基于问题解决模式的高三物理复习课例研究

周倩 张伟

摘   要：以《普通高中物理课程标准（2017年版）》和问题解决理论为指导，通过实验导入、梳理知识脉络、提取知识解决问题和小结四个环节，设计符合学生认知发展水平的教学流程，开展以学生为主体的物理复习课教学，帮助学生建构系统的知识框架，训练解决问题的策略和方法。以“带电粒子在电场中的运动”复习课为例，结合过程性评价证明问题解决模式提升学生的知识建构能力，使学生掌握问题解决的策略和方法。

关键字：问题解决；学习策略；复习课；课程设计

1  问题解决模式的课例研究背景

《普通高中物理课程标准（2017年版）》指出，普通高中的培养目标是进一步提升学生综合素质，着力发展核心素养，使学生具有科学文化素养和终身学习能力，具有自主發展能力和沟通能力[ 1 ]。而高中物理课程作为普通高中自然科学领域的基础课程，旨在进一步提升学生的物理学科核心素养。作为高三物理教学的常态课型，复习课要以提升学生核心素养为目标开展教学研究。

在传统的复习课教学模式下，教师往往会直接将解决问题所需要的知识和解题步骤呈现给学生，学生被动地接收信息，思维活动少。当“换汤不换药”的练习出现时，学生会有“似曾相识”却又无从下手的挫败感，导致传统式教学效果不佳。因此，新课程提出要改变传统式教学方式，提倡问题解决教学模式。在教师的有效引导下，学生选出恰当的方式去精选、排列、组合解决问题所需基本技能的过程叫做问题解决[ 2 ]。问题解决与传统教学的主要区别在于问题解决是以学生为主体，学生经历主动发现问题，解决问题的过程。下面以问题解决理论为指导，开展高三复习专题课，并以“带电粒子在电场中的运动”教学为例说明问题解决模式下的教学方案可有效提升学生的核心素养。

2  基于问题解决模式的课例设计

问题解决模式教学设计中，教师会遇到比传统备课更多的问题：如何激发学生的学习动机？如何确定课时的教学目标？如何检测学生是否达到教学目标？如何结合情境让学生经历主动探究？如何从生产生活中提取适合的资源进行问题情境创设？教师需逐一解决上述问题，形成有效教学活动方案。

2.1  从学习动机来看

问题解决强调教学中利用情境或实验引导学生发现并提出问题激发学习动机，保证学生有活跃的思维活动。根据马斯洛的需求层级，认知需要有自我实现价值，已不属于缺失需要范畴，故在高三第二轮复习课中出现的问题，要求学生产生强烈的动机是不现实的。问题解决模式教学中教师可创设符合学生身心发展或贴近生活的情境进行课堂导入，这种做法有利于激发学生的求知欲，充分保护学生学习的积极性，养成探究、分工与合作的良好学习品格，训练学生的发散性思维，从而有效发展学生的科学核心素养。

2.2  从教学过程和方法来看

教学设计服务的对象为高三结束一轮复习的学生，授课班级是物化地及物化生组合班。这群学生特点是：总体上掌握基础的概念和规律，但知识零散尚未形成体系，部分学生的学习热情一般，科学思维素养也需进一步提高。具体来讲，学生清楚的概念和规律有：匀变速直线运动、平抛运动、电场力做功、动能定理以及动量定理；能应用牛顿第二定律来解决基础问题，知道“化曲为直”的方法。尚待解决的问题是：多数学生各个概念和规律零散孤立，没有清晰的知识脉络，无法选择有效的策略来解决新情境中的问题。

问题解决式教学在学情分析的基础上，进行知识梳理、练习把概念和定理技能化。过程中充分尊重个体间的差异性，因材施教。有的学生是概念规律还不熟悉，有的则是从自我认知结构中挑选求解问题的物理规律并进行排列、组合的方法不熟练。教师可以通过过程性评价，了解到每个学生掌握知识和选取问题解决方法的有效程度，进而根据学生的学习差异有意识地开展分层指导。最后，利用新问题的解决加强学生对某一类情境的把控力，根据情境的特征选用学习策略和方法，提升问题解决能力。

2.3  从教学目标的设置与检测来看

以“带电粒子在电场中的运动”教学为例，设计如下教学目标：

（1）物理观念：通过教学进一步加深对力与运动的认识，将零散孤立的知识梳理成系统的内容，发展运动与相互作用的观念。能灵活提取这些知识解决带电粒子在电场中的加速和偏转问题。

（2）科学思维：通过类比、控制变量、分析与推理等方法对带电粒子在电场中的运动进行建构，找出规律、形成物理模型；在新的情境中运用科学推理，对综合性问题抽象成所建构的模型进行问题解决。对研究的问题进行描述、解释和预测，逐步培养学生批判性思维意识，能从不同角度思考问题，训练发散性思维。

（3）科学探究：创设实验，引导学生面对真实情境，通过课堂互动，自主提出问题、依据合理猜想、独立分析推理、合作讨论交流、总结方法策略、进行知识迁移。

（4）科学态度与责任：在生成知识体系和运用解题策略的过程中，学生感受到力与运动内在统一性，认识到STSE的关系，保持对科学的好奇心和求知欲[ 3 ]。

在问题解决式教学中复习课是否达到相应的教学目标，可借助过程性评价检测。笔者在教学课例中参考近年具有典型电场特征的高考题，改编成建构式题型。学生在解决建构式题型时需要组织语言回答，表达和思路在课堂上暴露给教师，教师就可以根据学生的表现及时调整教学进度和目标。这种有机模式把学生的核心素养是否得到提升变得可被观察、能评价。这也是问题解决模式对传统教学模式的重要改善。

3  基于问题解决模式的教学实践

基于问题解决模式，对带电粒子在电场中的运动进行第一课时的教学实践。教学流程如图1所示。

3.1  实验导入

在课堂引入部分，通过简单的实验学生将实际情境转化为可探究的问题，训练科学思维；在观察、操作和思考时深化对运动与力的理解，促进大概念的生成。在课例中，师生互动演示只在重力作用下如何使小球做直线运动和曲线运动，学生认真观察演示学生的动作。在学生进行操作和观察的同时，教师简化模型和作图，得出物体做直线运动和曲线运动的条件为初速度与合力方向是否在同一直线上。导入部分体现了问题解决教学模式的特征之一是通过常规的情境提出非常规问题，激发了学生的学习动机。

3.2  知识建构

学生对重物在重力场和带电粒子在电场的比较中，基于大概念力与运动的关系，进一步发展运动与相互作用观；通过讨论、解决典型问题带电粒子在匀强电场运动的过程促进科学思维素养的发展。通过进一步设问促使学生思考、体会到力与运动内在的一致和谐性，生成大概念的知识体系。该过程体现了问题解决教学模式的特征：学生经历“分析”“综合”的思维活动。

3.3  知识应用

形成知识框架后通过一定的练习将概念和定理技能化。首先引导学生根据受力判断运动情况，强调力与运动的关系及物体做直线运动的条件。加以拓展，结合前面的分析策略，用物体做曲线运动的条件解决问题，提升举一反三的能力。

例如改编题1：（2017年上海卷改编）如图2，一个系着轻绳的带电小球在重力场和匀强电场的共同作用下处于静止状态。不考虑空气阻力，当轻绳断裂后，小球可能做什么运动？进一步提问：若给小球垂直轻绳方向速度时轻绳突然断裂，小球又会做什么运动？

学生根据“给定”的情境在解决问题过程中利用已有知识，把初始物理情境分阶段逐步转化为目标状态。在学习过程中不仅再次梳理了带电粒子在电场中的偏转知识，而且经历了提出问题、分析问题和解决问题的科学探究过程，体现了问题解决教学的本质：利用科学方法解决问题，并有新的学习结果出现。

例如改编题2：（2020年浙江卷改编）如图3，电子以一速度沿两块平行板的中线射入偏转电场，已知电子质量m，电荷量e，板长l，间距d。若电子恰好从极板边缘射出电场[ 4 ]，由以上条件可求出哪些物理量？

最后，通过观察学生对作图题的解答，教师能够大致把握学生对知识的理解应用以及选取问题解决方法的有效程度，进而根据学习差异开展分层指导。引导无从下笔的学生思考电子在电场中做什么运动，得出类平抛运动，因此轨迹是抛物线。再请正确作图的学生来讲解作图的知识要点（数学知识抛物线的应用或者相同时间比侧向位移）。由于电场方向的不确定性，学生作图不尽相同，通过分享作图思路训练学生的综合、创新能力。

例如改编题3：（2021年全国卷改编）如图4，甲、乙、丙、丁四个带电粒子先后以相同的速度从坐标原点向x轴正方向射出。空间存在与y轴平行的匀强电场。带电粒子的电量和质量分别为甲（+q，m）、乙（-q，m）、丙（+q，2m）、丁（+3q，3m），不计重力，描绘出粒子运动轨迹。

4  基于问题解决模式的教学反思

以学生为主体的问题解决式教学倡导学生对知识进行主动探索和意义建构。系统化知识是学生解决问题的基石，教师在复习课中基于大概念展开教学可有效帮助学生建立知识体系；同时，在情境化试题中引导学生应用类比、强方法、逆推等进阶学习策略，能有效提升学生的问题解决能力。因此，一节高三复习课应有两个重要教学目标：一是学生建构系统的知识框架，二是学生掌握解决问题的策略。这种问题解决式教学模式对传统的依赖教辅、学生主体地位缺失的教学现状有积极作用。

本节课例从学生的課堂表现和作业反馈来看，学生对实验很感兴趣，激发了一定的学习动机；基于大概念展开的知识梳理和由浅入深的课堂训练，对建构知识框架和习得问题解决的方法两大类教学目标有促进作用。对于学习能力更好的学生来说，还可以尝试结合情境，自问、自答、自解。不足之处在于信息技术的融合不够到位，导致课前学情分析、课中检测、课后作业评析以及课内板书占用的时间过多。为了更好地进行学情诊断、课堂时间有效分配以及师生实时互动，应合理利用信息技术支撑课堂。

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（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2020：5.

［2］ 陈刚.物理学习与教学论[M].上海：华东师范大学出版社，2019：133-134.

［3］ 邓志文.基于学生认知整合发展的高中物理复习课课例研究——以“牛顿运动定律”复习课为例[J].中学物理，2020，38（7）：12-16.

［4］ 陈庆贺.例析带电粒子在电场中的运动[J].教学考试，2021（4）：67-70.