人教版高中物理教材“问题”栏目分析及教学建议

谷海跃 耿宜宏 周胜林

摘    要：每一节内容的开始都提出一个引发思考的问题是新人教版高中物理教材的特点之一。以必修第三册为例，对教材“问题”栏目呈现情境按照实践、生活、理论探究、科技与生产、物理学史五种情境进行分类，并在此基础上尝试提出本栏目的一些使用建议。

关键词：情境教学；课堂引入；科学思维；教学建议

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2023）5-0022-4

当学习主体感受到新知识与原有认知出现不协调时，就会产生学习需要和学习期待。而不协调表现为主体不能清晰解释问题［1］。所以在课堂引入时，提出一个好的问题就显得尤为重要。一个好的问题的背后就是一个好的教学情境，教师的教与学生的学都发生在教学情境中。

《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》在教材编写建议中指出，教材内容编排皆应有利于教师科学设计教学情境、有效组織教学［2］。依据新版课标编写的新人教版教材在每节内容的开始，都提出一个饶有兴趣、联系实际的问题［3］。本文从教材入手，初步研究新人教版高中物理必修第三册（以下简称“必修三”）“问题”栏目呈现的情境形式，并对本栏目的使用提出教学建议。

1    基于必修三“问题”栏目情况分析

必修三“问题”栏目涉及到丰富的物理情境。有学者将物理情境分为实践情境、生活情境、理论探究情境、科技与生产情境、物理学史情境五类。情境离学生越近，越能消除知识对于学生的陌生感。其中，实践情境学生可以现场实践，生活情境来源于学生平时对生活的观察与体验，这些都是学生熟悉的情境。物理学在工业、科技中的应用和物理学史距离大多数学生的认知较远，是学生不熟悉的情境。

按照五种情境的分类，本文对必修三“问题”栏目中的情境素材进行分析与统计（图1、表1）。排名前三的分别为生活情境、实践情境、理论探究情境。

基于以上统计结果，对照课标中情境素材的具体内容，总结出必修三“问题”栏目情境有如下特点。

1.1    基于学生生活，解决真实问题

真实性学习强调的是学习与真实世界实践的一致性［4］。在真实情境中学习可以加强知识与生活的联系，增强学生知识的获得感。在必修三“问题”栏目情境中，生活情境占比达到33%，位列第一。其情境涉及到生活中的方方面面，如摩擦起电、加油前的放电、导线的电阻相关因素、用电器的能量转化、节约能源的重要性、生活中的“电磁伴随”、铁块的颜色与对应的温度等。对这些情境进行研究有利用促使学生从物理的视角来认识世界，也可以引导学生利用已学习的物理知识来解决现实问题。

1.2    重视实验探究，培养科学思维

实验是培养学生科学思维的重要载体。在必修三“问题”栏目情境中，实践情境占比29%，位列第二。教科书编者精心设计了多个实验，如影响库仑力的因素、带电人体头发散开、观察电容器的构造、观察小灯泡持续发光、电阻串联或并联后阻值变化、多个灯泡并联后亮度变化等。这些小实验装置简单、便于操作，实验现象明显。用好这些实验不仅可以激发学生思考，还可以培养学生的动手能力。

1.3    加强新旧联系，凸显知识建构

建构主义知识观认为，知识并非一成不变的内容或答案，而是发展变化的，具有动态性［5］。教师应该弄清学生的学习起点，精心设计教学活动，让学生的学习发生在其最近发展区。编者在《静电场中的能量》一章精心设计了一系列的学习探究模型。从静电力做功到电势能，从高度差到电势差，从电势差到与电场强度的关系（图2）。利用“问题”搭建台阶帮助学生学习进阶，构建知识体系。

1.4    减小认知难度，落实以人为本

问题与现有认知不平衡时就会带来认知需要，从而产生学习动力。不同的问题带来的认知需要的急迫感也不同。生活情境与学生联系紧密，学生建模更加简单，认知负荷较小。而实践情境往往会调动学生多个感官，带来更多的刺激。所以，这两个情境往往可以让学生产生更大的学习动力。教材为了减小学生的认知难度，落实以人为本，尽量提高了这两种情境的占比。但是，由于必修三中有些章节离生活较远，较难设计实践活动，编者也只能利用物理模型设计一些学生探究情境。科技与生产和物理学史由于离学生比较远，而且需要一些认知作为基础，不利于课堂引入，所以占比较少。它们主要在教材中“STSE”“科学漫步”栏目中体现。

2    基于必修三“问题”栏目的教学建议

为了用好“问题”栏目，结合上述的情况分析，针对每一种问题情境提供了如下的教学建议。

2.1    生活情境中要注重模型的建立

生活情境中若将实际物体作为研究对象往往比较复杂。鉴于此，科学家们提出了建构模型的科学思维方法。模型是物与理之间的“有效桥梁”，它可以有效降低研究难度［6］。我们既可以对模型进行归类、提炼得到物理概念，又可以通过对物理模型进行分析得出物理规律。比如，可以将摩擦过后的琥珀看成带有等量异种电荷的小球，静电释放器看成与地面连接的细杆，导电金属丝看成圆柱体等。既得到了后续研究的对象，又让学生学会了科学研究方法。

2.2    实践情境中要注重培养学生的科学思维与创新精神

实验是科学研究的重要载体，通过实验进行科学探究可以让学生学会科学研究方法，培养科学思维能力，增强创新意识与批判精神。下面通过两个例子简要说明。

例1  库仑定律的引入问题

将带正电的带电体C置于铁架台旁，把系在丝线上带正电的小球先后挂在P1，P2，P3位置（图3），让学生观察现象，猜想原因。

师：大家看到什么现象？

生：悬挂的点越远，悬线的摆角越小。

师：你猜想的结论是什么？

生：电荷间的距离越大，库仑力越小。

师：猜想成立的条件是什么？

生：控制变量，控制带电体C与小球的电量不变。

师：带电体C与小球的电量有没有发生变化？请大家将环境考虑进去认真思考。

生：带电体与空气接触很有可能放电。

师：很好！实际器材抽象成模型时出现放电的不利因素。我们怎么解决这个问题？

生：我们可以放在真空的环境中做。

师：这样的确解决了放电的问题，但是却不够简洁。

生：我们可以改变一下悬挂次序，将P1-P2-P3的次序改为P3-P2-P1。带电体出现了微弱的放电，但是库仑力还变大了，不是更加证明了“电荷间的距离越大，库仑力越小”这个结论吗？

师：是的，只要大家对结论进行质疑，就有可能发现问题，并能够解决问题。

例2  闭合电路欧姆定律引入问题

将元件按照图4装置连接，灯泡规格相同，电池也相同。多个并联的小灯泡的亮度明显比单独一个小灯泡暗。让学生观察并且猜想原因。

这是一个非常好的引入实验，根据右边的灯泡与左边的灯泡的亮度不同这个实验现象激发了学生的认知冲突，此时学生可能会猜想出电池有内阻。但是，这个实验也有一点问题。首先，要想本实验现象明显，需要比较大的电池内阻，肯定是用过一段时间的电池，所以很难保证左右两边的电池电阻相同。其次，如果都用相同的新电池，两边灯泡的亮度差异就不会太大。

为了解决这个问题，实验可以这样改进。将图4中四个灯泡均串联一个开关（图5）。将开关逐个闭合时观察小灯泡亮度的变化。这样改进后，不仅可以保证电源相同，而且发现闭合的灯泡数目越多，灯泡的亮度越暗。在动态的比较中，实验现象更加明显。

2.3    理论探究情境中要注重科学方法的引导

理论探究情境中往往蕴含着多种科学方法的使用，比如抽象概括、演绎、类比、等效等。抽象概括是对一类事物某种属性进行凸显，演绎是以旧的概念为基础通过逻辑得到新概念的过程，类比是通过某些方面的类似用特殊推导特殊的过程，等效就是从本质出发将复杂对象转换成简单对象的过程。如表2所示，在必修三《静电场中的能量》一章，点电荷的抽象概括，电场力做功—电势能—电势—电势差的逐步演绎，电场与重力场的类比，这些都将科学方法的应用体现得淋漓尽致。

2.4    科技与生产、物理学史情境中要注重培养学生的科学态度与责任

科技与生产、物理学史的教学中，不能只让学生简单地阅读课本，浅层了解物理定律是何人、何时、何地发现。学生并不能体会到发现过程的崎岖与艰难。学生仰望科学“神坛”，将科学家的成功简单地归结于运气与“聪明”，这样就拉大了科学家与学生之间的距离，反而让学生对科学研究产生畏难情绪，产生不利的影响。

在科技与生产、物理学史的教学中，教师要引导学生重走科学家之路。学生以科学的视角审视当时科学家所面临的困难与解决方法，从而让学生知道，科学家不是神明，只是他们善于总结已经研究出的成果，并且意志力很顽强。这样学生才能发现，只要有扎实的理论知识，大胆猜想，小心验证，每个人都可能成为科学家。即使不做科学研究，物理也可以给我们带来一个了解世界并且与世界相处的方法。

3    结  语

通过对人教版高中物理必修第三册“问题”栏目的分析，发现实践情境与生活情境占比较大，编者尝试利用情境拉近实际生活与物理知识的距离，以此减小学生的认知负荷，并促使教师在课堂上渗透科学方法的教学与STSE教育。

此外，教师在使用“问题”栏目时，还应结合学生的认知规律和实际情况，适当对问题情境进一步优化，改进实验方案，更新信息内容，注重思维引导等，以此更好地发挥教科书对教学的引领作用，从而更有效地落实物理学科核心素养的培养。

参考文献：

［1］陈刚.物理教學设计［M］.上海：华东师范大学出版社，2009：229.

［2］中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）［S］.北京：人民教育出版社，2020．

［3］彭前程.物理学科核心素养的理解与践行——以人教版高中物理教材为例［J］.物理教学，2020，42（2）：6-12.

［4］项洋洋.真实性学习：提升学生解决真实问题的能力［J］.上海教育，2018（16）：61-63.

［5］吴园园.从建构主义看高中物理教学“组合课堂”［J］.中学物理，2016，34（12）：16-17.

［6］谷海跃，耿宜宏，吴钦.基于学生科学思维培养的物理规律教学探索——以“交变电流”一课为例［J］.物理教师，2021，42（8）：21-24.

（栏目编辑    刘   荣）