基于问题情境培养高中生物理科学探究能力的策略

冯建敏

摘要：物理学科是高中阶段的一门重要学科之一，其对于培养学生的逻辑思维能力和探究能力具有重要作用。教师要善于利用问题情境培养高中生的科学探究能力和思维能力，在实际课堂教学过程中，要合理采用问题导学的方式，创设问题情境，引导学生独立思考问题。本文对基于问题情境培养高中生物理科学探究能力的策略进行研究。先从问题情境的定义、创设问题情境、培养高中生物理探究能力的意义和探究策略三个大的方面进行分析讨论，在培养高中生物理科学探究策略中，又分为四小部分：“知识实验联系，创设问题情境”“知识推广生活，注重实际应用”“引入物理学史，启发学生思维”“转换问题角度，类比思维方式”。本文对教师基于问题情境培养高中生物理科学探究能力的策略进行了思考。

关键词：高中；物理；科学探究能力；问题情境

随着新课程改革的推进，普通高中物理教学更加提倡科学探究能力和思考能力的培养，更加强调构建物理知识体系。物理是一门较为抽象的课程，学生的逻辑思维能力、空间想象能力和科学探究能力都是学习物理学科的必备能力。教師在课堂上创设问题情境有助于高中物理课堂更加生动化、形象化，便于学生理解枯燥乏味的物理规律，对物理产生浓厚的兴趣。教师在课堂教学中创设问题情境要结合班内学生的实际情况，通过合理创设问题情境，提高学生对物理学习的积极性。学生在找到答案的同时对知识进行思考和探索，完善自己的思维与思路。

教师在课程设计中应注意把握教学情境问题设置以及解决的过程，积极营造良好课堂氛围，学生在物理课堂中才能逐渐完善物理思维和科学探究能力。

1   问题情境

学生开展学习活动的环境与背景就是学习情境，学生在一定的情境中学习能够产生思考和某种情感共鸣。这种情境对于学生知识体系的形成具有重要作用。问题情境是指具有一定困难，需要学生通过思考和探索找到解决方法的情境。在问题情境中，问题不应超出学生的能力范围，使学生能够通过思考或团队合作讨论解决问题。一个合适且良好的问题情境能够激发学生对知识产生好奇心和探索欲，为课堂教学营造轻松的学习氛围，对于培养学生思维能力、逻辑能力和创新意识有很大的帮助。

2   培养高中生物理科学探究能力的意义

创设问题情境指的是教师将知识转化为问题情境，促进学生对知识的理解以及价值的判断，是教师与学生共同分析解决问题的教学环境。培养学生的问题意识和思考问题的能力是创设问题情境的主要目的。由学生自己提出问题是最有效的学习方法之一，学生带着疑问和思考解决问题，能够进一步提升学生的逻辑思维能力和创新能力。教师创设问题情境能够有效培养学生科学探究的积极性和思考问题的独立性，教师要组织以学生为主体的教学活动，让学生在探索中学习知识，在生活中运用知识。学生将掌握的知识应用到实际问题中，学以致用，也是创设问题情境能解决的一大问题。这可以激发学生的物理学习兴趣，发展学生的思维，培养问题意识，激发学生对物理学科的探索欲，推动学生更加主动地进行物理学习。教师要根据学生的实际学习能力进行问题情境的创设，合理设置问题的难度，既要激发学生的学习兴趣，又要对学生的思维能力提升有所帮助。这样，才能让学生在思考问题的过程中有收获。

3   基于问题情境培养高中生物理科学探究能力的策略

3.1通过实验创设问题情境

在物理教学中，实验是帮助学生理解知识、提高动手能力的重要手段。实验能够更加直观地创设问题情境，许多物理概念和规律的总结是由多次实验得来的。在物理课堂中，实验的加入能使物理知识变得更加生动形象，激发学生的学习兴趣和求知欲，引导学生深入思考问题。利用实验与物理知识相结合的方式创设问题情境，可以充分激发学生学习物理的热情，使学生能够更明确自己的学习目标与学习过程中存在的问题。教师可以先为学生提供一道实际问题，让学生进行解答后通过实验验证自己的思考方向和解题思路。例如，在图1所示的电路中，电源的内阻不能忽略。已知定值电阻R1=10Ω，R2=8Ω。当单刀双制开关S置于位置1时，电压表读数为2V。当S至于位置2时电压表读数可能为多少？由公式可解得，电压的范围在1.6V～2V之间。学生在实验室实际连出图中电路，单刀双掷开关分别拨到1和2处，观察电压表示数，通过电压表示数反映电路具体电压。结合实际问题，对欧姆定律概念和公式进行更深刻的理解。让学生通过实际问题建立电压与电流之间的联系，利用物理概念解决物理实际问题。在物理教学中创设问题情境时，教师可以利用知识与生活结合的素材，利用物理实验引导学生对物理知识进行分析、推导，发现问题并提出问题。

通过演示实验，也可以合理创设问题情境。教师将演示实验引入课堂，能够让学生通过观察演示实验，更好地理解实验结果。就像伽利略在比萨斜塔向下扔两个不同重量的小球而得出物体下落的时间与物体质量无关。教师也可以向学生演示两个不同材质、不同重量的薄片从同一高度掉落，掉落的时间几乎相同。这样能够让学生对速度公式有更加深刻的记忆，激发学生对物理科学知识的探究欲望。

3.2联系生活实际，注重知识的实际应用

在物理知识的学习中，教师应充分将生活实际与所学知识相结合，创设更加适合课堂和学生实际学习情况的问题情境，激发学生对于物理学科的学习兴趣，降低学生理解抽象的物理知识的难度，提升学生在物理知识方面的视野和学生对物理现象的认知能力。教师要分析学生平时可以接触到的实际生活情况，将学生能接触到的实际生活事例和物理知识联系起来，创设生活化的问题情境。教师要加强对学生的引导，让学生通过课堂创建的问题情境建立将物理知识和自己生活实际联系起来的物理思维，从而提升学生对知识的理解应用能力。例如，在“静摩擦力”这部分的课程教学中，教师可以在正式讲授课堂知识前挑选同学进行夹玻璃球比赛，通过小组合作的形式，在规定时间内夹到玻璃球最多的小组获胜。这不仅考验了学生的团队合作能力，而且使学生产生疑问，为何有的同学能很轻易地夹起玻璃球，而有的同学无论如何变换方式依然很难做到。在学生感到疑惑的同时，教师直接追加问题：为什么其中一位同学能用筷子夹起那么多球？为什么两本书的书页交叉叠放在一起后很难拉开？在学生讨论问题的时候，教师引入本堂课的重点——静摩擦力，有了之前的问题情境预设，学生对静摩擦力的概念理解得更加深刻，在无形中也深化了学生的物理学科能力。在学生初步了解静摩擦力之后，教师引导学生进一步深化理解问题，将静摩擦力、动摩擦力、重力拉力等联系在一起。例如，如图2所示，在斜面上放置一物体静止不动，该物体受重力G、弹力N和静摩擦力f的作用，该物体的受力示意图正确的是哪一个。学生由学过的重力、摩擦力知识分析可得，重力的方向总是竖直向下的，物体受到的弹力总是与接触面垂直的，故A、B错误。而C的方向是向下的斜面对物体，弹力方向应该是垂直斜面向上的，故D正确。物体放在斜面上有个向下的运动趋势，故摩擦力的方向应该是沿斜面向上的。

再如，在教学“匀速圆周运动”这一知识点时，可以列举实际生活中的案例。在洗衣机脱水时，水滴会做离心运动，水滴由于惯性做圆周运动。在水滴做圆周运动的过程中，总有沿着切线方向飞出去的倾向。但由于向心力的束缚，使水滴保持受力平衡，一旦向心力消失，水滴就沿切线方向飞出。这种情况在合力不足以提供水滴所需向心力时，物体虽然不会沿切线飞出，但也会逐渐远离。洗衣机用的就是这一原理进行脱水，将洗涤衣物放入脱水桶，使脱水桶带动湿衣物高速运转，利用离心力将衣物的水分甩干，这样脱水率高，不伤衣物，甩干效果好。离心力大小与脱水桶半径成正比，因此离心力越大，脱水效果越好。教师将大量的物理知识引入课堂，将知识应用到实际生活，能使学生学到知识后在生活中运用得更加熟练，也能开拓学生的物理思维，培养物理科学探究能力。

3.3引入物理學史，启发学生思维

教师还可以通过在课堂上引入物理学史创设问题情境，让学生在教师创设的问题情境中体会物理学家在探索物理规律过程中的努力，从而对物理学知识的理解更加深刻，启发学生的思维，培养学生的科学研究能力。例如，教师在教学万有引力定律的应用时，可以为学生设置有关万有引力定律的问题情境：我们都生活在地球上，是否能够测量出地球的质量呢？教师可以引导学生通过学习万有引力定律的公式猜想牛顿是如何通过万有引力公式测量出地球质量的。教师提出一个关于牛顿曾经做出的猜想：假设在山顶上一个人沿水平的方向扔出石头，石头由于受到地球引力的作用，会经过一条抛物线的运动，那么石头的运动情况会如何变化呢？教师通过引导学生思考这些问题，让学生身临其境体验科学家思考问题的方式，有助于学生养成良好的思维习惯。例如，教师给出如下万有引力定律习题：卡文迪许把自己的实验说成称地球的重量，严格来说是测量地球的质量，如果已知引力常量G、地球半径R和地球表面重力加速度g，计算地球的质量m和地球的平均密度各是多少。让学生置身于科学物理学史之中，体会伟人的解题思路，启发学生的思维。可以根据在地球表面万有引力等于重力，先计算出地球质量，再根据密度等于质量除以体积求解。这样能够使学生更加深入地理解公式的运用和公式之间的联系，熟练掌握知识，并形成体系。

3.4转换问题角度，类比思维方式

学生通过变换角度思考问题，多角度、全方位地认识物理学科和知识，能够更准确地理解概念，掌握规律。教师从多个方面设计问题，用多种解法得出答案，有助于学生更好地构建知识体系。例如，教师在讲授“运动合成与分解”这一课时，学生会接触到新的物体运动规律——平抛运动，可以将平抛运动分解为匀速直线的水平运动和自由落体的竖直运动。教师可以向学生提出问题，设置问题情境。将平抛运动分解成两个更加简单的运动是根据怎样的原理呢？平抛运动有什么特点呢？可以运用前面学习的匀速直线运动和自由落体的相关知识，通过转变角度解答平抛运动的问题。学生通过知识的积累，将平抛运动转化为自由落体运动和匀速直线运动后，教师可继续设置问题情境进行追问：还有哪些运动可以像平抛运动一样被分解为两种更简单的运动呢？类比来讲，在学习斜上抛运动的过程中，可以将斜上抛运动分解成两段，一段是上抛运动，一段是平抛运动。上抛运动可以分解成竖直方向的竖直上抛运动和水平方向的匀速直线运动。同样也可以利用匀速直线运动和竖直方向自由落体、竖直上抛运动的公式解决此类问题。许多事物之间都存在相似性，运用类比的方法思考问题，有助于学生理解问题，对物理知识掌握得更加透彻。比如，在学习“电场能和电场差”这一课时，电场力可以和重力放在一起比较二者区别与联系，电场力做功类比重力场做功，等势线类比成等高线，电势中的变化关系与重力势能的变化关系可以类比创设问题情境，例如，教师可以就电势能与重力势能之间的区别和联系对学生进行提问，带领学生思考。教师通过详细的讲解与对比，两种势能都是与力之间相联系，该种力与做功大小和路径无关，电场力和重力都具有这样的特征。当电荷或重物做功时，使其动能增加。从能量守恒的角度来看，动能增加的来源是电荷或重物的势能，前者称为电势能，后者称为重力势能。动能的增加来自相应势能的下降，也可理解为力的做功等于势能的下降。因此两种势能的区别在于与之相联系的力一个是电场力，一个是重力。而联系就在于二者都是具有同种特征的力。通过类比的思维对知识进行比较，可以加快学生对新知识的接受能力和已学知识的再次理解，也为进一步学习奠定了良好的基础。

综上所述，高中物理教师合理创设问题情境，可以活跃物理课堂教学氛围，引发学生的思考和探索，培养和提升高中生物理科学探究能力和思维能力，构建完善的物理学习体系。教师通过问题情境进行正向引导，由此激发学生对于物理学科的探索兴趣，通过创设问题情境帮助学生形成正确的思考方式。将课堂所学知识融入生活，拓宽学生的视野，让学生充分做到学以致用，教师的教学思路也要时刻紧跟时代步伐，运用各种资源提高学生学习物理的积极性，为学生以后的物理以及其他需要物理思维、科学探究能力、逻辑思维能力科目的学习奠定良好的基础。

参考文献：

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