以问题驱动，发展学生科学思维

《义务教育物理课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）强调要“突出问题教学”，以问题为线索，让学生在问题解决的过程中，运用知识，掌握能力，培育和发展核心素养。问题教学以解决问题为驱动力，把学生置于复杂的、有意义的问题情境中，使学生围绕真实问题，通过解决问题来学习知识，掌握解决问题的方法和技能，是一种师生互动的教学活动。在问题教学中，问题是贯穿教学的主线。教师可以通过精心设计一个核心问题或一系列相关问题，有效地引导和激励学生持续地学习。随着问题的提出、分析、执行和解决，学生的模型构建、科学推理、科学论证、质疑创新等能力得以发展，从而达成发展核心素养的目标。

一、架构教学模型

新课标在“速度”这一节对学生的要求是：“能用速度描述物体运动的快慢，并能进行简单计算，会测量物体运动的速度。” 在数学学科的学习中，学生对“速度”概念已经有了初步认识，但认识是零散、局部和片面的。因此，教师应帮助学生从物理学角度去理解速度的概念，架构教学模型。

[学情分析][学习目标：核心素养][学业质量要求] [思维教学原理][学习过程][思维方法] [认知冲突][自主建构][自我监控][应用迁移] [创设情境与模型建构][分析比较与科学推理][实验测量与科学论证][" 迁移应用与质疑创新][观察，比较，讨论，

根据思维教学原理，思维教学主要包括认知冲突、自主建构、自我监控、应用迁移等要素。在学习过程中，学生需要运用观察、比较、推理、讨论、概括、反思、迁移、分析因果关系、发散思维等多种思维方法，经历创设情境与模型建构、分析比较与科学推理、实验测量与科学论证、迁移应用与质疑创新等一系列思维活动与学习过程。在逐层递进的驱动性问题引领下，教学活动不断进阶与升级，逐步抵达培育学生核心素养的目标。

二、创设情境与模型建构

问题1：如何比较物体运动的快慢？

播放视频：某次运动会举行了男子4×100米接力赛。中国队第四棒选手在最后10米成功反超他国选手，以38秒29的惊人成绩夺得冠军。

之后，笔者设置了如下活动：

活动1：将学生分为红队和黄队，每队各派一名选手。要求他们分别沿着等长的红色和黄色直线脚跟紧贴着脚尖前行。教师下达指令后，两名选手从同一起点同时出发，直到抵达终点。其他同学根据观察结果，判断哪名选手运动得更快。

活动2：两队分别再派一名选手进行比赛。比赛途中，教师会下达“停止”口令。选手听到口令后，立刻停止运动。其他同学根据观察结果，判断哪名选手运动得更快。

【设计意图】活动1中，笔者引导学生通过观察和比较谁先到达终点，以此来判断哪位选手运动得更快。活动2中，笔者引导学生通过观察和比较相同时刻谁走得远，以此来判断哪位选手运动得更快。学生通过观察、比较、讨论、分析和思考，建立两个比较物体运动快慢的理论模型：一是“相同路程比时间”，二是“相同时间比路程”。最后，笔者再引导学生应用这两种理论模型，分析比较视频中男子4×100米接力比赛的运动情况，以提升其知识的应用能力。

三、分析比较与科学推理

问题2：如何理解速度的概念？

活动3：红队和黄队再各派一名选手，从不同起点同时出发，直到抵达终点。其他同学判断哪名选手运动得更快。

这次活动两名选手运动路程和所用时间都不相同，其他学生无法直接通过观察和比较得出哪名选手运动得更快。为了将问题具体化，笔者让学生用卷尺和秒表测量两名选手运动的路程和所用时间，让学生通过分析、比较、概括、阐明变量关系等科学方法进行计算和分析，并统计在表1中。

两种比较方法，一是比较两队在1秒时间内运动的路程，回归相同时间比路程这一理论模型；二是比较两队通过1米路程所用的时间，回归相同路程比时间的理论模型。通过比较，学生能从物理学的视角理解速度的意义，学会分析比较“路程/时间”与“时间/路程”的联系与区别，形成在变量都不相同的情形下，可以用两者比值进行比较的思想。再结合实际，告知学生人们惯用相同时间比路程的方法比较运动的快慢。

【设计意图】经历一系列思维活动，学生对速度这一物理量的理解从数学计算层面上升到物理意义层面，科学推理和科学论证能力得到了培养。

四、实验测量与科学论证

问题3：如何测量物体运动的速度？

活动4：自制纸锥，并将其从高处释放，测量纸锥下落的速度。

本次活动，笔者以问题串的形式引导学生进行实验。

（1）要测量纸锥下落的速度，你认为需要测量哪些物理量？

（2）你打算用什么器材测量这两个物理量？

（3）纸锥下落的距离是初始纸锥底部到地面的距离，还是纸锥顶部到地面的距离？为什么？

（4）对纸锥下落的高度有什么要求？

（5）怎样能使测量结果更准确？

【设计意图】学生通过自主实验，独立思考，经历了科学论证、分析评估的过程，在方案的设计与实验过程中，对测量过程和实验结论进行了评价、解释、交流、总结、误差分析、方案改进等一系列进阶性的思维活动，实现了思维活动的“自我监控”。

五、迁移应用与质疑创新

问题4：速度与日常生活和社会发展有哪些联系？

活动5：测量中学生正常步行的速度。现在有很多工具，如手机、手环等，不需要借助直尺和秒表等测量工具，就能实现对速度的检测。笔者让学生借助这些工具，测量一名中学生正常步行的速度。

活动6：阅读新闻材料“空中出租车”。电动垂直起降飞行器M1“空中出租车”在上海成功完成首飞。它可乘坐5人，最大承载质量为500千克，速度可达200千米每小时，将原本需要2小时的出行时间缩短到半小时左右，大大提高了出行效率，满足了人们短途旅行快速出行的需求。

【设计意图】学生通过在真实情境中应用物理知识这一过程，可以真切体会到物理知识对人们日常生活及社会发展的促进作用，在实际问题中迁移应用所学知识、方法与科学思想，能进一步理解速度的概念。

指向科学思维发展的物理问题教学，以发展科学思维为目标，以问题教学为主要教学方式，让学生在系列化驱动性问题的逐层解决过程中，学习知识，发展能力。本节课中，笔者带领学生在学习速度概念与公式、理解速度物理意义的基础上，进行了“趣味运动”活动和“测量纸锥下落速度”的实验，引导学生理解速度概念，将知识迁移应用到真实的情境中。并且笔者充分利用生活中的教育资源，将相关前沿科技引入课堂，如智能手表的测速功能、空中出租车等成果，以促进学生创新思维的发展。

（作者单位：江苏省太仓市第二中学）