程的探究，培養學生的科學思維和邏輯推理能力；學會運用數學工具處理物理問題，提升學生的數學應用能力。

情感態度與價值觀目標。體會科學研究的艱辛與樂趣，激發學生對科學的熱愛和探索精神；認識到科學理論的發展是一個不斷完善的過程，培養學生的創新意識和批判性思維。

（三）教學重難點

1.教學重點

定律的內容與表達式：“萬有引力定律”為物體間相互作用的一條定律，1687年為英國著名物理學家牛頓所發現。任何物體之間都有相互吸引力，這個力的大小與各個物體的質量成正比例，而與它們之間的距離的平方成反比。如果用 m₁ 、 m₂ 表示兩個物體的質量，r表示它們間的距離，則物體間相互吸引力為 F= （ Gm₁m₂ ） /r² ，G稱為萬有引力常數，也可簡稱為引力常數，G由卡文迪許使用扭秤裝置測出，它的數值大小決定了萬有引力的強弱程度。對公式的熟練掌握，是學生運用定律解決各種問題的基礎。

定律的推導過程：從開普勒行星運動定律到萬有引力定律的推導，是教學中幫助學生理解定律本質的關鍵環節。通過對行星繞太陽運動的簡化模型分析，利用圓周運動的知識和牛頓運動定律，推導出太陽與行星間的引力表達式，再進一步推廣到自然界中任意兩個物體之間的引力，讓學生經歷從特殊到一般的思維過程，培養學生的邏輯推理能力和科學探究精神。

2.教學難點

對萬有引力常量的理解：雖然引力常量G只是公式中的一個比例系數，但它的物理意義深刻且抽象。G的數值極小，這意味著在日常生活中，我們很難察覺到普通物體之間的萬有引力，只有在天體等質量巨大的物體之間，萬有引力才表現得較為明顯。學生理解G的大小與萬有引力作用效果之間的關系存在一定困難，需要通過具體的實例計算和對比分析，幫助學生建立起直觀的認識。

應用定律解決復雜問題：在實際應用中，萬有引力定律常常與其他物理知識相結合，如衛星的發射、運行和變軌問題，涉及多個物理過程和物理量的變化。學生需要綜合考慮萬有引力、向心力、能量等因素，分析物體的受力情況和運動狀態，正確選擇物理規律建立方程求解。這對學生的綜合分析能力和知識遷移能力要求較高，是教學中的一大難點。

三、以問題為中心的“萬有引力定律”教學實踐

（一）創設問題情境，激發學習興趣

引入生活實例：展示蘋果落地、月亮繞地球運動等生活中常見的現象，提出問題：“為什么蘋果會落地？月亮為什么不會掉下來？它們之間是否存在某種聯系？”這些問題貼近學生的生活經驗，能夠迅速激發學生的好奇心和探究欲望。

利用多媒體資源：播放太陽系八大行星運動的視頻，展示行星運動的軌跡和規律，提出問題：

“行星的運動遵循怎樣的規律？是什么原因導致行星這樣運動？”借助多媒體的直觀性和動態性，讓學生更直觀地感受天體運動的奇妙，引發學生對天體運動本質的思考。

（二）問題引導探究，培養思維能力

問題鏈設計：設計一系列有層次、有邏輯的問題鏈，引導學生逐步深入探究萬有引力定律。例如：

問題1：開普勒定律描述了行星運動的現象，那么是什么原因導致行星這樣運動呢？（引導學生思考行星運動的原因，激發學生探究的欲望）

問題2：牛頓是如何從開普勒定律中發現萬有引力定律的？（引導學生了解萬有引力定律的發現過程，體會科學研究的方法）

問題3：萬有引力定律的表達式是如何推導出來的？（引導學生運用數學知識和物理原理，推導萬有引力定律的表達式，培養學生的邏輯推理能力和數學應用能力）

問題4：萬有引力定律的適用條件是什么？在日常生活中，我們為什么感覺不到物體之間的萬有引力？（引導學生理解萬有引力定律的適用范圍，以及萬有引力在宏觀世界和微觀世界中的表現差異）

小組合作探究：將學生分成小組，針對上述問題進行討論和探究。每個小組推選一名組長，負責組織討論和記錄討論結果。在小組討論過程中，學生各抒己見，相互啟發，共同探索問題的答案。教師在各小組之間巡視，適時給予指導和幫助，引導學生朝著正確的方向思考。例如，在推導萬有引力定律表達式的過程中，教師可以引導學生回顧圓周運動的相關知識，如向心力公式、線速度與角速度的關系等，幫助學生建立物理模型，運用數學方法進行推導。

（三）知識建構與應用，深化理解掌握

學生匯報與交流：各小組派代表匯報討論結果，其他小組進行補充和質疑。通過這種方式，學生可以分享自己的思考過程和探究成果，同時也能從其他小組的匯報中獲取新的思路和方法。教師對學生的匯報進行點評和總結，幫助學生梳理知識，構建完整的知識體系。例如，在學生匯報萬有引力定律的推導過程后，教師可以對推導過程中的關鍵步驟和物理原理進行強調和解釋，幫助學生加深對知識的理解。

知識應用與拓展：提出一些與萬有引力定律相關的實際問題，讓學生運用所學知識進行分析和解決。例如：

問題1：已知地球的質量和半徑，如何計算地球表面的重力加速度？（引導學生運用萬有引力定律和重力的概念，解決實際問題，加強對知識的理解和應用）

問題2：如果人造衛星要繞地球做勻速圓周運動，它的速度和軌道半徑之間有什么關系？（引導學生運用萬有引力提供向心力的原理，分析人造衛星的運動規律，培養學生的應用能力和分析問題的能力）

問題3：假設存在一顆未知行星，其質量和半徑均為地球的2倍，那么在這顆行星表面，物體的重力加速度是多少？（通過拓展性問題，培養學生的創新思維和知識遷移能力）

（四）總結反思，提升學習能力

課堂總結：引導學生回顧本節課所學內容，包括萬有引力定律的發現過程、內容、表達式、適用條件以及應用等方面。通過總結，幫助學生鞏固所學知識，加深對知識的理解和記憶。例如，教師可以通過板書或PPT的形式，將本節課的重點內容進行梳理和呈現，讓學生對知識有一個系統的認識。

反思與評價：組織學生對本節課的學習過程進行反思和評價，讓學生思考自己在學習過程中的收獲和不足，以及小組合作和探究過程中存在的問題。教師對學生的反思和評價進行總結和反饋，肯定學生的優點和進步，同時指出存在的問題和改進的方向，為下一次教學提供參考。例如，教師可以引導學生思考在小組討論中，自己是否積極參與、是否能傾聽他人的意見、是否能夠提出有價值的觀點等，幫助學生提高合作學習的能力。

四、以問題為中心教學效果分析

（一）學生學習興趣的變化

在傳統“萬有引力定律”教學中，多是教師主導講授知識，學生被動接受，學習過程枯燥，學生容易產生倦怠感。引入以問題為中心的教學模式后，情況大為改觀。

教師提出問題：“為什么行星能周而復始地繞太陽運動，它們不會飛離或者相撞嗎？”這一問題讓學生對浩瀚宇宙充滿遐想，迫切想探尋背后的物理原理，激發了他們內在的學習興趣。隨著課程推進，如在講解萬有引力常量測定時，問題“卡文迪許是如何巧妙地測量出極其微小的萬有引力的？”讓學生仿佛置身于科學探索現場。他們不再覺得知識遙不可及，而是主動查閱資料、思考討論，積極參與課堂。原本抽象的萬有引力知識因問題的引導變得生動有趣，學生從被動的知識接收者轉變為主動的探索者，學習興趣顯著提升，課堂參與度大幅提高，對物理學科的好感也油然而生。

（二）學生知識掌握與應用能力的提升

以問題為引導，學生在思考和解決問題的過程中，對萬有引力定律的知識掌握更加扎實。例如，在推導萬有引力定律表達式時，教師提出“如何從開普勒行星運動定律出發，結合牛頓運動定律推導出太陽與行星間的引力公式？”學生通過一步步分析開普勒定律中行星運動的周期、軌道半徑等物理量與牛頓運動定律中力和加速度的關系，深入理解了方有引力定律的來龍去脈，不再是死記硬背公式。

在面對實際問題時，學生的應用能力得到明顯鍛煉。當給出“已知某衛星繞地球運行的軌道半徑和周期，求地球質量”這樣的問題，學生能夠迅速調動所學知識，運用萬有引力提供向心力的公式進行求解。通過不斷解決類似的實際問題，學生學會將抽象的定律應用到具體情境中，理解了物理知識與現實世界的緊密聯系，知識遷移能力和應用能力得到有效提升。在解決復雜問題，如衛星變軌問題時，學生能綜合考慮萬有引力、衛星速度變化、能量轉化等因素，分析不同軌道上衛星的運動狀態，展現出對知識的靈活運用和融會貫通。

（三）學生思維能力和科學素養的發展

以問題為中心的教學過程中，學生需要對問題進行分析、推理和論證。在探討“為什么不同質量的物體在同一地點重力加速度相同\"這一問題時，學生從萬有引力定律和牛頓第二定律出發，逐步推導得出重力加速度與物體質量無關的結論。這一過程中，學生的邏輯鏈條不斷完善，學會從已知條件出發，通過合理的推理得出正確結論，邏輯思維能力得到有效鍛煉。

在課堂討論中，學生對不同的觀點和解決方案進行質疑和反思。例如，在討論萬有引力定律適用范圍時，有學生提出“在微觀世界中，萬有引力定律是否依然適用？”針對這一問題，學生各抒己見，查閱資料，對萬有引力定律的局限性進行深入探討，不盲目接受既有知識，學會批判性地思考問題，形成自己獨立的見解。

以問題為驅動，學生經歷了類似科學家的探究過程。在研究“如何利用萬有引力定律測量天體密度”時，學生自主設計實驗方案，嘗試收集數據、分析誤差，在不斷探索中解決問題。這種親身體驗讓學生深刻理解科學研究的方法和過程，培養了他們勇于探索、敢于創新的科學探究精神，提升了科學素養，為今后進一步學習和研究科學奠定了堅實的基礎。

五、以問題為中心教學模式面臨的挑戰與應對策略

（一）面臨的挑戰

教師角色轉變困難。傳統教學模式下，教師習慣了知識的傳授者角色，在以問題為中心的教學模式中，要轉變為引導者和促進者，對教師的教學理念和教學能力提出了更高的要求[4]。部分教師可能難以適應這種角色轉變，在教學過程中仍然不自覺地主導課堂，影響學生的主體地位。

教學時間難以把控。以問題為中心的教學模式中，學生的討論和探究活動較多，容易導致教學時間緊張，難以完成預定的教學任務。尤其是在處理一些復雜問題時，學生可能會陷入長時間的思考和討論，使得教學進度受到影響。

學生個體差異較大。學生的學習能力、基礎知識水平和學習興趣等存在個體差異，在以問題為中心的教學中，部分基礎薄弱或學習積極性不高的學生可能難以跟上教學節奏，在小組合作中也可能參與度不高，從而影響學習效果。

（二）應對策略

加強教師培訓。學校和教育部門應加強對教師的培訓，組織教師參加以問題為中心教學模式的專題培訓和研討活動，讓教師深入理解這種教學模式的理念和方法，掌握引導學生探究和解決問題的技巧，提高教師的教學能力和角色轉變能力。

優化教學設計。教師在備課過程中，要充分考慮教學內容和學生的實際情況，合理設計問題和教學活動，對教學時間進行科學規劃。在課堂教學中，教師要靈活調控教學節奏，根據學生的討論情況和問題解決進度，適時引導學生，確保教學任務的順利完成。

關注學生個體差異。教師要關注學生的個體差異，在教學過程中，根據學生的實際情況，對問題進行分層設計，滿足不同層次學生的學習需求[5]。對于基礎薄弱的學生，教師要給予更多的指導和幫助，鼓勵他們積極參與課堂討論和探究活動，逐步提高學習能力。同時，在小組分組時，要注意合理搭配，讓不同層次的學生相互學習、相互促進。

結束語

本文通過對以問題為中心的高中物理教學模式的研究，結合“萬有引力定律”的教學實例，詳細闡述了該教學模式的實施過程、教學效果和優勢，同時也分析了其面臨的挑戰及應對策略。以問題為中心的教學模式以其獨特的教學理念和方法，能夠有效地激發學生的學習興趣，培養學生的思維能力、自主學習能力和合作意識，提升高中物理教學質量。

參考文獻

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[4]潘向陽.基于核心素養導向的高中物理教學策略初探[J].中學科技，2022（3）：38-39.

[5]馬洪波.基于情境學習的高中物理教學初探J].廣西教育，2021（46）：121-122.