提高學(xué)生物理情境化問(wèn)題的處理能力，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)核心素養(yǎng)

葉曉山 奚俊嵩 羅婕妤

（揚(yáng)州大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 江蘇·揚(yáng)州 225002）

培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)是中學(xué)物理教育的核心指標(biāo)。在實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的過(guò)程中，以問(wèn)題為導(dǎo)向的情境化物理教學(xué)和對(duì)情境化物理問(wèn)題的處理是新課改以來(lái)逐步被關(guān)注的一種有效提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的方法。在課堂的教學(xué)實(shí)踐中，情境化物理教學(xué)正被越來(lái)越多的應(yīng)用于對(duì)物理知識(shí)，物理過(guò)程和物理方法的傳授中。而情景化教學(xué)的成效如何，特別是對(duì)學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)效果如何，目前一個(gè)重要的檢驗(yàn)手段是通過(guò)情境化物理問(wèn)題的處理來(lái)檢驗(yàn)的。這樣的檢測(cè)在高考和物理競(jìng)賽中體現(xiàn)的尤為明顯。我們通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，雖然情境化物理教學(xué)的方式在課堂教學(xué)中是受十分受學(xué)生歡迎的，但是學(xué)生在自己處理情境化物理問(wèn)題時(shí)效果卻并不十分理想。本文通過(guò)對(duì)近些年高考和物理奧賽試題的分析來(lái)討論如何有效的提高學(xué)生物理情境化問(wèn)題的處理能力。

1 物理情境化問(wèn)題研究的意義

情境化問(wèn)題與模型化問(wèn)題有很大的不同。模型化問(wèn)題是將物理概念，規(guī)律等模型化，通過(guò)設(shè)計(jì)一系列的理想模型來(lái)達(dá)到學(xué)習(xí)物理知識(shí)的目的。而情境化問(wèn)題是指在真實(shí)的情境中將物理問(wèn)題的量賦予一定的現(xiàn)實(shí)意義，從而實(shí)現(xiàn)物理生活化、社會(huì)化的意義。通過(guò)與現(xiàn)實(shí)問(wèn)題相聯(lián)系來(lái)鍛煉學(xué)生運(yùn)用物理知識(shí)和物理思維來(lái)解決問(wèn)題的能力。所以從這個(gè)意義上來(lái)講，情境化習(xí)題促進(jìn)學(xué)生的社會(huì)化能力發(fā)展的一個(gè)重要手段。第二，情境類問(wèn)題還具有一定的教育功能：學(xué)生在處理情境化問(wèn)題時(shí)需要扎實(shí)的物理基礎(chǔ)知識(shí)，還要具備將境問(wèn)題轉(zhuǎn)化為物理問(wèn)題的能力，也就是問(wèn)題模型化的能力。所以對(duì)情境化問(wèn)題的處理不僅可以達(dá)到鞏固物理知識(shí)、概念和規(guī)律，還可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，主動(dòng)構(gòu)建和內(nèi)化所學(xué)知識(shí)。第三，情境化問(wèn)題還能培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和想象力，提高學(xué)生的理性思維特質(zhì)。情境類問(wèn)題的處理要求學(xué)生還要有對(duì)情境的很好的想象力和理解力，要求學(xué)生對(duì)問(wèn)題理解要全面、判斷要準(zhǔn)確、分析要合理、綜合能力要突出。

2 物理情境化問(wèn)題在高考和競(jìng)賽中的特點(diǎn)

下面我們從幾個(gè)維度來(lái)分析了近年物理情景化問(wèn)題在高考試題和奧賽試題中的特點(diǎn)。我們先從縱向和橫向兩個(gè)維度來(lái)分析。先從縱向維度。宋亞杰等對(duì)2008—2017年江蘇高考物理卷情境化試題進(jìn)行了對(duì)比研究。各類情境化試題總的趨勢(shì)是占比越來(lái)越大。從橫向來(lái)看，前幾年主要是社會(huì)生活的，近些年可以看到，新科技，航天，新材料等所占的比例也越來(lái)越大。其中熱點(diǎn)問(wèn)題是考察的重點(diǎn)來(lái)源，如航天類問(wèn)題。再?gòu)膶?duì)學(xué)生的能力考查維度來(lái)看，物理全國(guó)卷情境化命題對(duì)學(xué)生物理知識(shí)考查過(guò)程中，更加注重強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生的物理思維，探究能力和物理綜合能力的考察。（1）在重視學(xué)生的探究能力方面。結(jié)合全國(guó)卷1理科綜合物理試題的命題來(lái)看，通過(guò)提供新材料，創(chuàng)設(shè)新情境，考查學(xué)生運(yùn)用提供的物理信息來(lái)進(jìn)行物理探究的能力。（2）考察學(xué)生的思維能力方面?！扒榫郴?xí)題”一般要求在充分理解情境題意的基礎(chǔ)上，不但要能建立相應(yīng)的物理模型，還需要經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)倪壿嬐评砗蛯?duì)物理定律能正確的應(yīng)用，然后形成邏輯清晰的書面表達(dá)。這個(gè)分析物理事件或物理狀態(tài)的過(guò)程要求學(xué)生有很好的推理能力。（3）考察學(xué)生的綜合能力。真實(shí)的情境化問(wèn)題本身有很多鋪墊性的描述，這就需要學(xué)生能夠從這些輔助性的文字?jǐn)⑹鲋姓页銎痍P(guān)鍵的因素，抓住主要矛盾，然后將主要的物理問(wèn)題分解為一系列相關(guān)的簡(jiǎn)單的子問(wèn)題，在根據(jù)條件將他們有機(jī)的聯(lián)系起來(lái)。這要求學(xué)生有很好的分析綜合能力。在全國(guó)卷1理科綜合物理情境化試題設(shè)置過(guò)程中，對(duì)雙基的考察，其中之一就是考查學(xué)生對(duì)物理基礎(chǔ)知識(shí)的掌握情況。在這一考察過(guò)程中，通過(guò)情景化試題設(shè)置物理情境，要求學(xué)生通過(guò)閱讀材料，挖掘其中的重要信息。考查學(xué)生提取信息和運(yùn)用信息的能力?？梢钥闯觯m然是考查基本知識(shí)，但這樣的考查方式使考試的區(qū)分度得以提升。

在對(duì)學(xué)生綜合能力考查過(guò)程中，還涉及到學(xué)生的識(shí)記能力、對(duì)物理事件的理解能力、對(duì)物理規(guī)律的應(yīng)用能力。例如2020全國(guó)I卷高考物理試題16考查了生活中的蕩秋千問(wèn)題，注重對(duì)學(xué)生的綜合能力進(jìn)行把握，考查學(xué)生對(duì)體育運(yùn)動(dòng)的理解、運(yùn)動(dòng)階段特征的想象和分析、牛頓定律和圓周運(yùn)動(dòng)定律的理解。通過(guò)對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的分析，使學(xué)生把關(guān)鍵物理階段的運(yùn)動(dòng)特征，對(duì)蕩秋千這一物理事件運(yùn)用的物理知識(shí)進(jìn)行分析評(píng)判，正確選擇合適的物理規(guī)律，突出了學(xué)生的物理思維。

3 學(xué)生處理物理情境化習(xí)題的難點(diǎn)

情境化問(wèn)題雖然更接近真實(shí)的物理過(guò)程，但是我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生在處理情境化問(wèn)題時(shí)效果卻并不理想。我們分析認(rèn)為。對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)情境化問(wèn)題的難點(diǎn)有以下幾個(gè)方面的原因：

一是缺乏對(duì)情境化問(wèn)題進(jìn)行物理模型的轉(zhuǎn)化能力和意識(shí)。如：2019年全國(guó)I卷理科綜合高考真題18：籃球架下的運(yùn)動(dòng)員原地垂直起跳扣籃，離地后重心上升的最大高度為H。上升第一個(gè)所用的時(shí)間為t1，第四個(gè)所用的時(shí)間為t2。不計(jì)空氣阻力，則滿足

此題能將籃球動(dòng)員原地垂直起跳扣籃的運(yùn)動(dòng)看成是質(zhì)點(diǎn)豎直上拋的物理模型，則結(jié)果是顯而易見的。

二是不能有效的對(duì)情境化問(wèn)題的物理量進(jìn)行提取。如：2019年全國(guó)I卷理科綜合高考真題15：空間存在一方向水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)，兩個(gè)帶電小球P和Q用相同的絕緣細(xì)繩懸掛在水平天花板下，兩細(xì)繩都恰好與天花板垂直，則（ ）

A.P和Q都帶正電荷 B.P和Q都帶負(fù)電荷

C.P帶正電荷，Q帶負(fù)電荷 D.P帶負(fù)電荷，Q帶正電荷

顯然此題列動(dòng)力學(xué)方程的關(guān)鍵是題目所給提示：兩細(xì)繩都恰好與天花板垂直。

三是生活經(jīng)歷不足或?qū)ι钋榫橙狈ο胂罅?。如?020全國(guó)I卷高考物理試題16：一同學(xué)表演蕩秋千。已知秋千的兩根繩長(zhǎng)均為10m，該同學(xué)和秋千踏板的總質(zhì)量約為50kg。繩的質(zhì)量忽略不計(jì)。當(dāng)該同學(xué)蕩到秋千支架的正下方時(shí)，速度大小為8m/s，此時(shí)每根繩子平均承受的拉力約為（ ）

A.200N B.400N

C.600N D.800N

此題以同學(xué)表演蕩秋千為情境，考查學(xué)生的力學(xué)規(guī)律。如果生活經(jīng)歷或想象力不足，則難于對(duì)牛頓第二定律和圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律的正確理解和應(yīng)用。

4 提高學(xué)生處理物理情境化習(xí)題的措施

結(jié)合物理全國(guó)卷情境化試題和物理奧賽的一些試題和以上的分析，我們對(duì)可以從以下幾個(gè)方面來(lái)調(diào)高學(xué)生處理物理情境化習(xí)題的能力。

4.1 在教學(xué)環(huán)節(jié)擴(kuò)展教學(xué)情境來(lái)源，拓寬學(xué)生的知識(shí)范圍

物理情境可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行發(fā)掘。（1）根據(jù)科技內(nèi)容進(jìn)行改編一些情境類問(wèn)題。如衛(wèi)星和天體類問(wèn)題等。（2）將日常生活中的現(xiàn)象與物理知識(shí)有機(jī)結(jié)合。如全國(guó)第37屆奧賽決賽中的高鐵和臺(tái)球問(wèn)題。（3）根據(jù)游戲娛樂類節(jié)目進(jìn)行改編。（4）自己根據(jù)物理課本的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改編。在對(duì)情境問(wèn)題的分析過(guò)程中。我們認(rèn)為應(yīng)加強(qiáng)以下五個(gè)步驟的鍛煉。一是每一類情境問(wèn)題的物理思想是什么，或者說(shuō)物理知識(shí)是什么。第二，這樣的物理思想是如何在情境中體現(xiàn)的。第三，根據(jù)物理體現(xiàn)過(guò)程如何建立相應(yīng)的物理模型。第四，如何從物理過(guò)程中提取模型相應(yīng)的物理信息。第五，如何依據(jù)物理模型做具體的數(shù)學(xué)處理和給出結(jié)論。

4.2 在學(xué)生的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)加強(qiáng)學(xué)生的主體性和學(xué)習(xí)的開放性

基于情境化問(wèn)題的特點(diǎn)，在學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程中，要注重把握學(xué)生學(xué)習(xí)的主體性。引導(dǎo)學(xué)生對(duì)物理知識(shí)特別是情境分析進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和自主探究，適當(dāng)?shù)募訌?qiáng)學(xué)生的發(fā)散思維訓(xùn)練。教師在引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)的過(guò)程中加強(qiáng)學(xué)習(xí)的開放性。引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行合作、探究，以提升學(xué)生的物理學(xué)習(xí)能力和解題能力。這一過(guò)程中，教師可以布置開放性的作業(yè)，如開展社會(huì)物理現(xiàn)象調(diào)查、撰寫科技前沿筆記，使物理知識(shí)更貼近學(xué)生的日常生活。

4.3 培養(yǎng)學(xué)生信息處理方面的能力

學(xué)生在探究實(shí)踐中需要運(yùn)用已掌握的知識(shí)去分析解決實(shí)際問(wèn)題。對(duì)情境中的有效的信息的提取和整合信息的能力是探究活動(dòng)的前提條件。培養(yǎng)學(xué)生初步的收集和整合信息的能力既是新課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，也是全國(guó)高中應(yīng)用物理知識(shí)競(jìng)賽活動(dòng)的能力要求。

4.4 培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的習(xí)慣和敢于創(chuàng)新的精神

真實(shí)的物理問(wèn)題在現(xiàn)象表現(xiàn)上往往是紛繁各異，錯(cuò)綜復(fù)雜的，而物理實(shí)質(zhì)通常是隱藏在這些不同表象之后，所以在實(shí)際面對(duì)各式各樣的物理情境時(shí)，要求學(xué)生需要通過(guò)獨(dú)立地思維活動(dòng)思考物理實(shí)質(zhì)，對(duì)情境表象能去偽存真，能由表及里地認(rèn)識(shí)真實(shí)的物理過(guò)程。對(duì)新現(xiàn)象要有敢于創(chuàng)新的處理精神。即使是老問(wèn)題，也要鼓勵(lì)學(xué)生能敢于脫離習(xí)慣，敢于創(chuàng)造性地解決問(wèn)題。以便對(duì)物理過(guò)程有更加深入的認(rèn)識(shí)。

綜上所述，基于對(duì)情境化問(wèn)題的分析，本文探討了情境化問(wèn)題的意義、選材、學(xué)生處理的難點(diǎn)和建議采取的措施等。闡述如何加強(qiáng)在課堂教學(xué)和生活實(shí)踐中對(duì)學(xué)生探究能力的培養(yǎng)。為落實(shí)中學(xué)物理研究性教學(xué)和如何培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)提供了有益的參考。