学业质量视角下问题情境的创设策略

摘 要：基于物理四维核心目标高中物理学业质量分为五级水平，是指导学生学习和教学评价的重要依据。创设物理问题情境进行教学，对培养物理学科核心素养具有关键作用，也是高中物理课堂教学的主流方式。学业视角下问题情境的创设可以从明确情境四维目标价值、定位问题目标等级、拓展问题空间、关注情境阶段性与整体性功能等角度展开。

关键词：学业质量；评价；问题空间；核心素养

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2018）10-0010-4

高中物理学业质量标准是依据物理学科核心素养中“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面及其表现水平为主要维度，结合物理课程内容的要求，依据不同学业成就表现的关键特征而制定的。高中学业质量根据问题情境的复杂程度、知识和技能的结构化程度、思维方式或价值观念的综合程度等划分为由低到高逐渐递进的五级水平，每一级水平皆包含物理学科素养的四个方面[1]。另一方面，物理课程标准也明确，创设情境进行教学对培养学生的物理学科核心素养具有关键的作用，教学脱离了问题情境，物理概念无处抽象、物理模型难以转化、物理探究无法展开、科学态度缺乏体验，物理核心素养目标就是“无源之水无本之木”。基于“新课标”的教学改革中，我们不断地进行反思性教学探索，愈加清晰地感受到：问题情境是课堂教学中培养核心素养的“牛鼻子”，而学业质量标准视角下优化问题情境是牵好牛鼻子、促进学生学习达到学业质量水平的关键着力点。

1 问题情境的“初心”与“困境”

當前，基于问题情境以问题研究为平台的建构性教学成为课堂教学的主流，现有的情境教学的理论也给出了创设问题情境的诱发性、真实性、接近性、合作性、冲突和谐统一性、层次性等六项原则。物理教师普遍都认识到教学情境有两大功能——为学生的学习提供认知支点以及激发学生的学习心向[2]。教学实践中，很多教师都在积极关注问题情境的价值特征，并且在问题情境的价值扩充方面下教学功夫。

但是，问题情境的教学愿景一旦与物理教学实践中的现实问题碰撞就会发现有很多困境。主要表现在四个方面：第一，问题情境脱离教学目标，片面放大情境的认知或情态功能，教学目标与问题情境之间割裂，导致教学目标流于形式；第二，问题情境远离学生的认识水平，师生对于情境的理解、探究在两个高极差的层面活动，导致问题情境激发不出教师预期的反应；第三，问题情境隔离了教学内容之间的关联，加剧教学重难点之间的离散程度，导致教学内容成为围绕孤立情境点的问题积累，难以形成稳定的知识结构；第四，问题情境背离了多元开放教学方式的追求，僵化的呈现方式、分析方式和拓展方式让情境变成了“电灌”的帮凶。

2 学业质量视角下问题情境的创设策略

物理特级教师吴家澍曾告诉我们：“教学的问题一定要回归教育哲学思考，要反思为何教、为谁教、教什么、怎么教”。充分研究问题情境的教学理论价值与教学实践困惑，不难看出问题的根源还是在教学的原本问题上：问题情境脱离教学目标本质是情境价值观产生偏差，问题情境远离学生的认识水平本质是师生观的错位，问题情境隔离了教学内容之间的关联本质是课程观的固化，问题情境背离了多元开放教学方式的追求本质是教学观缺乏生命气息[3]。而学业质量标准从教学目标、教学主体、教学内容、教学方法的维度都作出了规范，学业质量视角下创设问题情境策略可以从以下几点展开。

2.1 价值观——基于学业质量标准明确情境四维价值指向

考虑到物理学业质量标准是围绕物理学科核心素养的四个维度展开的，而创设情境进行教学对培养学生的物理学科核心素养具有关键作用。设计、选择问题情境时可以先考量情境在物理观念、科学思维、科学探究、科学态度方面的价值分量，分析情境的价值分力与合力，教学目标设计时再围绕学业质量反向考量实现四维价值的情境选择。

2.2 师生观——基于学业质量水平等级定位问题情境目标

围绕核心素养的学业质量从以人为本、回归生活、注重发展的教育理念出发把物理各方面核心素养分成了5个等级，那么问题情境目标也应该充分考虑学生的各方面能力基础与发展目标，而后基于学业质量水平正确定位。不同教师其个性特质不同：静态师生观主张教学中教师是平等中的首席，问题情境目标定位偏向“如何评价学生学到相应水平”，趋于着力情境的层次化；动态师生观主张课堂上的共同发展，问题情境目标定位偏向“如何解释和改进学生的学习”，趋于着力情境的连续化。

2.3 课程观——基于学业成就表现拓展情境问题空间

学业成就表现明确了“学到不同水平的不同表现是什么”，它要求教师从课程的高度明确物理课堂教学中学生的认知、思想、情感交流活动现状。基于学业成就表现拓展问题空间就是要通过判断学生的认知现状、思维含量、情感反应展开问题情境还未展开的相应问题“激发态”。新课程观认为课堂可以而且应该是动态生长的[4]，基于学业表现成就就是要更加恰当、充分地激发问题，更好地实现“评价促进学习”。

2.4 教学观——基于学业质量要求关注问题情境的阶段性与综合性特征

叶澜教授“新基础教育”课堂教学观呼吁“把课堂还给学生，让课堂焕发生命活力”，物理学业质量的总体要求是从物理学科角度培养“全面发展的人”。基于学业质量要求，课堂教学创设情境，一方面应该结合课堂教学的阶段性教学特点激发课堂活力，可考虑创设悬念问题情境（引入）、创设信息情境（探究）、创设生活情境（激情）、创设求异情境（导思）；另一方面更需要围绕“全人”要求着力情境价值的综合性、反思性特征[5]，可以更多地强化情境的生活性、时代性、实用性。

3 基于学业质量创设问题情境的教学设计

下面以人教版选修3-1“焦耳定律”水平2要求的教学设计为例展示我们关于本节课问题情境的创设策略与设计思考。

3.1 基于学业质量标准的水平2四维教学目标

3.1.1 物理观念

基于生活用电情境分析形成初步的电流热效应的观念；从能量守恒的视角解释电动机卡死引发火灾的现象；能应用焦耳定律分析通电导体发热量问题。

3.1.2 科学思维

能在熟悉的问题情境中建立常见的纯电阻电路物理模型；能对比简单的控制变量实验现象分析推理焦耳定律结论；能使用电动机卡死电流变大的证据表达“非纯电阻电路”中欧姆定律不适用的观点；能对焦耳定律这个实验规律质疑，并在纯电阻电路模型中基于能量守恒观念理论验证。

3.1.3 科学探究

能观察身边的用电现象提出能量转化和电发热的物理相关问题；能根据问题情境猜想电发热的因素并提出探究方法、方案；能对数据进行整理、分析得到初步的结论；能陈述控制变量实验研究焦耳定律的过程和结果。

3.1.4 科学态度与责任

通过探究生活中用电的问题认识到物理学是基于人类有意识的现象探究形成对问题的描述与解释，并需要实践的检验；有兴趣且实事求是地研究电动机电发热问题；认识到焦耳定律与用电安全、规范有关，了解关于电热的STSE关系。

设计说明：基于学业质量标准的教学目标设计，立足问题情境强调学业质量特定水平2标准与教学内容的融合，强调用评价的视角看学生素养表现。合理设计教学目标有必要把握学业质量四维素养目标，结合重难点物理教学内容的问题情境来制定。

3.2 基于情境问题空间的教学过程

3.2.1 引入情境——“電能都到哪里去了？”

导语：这是我们办公室一位老师的办公桌的一角，双排插座上密密麻麻地插满了各种用电器，放在旁边的就有电水壶、电风扇、手机充电器（如图1），大家考虑一下这三种用电器消耗的电能都到哪里去了？

学生回答：电炉通电时，电能转化为内能（供“热”）； 电动机通电时，电能转化为机械能（供“力”）； 电池充电时，电能转化为化学能（存“电” ）。

再引导：三种电器都有电能的“转化”，而前面的学习中我们明确了能量转化必然伴随着做功过程，那么电能转化的过程是什么在做功呢？

预设：是电流做功，是电荷做功，是电场力做功......

“转化”引导：从力的角度来看，做功涉及某力对某物，这里应该是恒定电场力对自由电荷做功，W=Fs=Eqs；从能量的角度来看，计算电场做功的方法还有W=Uq。

设计说明：引入情境是本课的“母问题”情境，是后面“问题串”的“奇点”。生活化的问题情境贴近学生的生活实践，更贴近学生的知识起点；另一方面，生活化的问题情境更能激发学生的问题探究激情。

3.2.2 建模情境——用电器都是“导体”

建模引导：如图2所示，对于所有的用电器，两端电压为U，工作电流为I，都可以抽象成导体模型，一段时间t，电流做功是多少？

总结：电流在一段电路中所做的功W等于这段电路中的电流I、电路两端的电压U、通电时间t三者的乘积。

设计说明：从真实用电器情境抽象到一般通电导体，帮助学生顺畅地建立物理模型，体会物理思维方法的普适性。

3.2.3 “情态”情境——“浙江品牌的自豪”

衔接引导：我们再来看看插座上电器的铭牌，都是咱们浙江的产品，如图3所示，都有“3C”标志，它们的“电功”是多少呢？

预设学生回答：电器上不会标明“电功”因为“电功”与时间有关；标明的是功率，表示单位时间消耗的电能。

总结：电流在一段电路上做功的功率P等于电流I与这段电路两端的电压U的乘积。电器标明的是“额定功率”，与额定电压（电流）对应，须区别于“实际功率”。实际功率与实际工作电压（电流）对应。

应用活动：投影家庭常用电器的额定功率，让学生估测教室里立式空调的额定功率，让学生下课后观察对照铭牌，并与自己的估测值比较。

设计意图：基于信息情境渗透安全教育，“3C标志并不是质量标志，而只是一种最基础的安全认证”；满目浙江品牌，激发家乡自豪感；引出“功率”概念的同时，渗透“功率”与“电功”的区别。

3.2.4 实验探究情境——“宿舍管理员的扣分理由”

转换：PPT投影学生宿舍小风扇插头未拔被扣分的情境，引导学生谈“宿舍管理员的扣分理由”。

预设：电线发热，火灾隐患；存在疑问，因为功率不大。

转换引导：电流通过导体会发热，你猜想电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关呢？

预设：电流、电阻、时间等因素。

实验探究讨论：基于控制变量法的实验设计方案，动画实现学生的设计，如图4所示的虚拟实验方案（考虑到部分学生初中已经有所了解）。

引导：物理学家焦耳对此也做了大量的实验研究，发现电流通过导体产生的热量Q等于电流I的二次方、导体的电阻R 和通电时间t三者的乘积，公式Q=I2Rt 。

类比电功率：单位时间内的发热量称为热功率，P=Q/t=I2R。

学生评价引导：焦耳定律是一个实验定律，我们能否通过理论分析来验证呢？

设计意图：基于设计性实验情境分析，期待学生基于能量守恒观念和欧姆定律知识来推导演绎，培养学生的质疑、反思精神与能力。

3.2.5 理论探究情境——焦耳定律的“理论验证”

建模：白炽灯、电炉等电热元件的电路是纯电阻电路，研究目标是电热，以电水壶为例。

推理：电能全部转化为内能Q=W=IUt；欧姆定律U=IR。

归纳：用电器的电流、电阻、时间与热量的关系，热量Q=I2Rt。

设计意图：理论探究与实验探究是科学探究的两种基本形式，通过抽象现实情境建模、推理、分析、归纳，体验理论探究的价值与魅力。

3.2.6 应用情境——“风扇的潜在危险”

引导：导体中通有电流，按照焦耳定律就会产生热量。我们再来看看，风扇的危险到底来自哪里？（投影风扇的铭牌，突出标明功率只有“50 W”）

理论分析：

抽象成课本例题：一个电动机，线圈电阻是0.4 Ω，当它两端所加的电压为220 V时，通过的电流是5 A。这台电动机每分钟所做的机械功有多少？

思考讨论：利用手机同屏功能呈现学生的解题过程，比较正常工作时电功率、机械功率、热功率的关系。

投影宿舍风扇工作的情境，提问如果风扇突然被卡死会怎样？

实验演示：电动机工作与卡死状态的电流。

觀察结果：如图5所示，小电动机卡死状态的电流是工作时的2倍多。

讨论：计算课本例题中的电动机在卡死状态的电功率与热功率。现场百度搜索今年“电扇起火”的相关新闻，让学生感受用电安全。

设计意图：实验是物理学的基础，通过观察实验结果反思理论分析，基于焦耳定律的规律巩固电流热效应观念，强化安全用电、规范用电的科学态度。

4 学业质量视角下问题情境的“始终”

“不忘初心、方得始终”，物理教学情境的初心概括起来是基于教学目标创设促进学生积极建构性学习的学习环境。教学实践中发现：学业质量视角下的创设问题情境就是紧盯学业质量的标准引导问题情境，以服务于物理核心素养目标，助力物理学科的育人作用，实现问题情境的最大价值，更好地夯实问题情境的“始终”。

当然，审视学业质量视角的深度还是会制约优化问题情境的程度和精度。如何更好地统筹基于问题情境的概念、思维、方法和观念开展深度探究情境设计，如何依据学业成就表现的关键特征来精准评价，反思情境的学习促进效率还是亟待继续探索的问题。如何基于质量综合要求更好地优化生活化物理问题情境以引发深度思考与情感共鸣的策略，还需要在更多的教学实践中提炼。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准[S].北京：人民教育出版社，2018：45-48.

[2]张新华.物理教学中学生“学习心向”的调节策略[J].物理教学，2017（2）：31-33.

[3]周金中.构建高中物理“生命课堂”的实践研究[J].教学月刊，2012（10）：23.

[4]李政涛.教育常识[M].上海：华东师范大学出版社，2012：29-34.

[5]罗萍萍.“互联网+”情境下反思性教学的特征与价值[J].基础教育参考，2017（7）：46-49.