“問題鏈”驅動的高中物理實驗教學設計與實踐

《普通高中物理課程標準》（2017年版2020年修訂）（以下簡稱《課標》）明確指出學生需“具有科學探究意識，能在觀察和實驗中發現問題、提出合理猜想與假設”[1]。以問題為導向的高中物理實驗教學是一種強調問題驅動、學生探究和實踐參與的教學模式，旨在通過問題設計和實驗操作培養學生的科學探究能力與綜合素養[2]。這一素養要求本質上確立了實驗教學中“問題導向”的核心地位，而科學探究能力的培養需要依托系統的問題設計來實現。但現實教學中，實驗操作與思維培養存在割裂現象，學生常因缺乏階梯式問題引導陷入機械操作，導致探究過程碎片化，與課標要求的完整科學探究流程形成明顯偏差?！皢栴}鏈”作為結構化工具，其遞進式問題序列能構建系統化探究路徑，為縮短教學實踐與課標要求的差距提供了可行方案。本文將從理論價值與實踐框架雙重維度，剖析“問題鏈”驅動實驗教學的育人功能，基于“課前一課中一課后”的閉環設計，探索實驗教學向“素養培育”轉型的實施路徑。

\"問題鏈”驅動的高中物理實驗教學的價值意蘊

“問題鏈”驅動的高中物理實驗教學的價值意蘊植根于理論建構與實踐創新的雙重維度。從理論內核看，其以建構主義學習理論為基礎，通過邏輯關聯的問題序列構建“認知腳手架”，將維果茨基“最近發展區”理論轉化為可操作的探究路徑，使學生在問題解決中實現知識的主動建構與思維的漸進發展。這種教學模式突破傳統實驗教學“操作技能訓練”的局限，以問題鏈的“遞進性、關聯性、導向性”特征為紐帶，形成“以問促探一以探促思一以思促知”的閉環機制，契合《課標》對“科學探究”核心素養的培養要求。

在實踐創新層面，其價值體現為對實驗教學本質的回歸與超越，通過問題鏈將實驗操作轉化為融合“證據收集、邏輯推理、質疑論證”的科學探究實踐，既強化實驗作為物理概念建構的“認知工具”功能，又凸顯其作為科學思維培養的“實踐場域”價值，實現從“知識傳遞”到“素養培育”的教學范式轉型。該模式通過問題鏈的層級設計，在理論上為實驗教學提供了兼具可操作性與發展性的認知支架，在實踐中為學生科學探究能力的進階搭建了結構化路徑，彰顯了物理實驗教學的育人本質。

二、 “問題鏈”驅動的高中物理實驗教學的教學價值

（一）知識建構性

“問題鏈”驅動的高中物理實驗教學在知識建構層面呈現遞進式價值體系。首先，通過遞進式問題設計將實驗目標拆解為觀察、分析、驗證到結論的邏輯鏈條，這種結構化整合解決了傳統教學中原理、操作、數據等知識碎片的離散問題，以問題為錨點引導學生主動串聯各環節知識，構建從操作到理論的系統性網絡。在此基礎上，通過溫故式銜接問題激活學生前概念，使新實驗中的變量控制、數據處理等技巧與已有物理知識形成實質性關聯。這種新舊知識的聯動機制，既避免了新知識的孤立存儲，又為后續概念深化奠定認知基礎。更深層地，問題鏈通過現象描述、規律驗證到條件拓展的層次推進，推動學生從記錄數據的表面觀察向探究本質問題躍遷，最終實現物理概念從現象到本質的深度內化。這種由表及里的知識建構路徑，讓實驗成為知識生長的動態載體。

（二）思維發展性

如果說知識建構是實驗教學的基礎目標，那么思維發展則是其核心進階。在高中物理教學中應用問題教學法，能切實提高物理課堂的思辨性，鍛煉學生的思考能力[3]。問題鏈首先為邏輯推理搭建思維腳手架，從變量控制、數據驗證到誤差分析的問題序列，引導學生沿著觀察、分析、驗證到反思的嚴密邏輯路徑思考，在訓練歸納演繹能力的過程中形成清晰的思維脈絡。在邏輯推理能力得到系統訓練的基礎上，問題鏈通過設置矛盾式問題，迫使學生跳出標準答案定式，主動質疑實驗全流程的嚴謹性。這種追問、驗證到修正的循環，本質上是批判性思維的深度訓練。當基礎思維能力得到強化后，開放性問題則為創造性思維提供生長空間。學生在突破常規方法的過程中，實現物理原理與生活經驗的跨界聯結，這種創新嘗試恰是科學探究思維的萌芽狀態。

（三）實驗實踐性

思維發展的最終落腳點是實踐能力的提升。教師設計物理實驗操作問題鏈，啟發學生思考實驗操作的方法要點和注意事項，能夠提高學生物理實驗操作學習的規范性，強化學生科學探究的實驗學習意識，引導學生對策略性知識建立更多學習理解[4]。問題鏈首先通過操作目的追問，將機械執行的操作步驟轉化為問題解決的認知行動。這種從被動操作到主動理解的轉變，使操作環節與實驗目標形成緊密的邏輯關聯。當操作目的性得到明確后，問題鏈進一步通過改進式問題，推動學生從完成任務的基礎層面向方案優化的高階層面躍升。學生在關注儀器誤差、環境影響等細節的過程中，通過反復調試實現從執行到創造的實踐層次深化，落實做中學的教育理念。這種實踐能力的深化最終指向遷移應用，通過生活場景問題架起實驗室與真實世界的橋梁。學生在轉化變量控制、數據采集等方法的過程中，逐漸形成用實驗思維解決實際問題的實踐意識，使實驗教學從技能訓練升華為終身受用的實踐素養。

三、“問題鏈”驅動的高中物理實驗教學設計

（一）激活認知，錨定目標

課前教學設計的核心在于以預問題鏈為抓手激活學生前認知結構，搭建新舊知識的聯結橋梁。為此，教師需嚴格依據《課標》，先深入剖析實驗的知識脈絡與能力要求，再同步細致分析學生已有知識儲備與認知特點，最終圍繞實驗核心原理與操作要點設計“溫故一引新一質疑”的遞進式問題鏈。首先，通過溫故類問題引導學生系統回顧相關物理定律與基礎實驗方法，為新知學習筑牢根基。其次，借助引新類問題建立新舊知識的實質性聯系，推動認知實現自然過渡。進而通過質疑類問題激發探究欲望，促使學生自主發現實驗潛在問題，形成初步的探究方向。在問題鏈設計中需兼顧雙重對策，一方面，通過核心理論的針對性回顧，強化學生對基礎原理的深層理解。另一方面，通過實驗設計思路引導、誤差來源預判等梯度問題，為課堂操作與數據分析做好充分鋪墊。完成問題鏈設計后，教師應將預問題以結構化學習單形式發放，引導學生按“問題感知一自主思考一認知建構”的路徑形成預備狀態，并通過系統梳理學生反饋，精準把握認知起點與共性盲區，從而為課堂“以學定教”提供科學依據，切實保障探究活動的針對性與高效性。

以人教版物理必修第三冊第十二單元“測量電源電動勢和內阻”實驗為例，為闡釋上述設計思路的具體應用，教師基于學生已掌握閉合電路歐姆定律但缺乏實驗設計經驗的學情，需設計四階預問題鏈。第一步，通過“閉合電路中路端電壓與電動勢關系”問題喚醒公式記憶，明確理論基礎；第二步，以“伏安法器材選擇與電路圖設計”問題推動理論向實踐轉化，激活器材應用經驗；第三步，用“影響測量準確性的操作環節”問題引導關注電表量程選擇等細節；第四步，通過“替代測量方案設計”問題拓展思維維度。從學習單反饋來看，多數學生能正確推導公式，但部分學生在羅列實驗器材時常遺漏滑動變阻器或開關。不少學生僅能指出電表內阻等理論誤差因素，而對操作時讀數不及時等實際誤差缺乏預判?；谶@些典型問題，教師需將課堂重點調整為“實驗方案完整性設計”與“操作誤差溯源分析”，并增加多方案對比探究課時，使課前預問題鏈設計切實服務于課堂精準教學的開展。

（二）情境引導，深度探究

課堂實施階段需以“情境生鏈、探究展鏈、反思固鏈”的問題鏈進階為抓手，將抽象實驗目標轉化為生活化探究任務。教師首先需選取與實驗主題高度契合的生活情境，通過情境中的認知沖突生成核心問題鏈，喚醒學生相關知識記憶，建立“生活現象一物理概念”的認知橋梁。再圍繞實驗操作、數據處理、誤差分析等關鍵環節設計遞進式問題，引導學生理解操作本質、關聯物理規律、溯源誤差成因，激活批判性思維并拓展多方案探究。最終通過遷移任務推動知識向生活場景延伸，設置反思性問題鏈引導學生優化方案，布置生活化實踐任務，實現“實驗認知一方法提煉一生活應用”的能力躍升，形成“情境感知、深度探究、實踐應用”的閉環教學邏輯。

仍以“測量電源電動勢和內阻”實驗為例，教師應從生活現象入手，以“新舊手機電池連接同一小燈泡亮度差異”引入，通過“舊電池供電能力下降的本質原因是什么”“如何量化這種差異”等問題，將電動勢、內阻概念轉化為可探究的生活議題，再借助“電池供電能力與哪些物理量相關”的問題喚醒學生對閉合電路歐姆定律的記憶，生成實驗目標。在探究展鏈環節，操作階段需通過“電表量程估算原理”“滑動變阻器安全調節”等問題引導學生理解操作本質，避免機械執行。數據處理時要以“多組測量意義”“U-I圖像物理內涵”推動規律關聯。針對數據差異應設計“理論與實測不符”的矛盾式問題激活批判性思維，通過“無電流表替代方案”的開放性問題拓展多方案探究。反思固鏈環節，教師需以“家庭場景方案優化”引導學生思考伏阻法與手機萬用表的結合，用“舊電池致遙控器失靈”的生活問題推動“內阻影響輸出電壓”的結論遷移，布置“家庭電池性能檢測”任務，實現“實驗認知一方法提煉一生活應用”的能力躍升。通過“情境一操作一遷移”的問題鏈設計，有效拆解實驗難點并培養學生用物理思維解決生活問題的核心素養。

（三）實踐升華，素養培育

課后延伸設計需以開放性任務鏈為載體，將課堂實驗探究向生活場域延伸，以此構建“基礎鞏固一拓展探究一社會關聯”的能力升華路徑。教師應基于這一路徑設計分層實踐任務，首先通過家庭實驗鞏固操作技能，其次借助跨學科探究深化原理理解，最終依托社會調查強化責任意識，從而引導學生在多元實踐中實現從“知識應用”到“素養培育”的跨越。具體來看，此階段任務設計需遵循三重邏輯，在基礎鞏固層，通過生活化實驗任務強化操作規范性，讓學生在真實場景中直接驗證課堂所學。在拓展探究層，有機結合跨學科知識設計深度任務，推動學生從單純的“操作執行者”轉變為“規律研究者”。在社會關聯層，通過指向現實問題的實踐活動，著力培養學生“用物理思維解決社會問題”的應用能力，最終形成“實踐操作一理論深化一社會服務”的素養發展閉環。教師需要不斷調整和完善實驗方案，確保每個環節都能有效促進學生的主動參與和積極思考，真正實現從“教”為中心向“學”為中心轉變。為保障效果，教師需在各層任務中提供針對性指導，如方法點撥、資源支持、過程跟蹤等，確保課后延鏈真正成為課堂教學的有效延伸與升華。

“測量電源電動勢和內阻”實驗的課后延鏈環節，教師需按邏輯遞進設計分層任務，在基礎鞏固層，要求學生用伏安法或伏阻法測量5號干電池、紐扣電池等家庭常見電池的電動勢與內阻，通過對比新舊電池性能差異并使用手機萬用表替代電壓表完成實驗報告，借此系統鞏固“器材選擇一數據采集一圖像分析”的操作流程。在拓展探究層，教師可進一步引導學生查閱電池工作原理資料，結合內阻測量數據跨學科分析舊電池內阻增大與能量損耗的關系，主動關聯物理閉合電路規律與化學電極反應知識，撰寫《電池衰老機制》小論文，深化對能量轉化規律的理解。至于社會關聯層，教師則可組織學生開展“廢舊電池處理現狀”調查，通過問卷調研和社區走訪全面收集數據，再結合“內阻增大導致能量利用率降低”的實驗結論深入分析環境危害，最終提出社區廢舊電池回收箱設計、科普手冊制作等具體方案，將物理知識切實轉化為社會服務行動。在此過程中，教師可適時引導與點撥，注重學生思維發展的層次性。如基礎層提供器材清單與操作示范，幫助學生規范完成實驗；拓展層推薦資料、組織討論，引導跨學科分析電池老化機制；社會層協助設計問卷與數據分析，鼓勵提出環保方案，推動知識應用于實際問題解決。最終通過環環相扣的分層任務設計，讓學生在實踐進階中，逐步實現從實驗技能鞏固到社會責任感培養的素養躍升，有效銜接課堂學習與生活應用的邏輯鏈條。

結束語

“問題鏈”驅動的高中物理實驗教學通過課前、課中、課后的閉環設計，將實驗操作轉化為“以問引思、以探促學”的素養培育過程。該模式以遞進式問題序列搭建認知腳手架，破解傳統教學中操作機械、思維淺層的困境，為教師提供涵蓋預問題鏈激活、探究問題鏈深化、任務鏈拓展的可操作教學框架。其通過問題鏈的邏輯遞進，在知識建構中引導學生形成系統性認知網絡，在思維發展中助力邏輯推理與批判創新能力提升，借助分層任務設計與跨學科實踐的有機結合，在生活化情境遷移中強化實驗思維應用，通過社會問題探究培育科學責任意識，致力于推動科學探究素養與實踐能力的協同發展，為物理實驗教學從“技能訓練”向“素養培育”的內涵式轉型提供兼具理論深度與實踐價值的可行路徑。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準(2017年版2020年修訂)[S].北京：人民教育出版社，2022:6.

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[4]段春亮.高中物理實驗策略性知識教學中問題鏈的設計[J].新教育，2023(11):29-31.