基于物理核心素养的问题情境创设

汤致　彭明河

摘   要：情境对意义建构具有重要的作用，科学探究过程是以问题为情境，巧设问题情境，不仅要依托于教师的巧妙预设，也要依靠学生的主动参与，问题情境能为学生创设生动而形象的物理情境，为探究注入动力。文章主要从生活现象、实验事实、创新实验和实践活动四个方面创设问题情境，促进物理素养提升，问题情境可以培养学生的科学态度，体现情境思维的价值。

关键词：核心素养；思维能力；问题情境；科学态度

科学探究过程是以问题为情境，物理问题情境可以是生活中常见的一个物理现象，或者是一个创新性的物理实验，也可以是一个科学的实践活动。问题是物理教学的核心，巧妙的物理问题情境，让学生产生认知冲突，激发学生学习物理的兴趣[ 1 ]。以创设问题情境为切入点，笔者结合教学实际谈谈自己的见解。

1  以生活现象为情境建立物理观念

情境对意义建构具有重要的作用，科学探究需要学生的主动参与，生活现象能为学生创设生动而形象的物理情境。举杠杆汲水为例：请用所学的杠杆知识分析汲水存在哪些缺陷？学生通过交流讨论时发现杠杆汲水存在所占空间大、提升高度有限且汲水时力臂变化等问题。滑轮是简单机械的一类，却是杠杆的变形，认识滑轮的特点有一定的难度，同时学生对这类机械的感性认识是比较缺乏的，它是一个变形的杠杆，理解的难度非常大。用杠杆提升重物时，高度是受限。为了解决这一问题，增加了另一根杠杆，发现两根杠杆配合使用时可以持续上升。在此基础上，再逐渐地增加杠杆，让学生直观感受杠杆到滑轮的直观变化过程。具体操作如下：利用杠杆接力的方式有效地揭秘，原来定滑轮可以看作是一个由无数杠杆组成的变形杠杆。学生通过实验发现它是绕着中间支点转动的。用一个杠杆团队，就可以把重物连续提高到想要的高度。这就解决了单根杠杆提升重物高度受限的问题。通过这个实验演示过程，让学生画出杠杆的示意图，找到五要素，列出杠杆平衡方程，从而揭示定滑轮的实质是一个等臂杠杆。巧妙的物理問题情境可以帮助学生建立物理模型和概念，让学生理解概念的内涵和外延。帮助学生梳理知识建立体系，让学生能够在理解的基础上，运用物理知识去分析问题和解决问题，进而提高学生的物理核心素养。

以大气压强存在为例：剥去外壳的熟鸡蛋置于长颈烧瓶，发现鸡蛋慢慢吞入瓶中，提出问题鸡蛋是不是受到重力的作用才落入瓶中？再将装置倒置过来，学生惊奇地观察到鸡蛋还是吞入瓶中，让学生产生认知冲突，建立大气压强存在的感性认识；将一张A4纸折叠成“”对称的形状，用大功率的电吹风风力大的挡位向中间吹气，惊奇地发现A4纸原地不动，引入流体压强与流速的关系。巧妙的物理问题情境，能够激发学生学习物理的积极性和兴趣，可以活跃学生的思维，为探究注入动力，促进物理素养和综合能力得到有效提升。

2  以实验事实为情境培养思维能力

再现实验真实情境，增强对物理探究的求知欲，引导学生去发现问题、思考问题、研究问题，建立起正确的科学思维方式，养成严谨的科学态度和学习习惯。例如，测量大气压强的值，从覆杯实验感知大气压强存在，提出问题：不用纸板，还有什么办法不让杯中的水流出来？进一步思考问题：大气压强能支撑起多高的水柱？通过猜想、分析、实验、推理等手段处理问题，层层深入，进而提高学生的思维能力。追问：大气压强能支撑起约10.3 m的水柱，测量不方便，有没有办法让管的长度缩短点来测量大气压强？引出“托里拆利实验”，渗透“等效法”物理科学方法，同时在课堂交互中提高学生的物理思维能力。

在阿基米德原理的授课中，活动一通过自制微课阿基米德鉴定王冠的故事迅速把学生的思维带进课堂。活动二感知浮力，提出猜想；让学生自己动手把一个易拉罐缓慢按入水中，让学生初步感受越往下按越吃力，建立浮力的概念；该环节活动实验器材简单，学生的感知效果明显，通过活动可以让学生建立浮力的大小可能与排开液体的多少有关，引导学生从物理量和量纲的角度去分析浮力，那排开液体的哪个物理量才能表示一个力？学生很容易猜想出是排开液体的重力，浮力和排开液体的重力之间存在什么样的定量关系？给学生提出三个问题（1）浮力的大小要如何测量？（2）排开液体的重力要如何测量？（3）可以选择什么样的实验器材？通过此活动可以让学生温故而知新，在此刻学生学习的热情迅速被点燃。通过可以设置递进性的问题引导，引发学生的联想，促进生生之间的讨论交流，激发学生的创新思维，提高物理核心素养。弹簧测力计的主要的结构是什么？学生容易回答是普通弹簧或橡皮筋。继续追问，弹簧没办法直接读数，力的大小应该要如何判断？用弹簧拉着物体进入液体中，弹簧的长度怎样变化？弹簧下面为什么要悬挂一个小桶？怎样比较液体所受到的重力与物体所受的浮力之间的关系？升降平台怎么使用？合理地使用升降平台对本实验有何帮助？带着以上问题让学生分组讨论，经过充分的讨论，通过实验器材的改进和实验方案的创新设计来提高学生思维能力。通过此活动，能激发学生利用生活物品来设计物理小实验，进而激发他们学习物理的兴趣[ 2 ]。带着师生共同生成的设计方案，进行学生分组实验。巡视指导解决学生在实践过程中遇到的小问题。

问题要有引导性，能在实验过程中提出解决实际问题的方法。在物理实验的基础之上，经历质疑、纠错、思辨、反思的过程中逐步培养学生的物理思维能力，从而提高学生的物理素养。

3  以创新实验为情境培养探究精神

冬天天冷时，只要搓一搓手，就能够让手暖和起来，你们知道这里蕴含着科学道理吗？生活化的问题就启发了学生的思维。学生猜想，可能是双手摩擦，手对手做功使手的内能增加。再提出问题，外界对物体做功时，是否真的能增大物体的内能？那如果物体对外做功，物体的内能又将如何改变呢？学生在原有知识和原有生活经验的基础上来完成这个猜想。第二个环节是小组合作设计实验。设计实验是实验探究的关键环节，也是培养学生探究精神的重要环节。为了降低难度，先规定所研究的对象为空气，并且从刚才的研究问题出发，将大问题分解成若干个小问题，让学生小组合作来讨论下面几个问题：

第一、涉及外界对空气做功时，通过什么方式对空气做功？第二，设计空气对外做功时，又通过什么方式使空气对外做功？第三，如何体现空气对外做了功呢？第四，如何判断空气内能的变化？第五，装置是否密封？在问题链的引导下，为学生搭建梯子，让学生在讨论的基础上，小组合作探究来设计实验，培养了学生的思维。第三个环节，质疑反思，创新实验。师生一起讨论教材中的空气压缩仪实验（图1甲装置）和空气推动塞子做功实验（图1乙装置），实验是否存在美中不足之处？对教材的挑战和质疑瞬间点燃了学生探究的热情，引导学生反思质疑，能否将教材中设计的两套实验装置整合成一套装置呢？展示自制教具（图1丙装置）。让学生认识到教具有他们设计的成果，体验学习的乐趣。第四个环节，观察实验，建构新知。教材中主要通过压缩空气点燃硝化棉和水蒸气对外做功这两个活动，从而得到外界对气体做功使气体内能增加和气体对外做功使气体内能减少这两个结论。但是教材中的这个实验不安全并且操作技巧高，对这两个实验进行了改进和创新，自制了这套教具。这套教具主要由玻璃胶枪、塑料针筒和温度传感器组成。整个实验只要轻轻地按压玻璃胶枪，学生就能明显地观察到压缩空气时，空气的温度上升，而气体弹出活塞时，温度是下降的。在师生互动和生生互动的环节中，学生建构出新知，原来做功是可以改变物体内能的，并且知道做功改变物体内能的实质是机械能与内能之间的转化。第四个环节，分析比较、总结规律；利用温度传感器的示数，能够一目了然地体现空气内能的变化，把教材中的两个实验组合到一套装置中，让整个实验现象非常的明显、操作简单、安全性高、成功率也非常高。此环节中再次提出问题，生活中除了通过做功的方式可以让手暖和起来，还可以通过什么方式也能增加手的内能呢？学生在原有知识的基础上，提出了许多有关于热传递的方法，比如说用热水袋捂手、烤火、用取暖机取暖、把手泡在热水中、晒太阳等等。引导学生将这些方法进行分类归纳，重点从发生热传递的物质种类和物质之间是否直接接触等方面进行思考，从而得出热传递的三种方式：热传导、对流和热辐射。在差异中寻找共性，发现热传递改变物体内能的实质是能量的转移。此环节中，学生通过比较、分析、归纳等环节，巩固并深化知识。以做功改变物体内能的实验探究为载体，运用组合法对教材实验进行了改进与创新；在实验设计上，自制教具制作简单、便于使用、直观性强、实验效果明显、成本低、具有较高的推广价值；以问题为线索，在可视化的实验中构建做功和内能变化的关系，有效突破做功与内能之间的定性关系。

以创新实验为情境，既达成了知识目标，也达成了“通过引导学生分析科学实验，启迪学生的科学思维，帮助学生进一步领悟科学方法的实验能力目标”。学生在探究的过程中，实验的设计能力有了实质性的提升，避免了不知所以然的模仿实验，进而培养了学生的科学探究精神。

4  以实践活动为情境培养科学态度

笔者认为，一个巧妙的问题情境，不仅要依托于教师的巧妙预设，也要依靠学生的主动参与，以实践活动为情境培养学生的科学态度，体现情境思维的价值。

科学态度的培养很多来源于生活，让学生在学校探究之余，关注科学技术，精心设计的问题情境，通过设置任务单，让学生通过实践活动、亲身体验实验的过程、把所学的物理知识与生活实践相结合，懂得用物理的原理和科學方法去分析并解决实际问题。实践活动可以让学生成为实验的主人，带着浓厚的学习兴趣去发现问题，分析问题，设计实验，进而解决问题。由学生自己交流讨论可行性的实验方案，设计科学合理的实验操作步骤。懂得巧用身边的物品来进行实践活动，观察如实记录实验现象和实验数据，并进行多次实验测量，多角度、多维度和多手段来分析实验数据从而得出实验结论。培养学生主动获取知识，解决问题，尊重科学，热心钻研的科学态度，发挥物理课程的育人功能，促进核心素养发展。

总之，以生活现象为情境巧妙创设问题情境，形成科学问题，让学生经过观察、操作、质疑和创新等认知过程来建立物理模型和形成物理观念，培养学生提问意识和质疑能力；以实验事实为情境培养思维能力，注重过程与方法目标的落实，教学中重视学生的学习经历和体验，促进学生的物理核心素养发展；以创新实验为情境，启迪学生的科学思维，提高学生的创新能力和科学探究能力；以实践活动为情境培养科学态度，鼓励学生在实践中培养技能，引导学生在活动中体验学习的乐趣，让学生在实践中学，在合作中学，体现“活动、参与、快乐”的教学理念，培养学生的科学态度和责任。

参考文献

［1］ 陈景铃. 创设物理问题情境[J]. 内蒙古教育， 2006（2）： 21.

［2］ 文亚龙. 致敬经典 活用考题：以“阿基米德原理”教学设计为例[J]. 中学物理教学参考， 2018（6）： 26-27.