构建问题拓展探究教学模式培养模型构建和科学推理核心素养*

黄国龙

(宁波市镇海中学 浙江 宁波 315200)

1 问题的提出

培养物理核心素养是高中物理教学的一个重要目标，探索如何培养学生物理核心素养的途径和策略是物理教师一项重要的教学任务．纵观当今高中物理教学核心素养培养的研究与实践，广大一线教师都纷纷投入如何培养学生物理核心素养的教学实践中，并取得一些阶段性成果，突显如下特点和问题．

1.1 物理核心素养培养途径局限性

注重在新课教学中培养物理核心素养，缺乏在物理应用和习题教学中培养物理核心素养.

一线教师比较注重在物理新知识(物理规律、物理概念、物理模型)为特征的新授课中探索如何培养物理观念、科学探究等物理核心素养途径和策略，而较少在物理应用教学、物理习题教学中进行物理核心素养培养的探索，导致物理核心素养培养途径的局限性．

1.2 物理核心素养培养内容片面化

注重物理观念核心素养培养的研究与实践，缺乏科学思维(特别是模型构建和科学推理)核心素养培养的途径和策略探索.

现行高中物理观念核心素养培养探索领域广，内容丰富，时间、课程、人力资源等投入较多，而要求较高、实施难度较大的模型构建、科学推理核心素养培养的探索相对薄弱，具体培养的途径和策略以及阶段性成果较少，从而导致物理核心素养培养内容片面化．

1.3 物理核心素养培养教学方式缺乏

注重物理新课核心素养目标分析和实施策略探索，缺乏基于核心素养培养教学方式的探索.

现阶段高中物理核心素养培养策略往往聚焦在分析新课物理核心素养的目标内容上，并探索基于核心素养培养的新课教学设计及实施策略，缺乏根据教学目标和先进教学理论构建实施由情景化、整体化、活动化、自主化、意义化等多种有效教学策略和教学流程组成的教学模式，缺乏运用多元开放的物理教学模式来深度培养学生的物理核心素养．

物理应用教学和习题教学是物理教学的一个重要组成部分，是培养学生物理核心素养(特别是模型构建和科学推理)的一个重要领域．在物理应用教学和习题教学中，构建实施基于物理核心素养培养的教学模式是深度培养学生模型构建和科学思维的一个有效举措．本文就如何构建实施“问题拓展探究”教学模式来培养模型构建和科学推理核心素养作一探索．

2 “问题拓展探究”教学模式的构建和实施策略

2.1 “问题拓展探究”教学模式的构建

从教学论角度审视，为了实现一定的教学目标，必须通过相应的教学方式来运用教学内容(教材和课程资源)，调节教学活动，从而实现预定的教学目标．为了培养新的物理模型构建和科学推理核心素养教学目标，必须探索实施基于上述科学思维核心素养培养的教学模式，我们构建了基于物理模型构建和科学推理核心素养培养的“问题拓展探究”教学模式．这种教学模式的教学流程如图1所示，以认知心理学同化理论、解决问题信息加工理论和教学论为指导，根据物理教学的模型构建和科学推理核心素养培养目标要求，在学生原有认知结构(物理模型、物理理论、物理方法)基础上，创设新的合适的问题情境，引导学生运用物理模型的构建策略构建问题所属物理模型，选择相对应的物理、数学知识和方法进行推理，探究解答问题，对错误解答进行分析评价，在分析评价过程中学生对原有认知结构进行重组和整合．教师再对原有问题进行有意义的拓展，通过多次模型构建、科学推理探究解答、分析评价来内化形成新的模型构建和科学推理核心素养．

图1 问题拓展探究教学模式流程图

2.2 “问题拓展探究”教学模式培养核心素养实施策略

运用“问题拓展探究”教学模式培养学生核心素养的关键是教学模式中各教学环节实施的策略．笔者认为，应根据核心素养教学目标结合物理教学实际以及问题解决科学思维来探索有效的实施策略．

(1)问题创设策略

创设的问题应包含高中物理重要物理模型，渗透构建物理模型的重要策略，渗透重要的物理、数学知识和方法，突出模型构建、科学推理核心素养培养目标．

(2)模型构建策略

微元方法．通过微元分割把复杂的变量模型分成很多恒量模型组成，把连续体分割为很多质点模型组成，把非线性问题转化为很多线性模型组成．

等效方法．通过等效方法把陌生、复杂问题转化为熟悉、简单模型组成．

类比方法．根据研究问题与熟悉模型在某些方面的相似性，运用类比方法构建熟悉的物理模型．

对称方法．通过参考系变换，构建简单熟悉的运动模型，把复杂运动模型转化为简单运动模型组合．

整体方法．通过构建整体模型，揭示整体模型和熟悉、简单部分模型关系，解答复杂部分模型问题．

近似方法．通过忽略一些次要因素，运用数学和物理近似，构建简单物理模型．

(3)选择知识和方法解答问题策略

选择知识和方法解答问题时，注重多角度思维，选择不同的物理知识(例如，选择牛顿运动定律、动量和能量等知识)、数学知识(几何知识、三角知识、代数知识等)，运用不同的物理方法和数学方法(例如隔离法和整体法、对称方法和逆向思维方法、物理推理和数学推理等)，充分展示科学推理过程，培养科学推理核心素养．

(4) 拓展探究策略

为了提高运用“问题拓展探究”教学模式培养科学思维核心素养的有效性，必须注重拓展探究，要通过系列化问题拓展探究来不断强化学生的模型构建和科学推理能力．拓展的内容有问题拓展、探究结果拓展、解题方法拓展．拓展的策略有相似性拓展、相异性拓展、一般化拓展、特殊化拓展等．通过拓展探究来展示不同物理模型以及构建策略，进行多种推理过程(演绎推理、类比推理、归纳推理)展示多种推理方法．

(5)分析评价策略

如果学生推理解答问题错误或失败，则教师引导学生分析评价错误和失败的原因．若构建模型错误，则需要重新运用模型构建策略构建新的正确模型；若所运用的物理、数学知识和方法有问题，则需要多角度思维，选择正确的物理和数学知识和方法；若推理错误或不严密，则需要提高推理的严谨性和严密性．分析评价过程中，在训练学生思维的批判性的同时，深度培养学生模型构建和科学推理核心素养．

3 实施“问题拓展探究”教学模式培养核心素养案例分析

运用“问题拓展探究”教学模式培养核心素养的途径比较广．途径一是在物理知识应用新授课(例如“超重和失重”“生活中圆周运动”等)中实施；途径二是在运用所学知识和方法解答具体物理问题的习题课(例如物理单元复习和高考复习)中实施；途径三是物理实验(例如实验探究和实验复习教学)课中实施．这充分体现了这种教学模式的广泛应用价值．

下面以“电磁感应动生电动势复习教学”为案例，就物理高考复习教学如何实施“问题拓展探究”教学模式有效培养模型构建和科学推理核心素养作一列表分析，如表1所示．

表1 “电磁感应动生电动势复习教学”教学流程列表分析

续表1

续表1

上面列表展示了运用“问题拓展探究”教学模式实施电磁感应动生电动势复习教学过程．首先，对原始问题从横向进行一般化拓展(导体棒平动切割→导体棒转动切割→导线圈整体转动切割)，分别运用微元累加、整体方法构建一般化模型进行推理，探得两种转动模型规律；其次，对拓展后3个起始问题分别从纵向进行3次拓展(相似性、相异性和一般性拓展等)，分别运用多种模型构建策略构建物理模型，运用法拉第电磁感应定律、牛顿第二定律、磁场力规律、电路规律及数学中微元和导数等知识进行演绎推理、类比推理解答拓展问题；最后，通过探究解答多次拓展后的系列化问题，把握对称、等效、微元、整体、类比等模型构建策略，有效地培养学生模型构建和科学推理的物理核心素养．