基于“问题”情境构建主体性课堂①——以“牛顿运动定律的应用”教学为例

耿宜宏 李桂旺 刘霁华

(1. 江苏省前黄高级中学，江苏 常州 213161；2. 江苏省常州市教育科学研究院，江苏 常州 213000)

1 问题的提出

人教版高中物理新教材的一大亮点是在每一节教学内容的前面都以“问题”栏目创设情境，以引发学生对所要学习内容的主动思考，培养学生的问题意识和提出问题的能力，但在实际的教学中，一些教师未能使“问题”栏目发挥应有的作用。笔者以“牛顿运动定律的应用”教学为例，利用真实问题情境引发学生的思考，激发学生的学习热情，培养学生的学习兴趣，与同行交流创设真实情境、构建主体性课堂、发展学生核心素养的教学实践、感悟和反思。

2 基于“问题”情境，构建主体性课堂

“问题”情境是为解决问题而创设的生活情境、实验情境等。基于“问题”情境构建主体性课堂，让学生主动参与、自主探究、积极思考、动手实践，不仅要让学生学会知识技能，还要让学生的创新思维和批判性思维得到发展。笔者开展了基于“学习即研究”观点的学生核心素养培养研究，通过“问题”情境的创设，构建主体性课堂，让情境创设成为优化课堂教学的抓手，并取得了阶段性成果。

2.1 坚持课堂转型，切实提高学生的核心素养

坚持课堂转型，把知识传授型课堂转变为问题解决型课堂，把教师的简单讲解转变为学生的自主学习、探究学习和合作学习，把知识积累型课堂转变为核心素养发展型课堂。用真实情境引发学生学习的热情，通过研究情境发现问题并解决问题，学生就是研究者，学习的过程就是研究的过程，该过程不惟结论、不拘形式，依据学生的认知特点，创设真实的学习情境，以问题为核心纽带，实现学习过程的重构，通过质疑和评价，有力提升学生的核心素养。

2.2 创设真实情境，构建主体性课堂

主体性课堂是一种有生命的课堂，让学生全身心投入到体验和探究中，通过走进物理的具身体验与构建模型的深刻反思之间的交互作用，通过师生间和生生间的交流，最终实现物理真实情境和物理模型的融合。主体性课堂旨在培养学生面对真实情境时发现并解决问题的能力，通过学习活动发展学生的批判性思维、创造性思维和社会交往等高阶能力。

3 基于“问题”情境构建主体性课堂的实践

3.1 教材分析

“牛顿运动定律的应用”是学习了牛顿运动定律后的一节应用课，《普通高中物理课程标准(2017年版)》的要求为：“理解牛顿运动定律，能用牛顿运动定律解释生产生活中的有关现象、解决有关问题。”因此，本节课的教学目标如下：(1) 运用牛顿运动定律分析和解决问题，即已知所研究物体的受力(或运动情况)确定物体的运动情况(或受力)。(2) 掌握和应用牛顿运动定律解决真实问题的思路和方法，即首先对研究对象进行受力和运动过程分析，然后根据牛顿运动定律把二者有效联系起来。(3) 初步认识牛顿运动定律对社会发展的促进作用，培养学生学科学、用科学的意识。

教材提出的情境问题为：“为了尽量缩短停车时间，旅客按照站台上标注的车门位置候车。列车进站时总能准确地停靠在对应车门的位置。这是如何做到的呢？”引导学生把受力和运动情况联系起来，并通过以冰壶运动和滑雪运动为问题情境的两道例题，从受力确定运动情况和从运动情况确定受力两个方面去感受牛顿运动定律在生产、生活中的广泛应用。

3.2 教学实践

以问题为核心的物理教学应以发现问题为出发点，引导学生主动参与，构建问题解决的主体性课堂。由于高铁进站精准定位过程中的力与运动关系不够形象化，且较为复杂，笔者对此进行了课堂重构，把研究水壶的运动改为课堂引入的情境问题，而把高铁进站精准定位作为牛顿运动定律在生活中的应用，这样便于学生理解力与运动的关系。

3.2.1 创设情境，提出问题，引发思考

本节为牛顿第二定律两类应用问题的第一课时，通过冰壶和滑雪两种运动归纳总结出两类问题解决的思路，对教材上情境问题进行重构，通过问题链引发学生思考。

学生观看视频并思考：优秀的运动员是如何让水壶精准定位到营垒中心的？

通过播放冰壶比赛视频引入本节课研究的问题，学生观看视频后，教师提出问题。

问题1：你最关注的是什么？

问题2：冰壶的(直线)运动可分为几个阶段？

问题3：研究问题一般从简单的开始，比赛时实际场景比较复杂，从适应性训练的角度来看(单纯一只冰壶投向“营垒”中心)，哪种运动更为简单一点？

利用冰壶比赛视频创设情境引导学生，研究问题应该从简单的情况开始，构建物理模型，可先研究出手后的冰壶运动。通过设计问题链，促进学生深度思考，由体验进而到解决问题。注重知识与技能的结合,让课堂更具有学术性。

3.2.2 构建模型，自主学习，解决问题

训练有素的运动员可以很好地控制冰壶出手时的速度，但当来到一个新的赛道时，就需要进行赛前适应性练习。为了确保赢得比赛，让冰壶精准到达营垒的中心，需要了解哪些情况？

问题4：冰壶的出手速度多大？

问题5：冰壶以某一速度出手后，需要擦冰的长度至少是多大？

问题6：冰壶与冰面间的动摩擦因数是多少？

首先对真实情境进行简化，构建物理模型，如把冰壶简化为质点、把冰壶出手后的运动简化为匀变速直线运动等。

解决思路1：已知位移x、末速度v、动摩擦因数μ，求初速度v0。

解决思路2：已知总位移x、末速度v、初速度v0、擦冰前后的动摩擦因数μ1和μ2，求擦冰的长度x1。

解决思路3：已知初速度v0、末速度v、动摩擦因数μ，求推力F。

根据真实情境提出问题，激发学生思考，利用问题链引导学生展开讨论，寻求解决问题的思路。按知识的逻辑结构，以问题为纽带，用研究的方式展开教学。在教学中，教师通过提供有意义的素材，让学生发现问题、研究问题、解决问题，物理学科核心素养在研究过程中得到发展。

3.2.3 质疑评价，交流合作，促进生成

问题7：设冰壶投掷后以3 m/s的速度通过“栏线”，已知冰壶和冰面的动摩擦因数为0.02，则通过栏线后冰壶能在冰面上滑行多远？

已知该赛场中“栏线”到“营垒”中心的距离约28 m。如练习中要使冰壶可以运动到“营垒”中心，你会建议采用什么方法？

解决方案：擦冰或增速。

问题8：设擦冰后的动摩擦因数为0.015，如果通过持续擦冰的方式让冰壶恰好运动到“营垒”中心，则运动员从距离“栏线”多远处开始擦冰？

问题9：冰壶质量约为20 kg，助力区宽度约为1 m，现测得离开助力区时冰壶速度约为4 m/s,试求在助力区冰壶受到的水平推力。

问题10：离开助力区后冰壶依然与运动员一起运动一段距离，然后才投出冰壶，你将如何研究这个过程中冰壶的运动？

问题7是本节课的重点，所谓重点是指在解决问题过程中，我们要设计多个合理的子问题，来实现学生的自主解决。我们当然希望本节课能在一个情境下展开，但常常是前面的情境并不能带来新的认知冲突和我们需要解决的问题，这样在问题解决中，就需要创设一个新的情境来激发认知冲突，否则课堂教学便又变成了教师的直接传授。问题7的计算结果表明：并没有使冰壶到达营垒的中心，这又引发新的问题，激发学生进一步设计方案去解决问题8、9、10。每一个问题都是小组合作逐步解决的，又通过生生之间、师生之间相互评价，形成解决问题的方案，促进知识的生成,让课堂更具有互动性。

3.2.4 归纳总结，实际运用，拓展升华

问题11：通过问题9和问题10，你能否归纳、总结出解决力与运动问题的方法？

问题12:在冰壶比赛中获胜的策略在生活中有广泛的应用，请你举例说明。

引导学生总结解决力与运动问题的方法：

(1) 已知受力情况，通过牛顿第二定律求物体的运动情况。高铁和地铁进站精准定位(播放笔者在高铁站观察高铁进站精准定位的视频)，是通过控制高铁在运动过程中的受力来控制它的停车位置。导弹是通过计算机控制导弹飞行中的受力来控制其飞行的轨道，从而能精准打击目标。

(2) 已知运动情况，通过牛顿第二定律求物体受力情况。万有引力的得出就是牛顿第二定律在天体运动中的运用。

牛顿第二定律的应用不是拘泥于习题的训练，而是渗透在问题假设、实验检验和逻辑推理的研究过程中，在生产、生活和人们认识自然界的过程中都有广泛的应用。

4 教学反思

坚持课堂教学改革，培养学生的核心素养是一线教育工作者的重要职责。我们需要重构教学过程，设计有品质的问题，基于问题解决，围绕过程推进学生的学习，开展真实的研究，培养学生批判性、创造性思维等高阶能力，实现核心素养的发展。

4.1 主体性课堂构建首先是教师要有课堂转型的意识

主体性课堂的动态构建,必须是教师、学生、教材三位一体的有机契合，因此，教师首先要有课堂转型的意识。在构建主体性课堂教学动态模式中,师生就必须换位思考。在创建主体性课堂教学动态模式的探索中,我们强调的是将学生在课堂上的主体性充分调动起来,通过创设生动活泼的具有一定思维深度、能够实现师生互动的问题情境,让师生互相影响,共同讨论。把问题交给学生，让学生自己去搜集资料，设计实验方案，主动解决问题，培养学生的创新实践能力。

4.2 充分用好教材中问题情境，引导学生关注教材

新教材为课堂教学提供了丰富的资源，这些情境问题大多源于生活的真实情境，具有真实性、开放性的特点，对学生掌握必备知识和提升关键能力有很大的促进作用。坚持课堂重构，用活教材，拓展资源，根据具体情况还可提供与教材问题情境相关的视频或图片。同时关注社会生活，从生活中选材，做日常生活的有心人。关注社会热点，紧跟时代，开发具有时代特色的课程资源，亲近学生生活实际，让课堂与学生发生共鸣，让问题情境具有时代性、思想性、前沿性和生活性的特征。让学生通过真实问题的解决提升核心素养。

5 结语

课堂突出学生的主体性，把知识积累课堂真正转变为素养发展课堂，让核心素养的培养落到实处，这需要大家长期的共同努力。多年来，笔者一直坚持开展“基于‘学习即研究’观点的主体性课堂重构”的实践研究，形成课堂转型研究的共同体，合作交流，共同提高，并取得了可喜的成果。只要我们坚持不懈，不断总结、反思，全面提升学生核心素养的目标就一定能够达成。