核心素養(yǎng)視域下創(chuàng)設(shè)問題情境的教學(xué)實踐研究

黃尚波

摘? ?要：在教學(xué)過程中創(chuàng)設(shè)問題情境是培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的有效途徑。以“摩擦力”的教學(xué)為例，通過創(chuàng)設(shè)問題情境，特別是遞進(jìn)式問題鏈或?qū)嶒瀱栴}情境，可實現(xiàn)學(xué)生對新知識的有效建構(gòu)，并總結(jié)創(chuàng)設(shè)問題情境教學(xué)的有效策略，如此可促進(jìn)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的落地。

關(guān)鍵詞：高中物理;核心素養(yǎng);摩擦力;問題情境;遞進(jìn)式問題鏈

中圖分類號：G633.7? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ?文章編號：1009-010X（2021）20/23-0091-05

建構(gòu)主義認(rèn)為，教學(xué)應(yīng)當(dāng)把學(xué)生原有的知識經(jīng)驗作為新知識的生長點，即引導(dǎo)學(xué)生在原有知識經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，生長新的知識經(jīng)驗。學(xué)習(xí)的過程就是學(xué)生自己建構(gòu)知識的過程，教師只是學(xué)生建構(gòu)知識的幫助者和引導(dǎo)者。即教師在了解學(xué)生智力和原有知識背景的基礎(chǔ)上，通過創(chuàng)設(shè)符合教學(xué)內(nèi)容要求的問題情境，引導(dǎo)學(xué)生朝著有利于知識建構(gòu)的方向發(fā)展。

國務(wù)院辦公廳《關(guān)于新時代推進(jìn)普通高中育人方式改革的指導(dǎo)意見》（國辦發(fā)〔2019〕29號）在深化教學(xué)改革中提到：“積極探索基于情境、問題導(dǎo)向的互動式、啟發(fā)式、探究式、體驗式等課堂教學(xué)，……，認(rèn)真開展驗證性實驗和探究性實驗教學(xué)?！薄镀胀ǜ咧形锢碚n程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡稱《課標(biāo)》）在實施建議中提到：“物理教師應(yīng)根據(jù)普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（以下簡稱課程標(biāo)準(zhǔn)）的基本理念、課程目標(biāo)和物理學(xué)科核心素養(yǎng)的要求，結(jié)合教學(xué)的實際情況，創(chuàng)造性地開展教學(xué)工作，將物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)貫穿于物理教學(xué)活動的全過程。……在教學(xué)設(shè)計和教學(xué)實施過程中重視情境的創(chuàng)設(shè)，創(chuàng)設(shè)情境進(jìn)行教學(xué)，對培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)具有關(guān)鍵作用?！?/p>

由此可見，教師應(yīng)重視并善于創(chuàng)設(shè)問題情境進(jìn)行教學(xué)，以引導(dǎo)學(xué)生積極思考和討論，如此可使學(xué)生對新知識的理解經(jīng)歷由易到難、由淺到深、由表象到本質(zhì)的過程，還可促使學(xué)生準(zhǔn)確把握相關(guān)物理概念、規(guī)律和方法的本質(zhì)，進(jìn)而可形成和發(fā)展學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

如何實現(xiàn)上述要求呢？下面筆者以“摩擦力”的教學(xué)為例，通過創(chuàng)設(shè)符合教學(xué)內(nèi)容的問題情境，可以實現(xiàn)學(xué)生對摩擦力概念的有效建構(gòu)，如此可落實學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

一、摩擦力概念的教學(xué)

（一）課標(biāo)要求

摩擦力的教學(xué)屬于物理概念教學(xué)的范疇，《課標(biāo)》在物理概念的教學(xué)建議中指出物理概念的建立其關(guān)鍵是創(chuàng)設(shè)體現(xiàn)概念本質(zhì)特征的問題情境。在物理概念教學(xué)中，教師基于學(xué)生大量的經(jīng)驗性常識創(chuàng)設(shè)問題情境，并使學(xué)生在教師的引導(dǎo)下通過對問題進(jìn)行思考、討論以及對所觀察的實驗現(xiàn)象進(jìn)行重新加工，實現(xiàn)從經(jīng)驗性常識向物理概念的轉(zhuǎn)變，并在此過程中形成和發(fā)展學(xué)生的物理觀念。將提升學(xué)生的科學(xué)思維能力和科學(xué)探究能力滲透在概念教學(xué)中，可培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

（二）教學(xué)背景分析

“摩擦力”這節(jié)內(nèi)容既是必修1“相互作用”這一章的重點，也是后面學(xué)習(xí)“力與平衡”“牛頓運(yùn)動定律”等力學(xué)知識的基礎(chǔ)，是構(gòu)成整個高中物理知識的一塊“基石”。雖然高一新生在初中已學(xué)習(xí)過摩擦力，但對摩擦力的概念缺乏深入的理解。教學(xué)實踐表明，對初學(xué)者而言，摩擦力的產(chǎn)生條件、方向判斷及大小計算等都比較復(fù)雜，摩擦力在具體問題中表現(xiàn)出“動中有靜，靜中有動”的特點，特別是靜摩擦力在不同情境下“若有若無，方向不定”的特點都讓學(xué)生感到難以理解。由于摩擦力概念理解的復(fù)雜性以及生活直接經(jīng)驗的誤導(dǎo)，學(xué)生對摩擦力往往存在如下的錯誤認(rèn)知：

誤區(qū)1：靜止的物體不會受到摩擦力的作用;

誤區(qū)2：只有靜止的物體才受到靜摩擦力

的作用，只有運(yùn)動的物體才受到滑動摩擦力的作用;

誤區(qū)3：用水平推力推水平面上的物體，推不動是因為推力小于摩擦力;

誤區(qū)4：混淆兩種類型的摩擦力，認(rèn)為靜摩擦力的大小隨正壓力的增大而增大;

誤區(qū)5：滑動摩擦力一定是阻力;

誤區(qū)6：靜摩擦力一定是阻力;

誤區(qū)7：滑動摩擦力的方向一定與物體的運(yùn)動方向相反。

（三）創(chuàng)設(shè)問題情境，突破理解誤區(qū)

通過創(chuàng)設(shè)問題情境，特別是遞進(jìn)式問題鏈和實驗問題情境引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，由此糾正學(xué)生對摩擦力“前概念”的認(rèn)知誤區(qū)，然后因勢利導(dǎo)、循序漸進(jìn)，由此可引導(dǎo)學(xué)生正確理解和掌握有關(guān)摩擦力的新知識。

情境1：【實驗情境】如圖1甲所示，將兩條毛巾平鋪在桌上，并讓這兩條毛巾的邊緣處相互重疊約2～5cm。接著把毛巾重疊的部分折成像波浪一般的褶皺，然后教師用兩個手指頭捏住褶皺處，這時毛巾看起來像蝴蝶結(jié)一樣（如圖乙所示）。然后請一位學(xué)生雙手分別抓住毛巾的兩端并用力拉扯毛巾（如圖丙所示），試圖將兩條毛巾分開（也可請一位女生用手握住毛巾的褶皺處，然后女生的兩側(cè)各有一位男生同時沿相反方向發(fā)力拽毛巾）。學(xué)生在觀察完該演示實驗后會覺得不可思議，與預(yù)測的實驗結(jié)果不同，所以很想知道其中的奧秘，這時教師指出其中的奧秘與摩擦力有關(guān)，由此開啟摩擦力的教學(xué)。

評析：通過創(chuàng)設(shè)實驗情境引入新課，實驗結(jié)果與學(xué)生的直覺判斷相違背，學(xué)生為了弄清楚原因，自然會將注意力集中到接下來的學(xué)習(xí)中。通過創(chuàng)設(shè)實驗情境、設(shè)置懸念引入新課，既活躍了課堂氣氛，又激發(fā)了學(xué)生的好奇心和求知欲。

情境2：如圖2所示，甲、乙兩物體均在粗糙的水平面上，甲向右勻減速運(yùn)動，乙在水平推力F的作用下仍靜止不動，分析甲、乙兩物體是否受到摩擦力的作用？

存在誤區(qū)1的學(xué)生會得出只有甲物體受到摩擦力作用的錯誤結(jié)論。這時教師不要急于糾正學(xué)生的錯誤結(jié)論，而是應(yīng)進(jìn)一步設(shè)計以下幾個問題引導(dǎo)學(xué)生思考：

（1）如果水平面光滑，乙物體是否會靜止不動？

（2）水平推力沒有推動乙物體說明了什么？

（3）甲、乙受到的摩擦力有何區(qū)別？

（4）乙物體受到的摩擦力方向有何特點？

評析：學(xué)生通過對以上問題進(jìn)行分析和思考，認(rèn)識到靜止的物體也可以受到摩擦力的作用，糾正了學(xué)生的錯誤認(rèn)知。然后再經(jīng)教師引導(dǎo)可得到兩種類型的摩擦力——滑動摩擦力和靜摩擦力的概念，以及靜摩擦力的方向特點。

情境3：圖2中的水平推力F沒有將乙物體推動，這是為什么？

有許多學(xué)生認(rèn)為物體推不動是因為水平推力F小于靜摩擦力f（即誤區(qū)3）。這時教師可進(jìn)一步設(shè)計以下問題引導(dǎo)學(xué)生分析：

（1）沒有推動，表明物體是靜止的，這時物體處于怎樣的狀態(tài)？

（2）若是F

（3）通過受力分析可知F與f的大小關(guān)系

如何？

（4）逐漸增大F，但物體仍然沒有被推動，則f的大小如何變化呢？

（5）f能無限制的增大嗎？隨著F的不斷增大，物體最終會被推動嗎？

（6）推動之后，物體受到的摩擦力還是靜摩擦力嗎？

評析：通過對這一串問題進(jìn)行分析，學(xué)生自主糾正了理解誤區(qū)，靜摩擦力的概念也得到了進(jìn)一步的深化。同時還理解了建立最大靜摩擦力概念的事實依據(jù)以及摩擦力類型的轉(zhuǎn)變。

情境4：如圖3所示，甲、乙兩物體在以下情形中始終處于靜止?fàn)顟B(tài)。

（1）對于甲物體，當(dāng)水平推力F增大，其受到的靜摩擦力如何變化？甲物體與水平面間的壓力如何變化？

（2）對于乙物體，保持推力F不變，增大對乙豎直向下的壓力FN，其受到的靜摩擦力如何變化？乙物體與水平面間的壓力如何變化？

（3）根據(jù)以上分析判斷如下兩種說法是否

正確？

①物體的重力越大，則物體間的正壓力就越大;

②物體間的正壓力越大，則物體間的靜摩擦力越大。

【實驗情境】教師用手豎直握住瓶子靜止不動，學(xué)生兩次從教師手中將瓶子抽出（后一次教師用更大的握力握住瓶子），體驗兩次抽瓶子的用力感受，然后教師引導(dǎo)學(xué)生分析原因。

評析：存在誤區(qū)4的學(xué)生認(rèn)為靜摩擦力的大小會隨著正壓力的增大而增大。通過引導(dǎo)學(xué)生對以上兩種情形進(jìn)行對比和分析，消除了學(xué)生對靜摩擦力大小認(rèn)知上的誤區(qū)，如此有助于學(xué)生正確認(rèn)識正壓力與重力的關(guān)系以及靜摩擦力的大小與正壓力的關(guān)系。此外，這里通過創(chuàng)設(shè)直觀有趣的實驗情境，還幫助學(xué)生認(rèn)識了靜摩擦力和最大靜摩擦力與正壓力的關(guān)系，如此既能活躍課堂氣氛，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，又能有效突破教學(xué)難點。

情境5：如圖4所示，確定下列各情形中A相對于B的運(yùn)動方向以及A受到的滑動摩擦力方向。

（1）vA>vB;? （2）vA

（3）根據(jù)以上兩種情形分析滑動摩擦力的方向與物體運(yùn)動方向的關(guān)系如何？

（4）滑動摩擦力一定是阻力嗎？

【實驗情境】把兩本書疊放在桌面上，若快速抽出放在下面的書，則放在上面的書將如何運(yùn)動？做實驗驗證你的猜想，并利用今天所學(xué)的摩擦力知識進(jìn)行解釋。

評析：初學(xué)者往往認(rèn)為滑動摩擦力是阻力，總是與物體的運(yùn)動方向相反。通過上述兩種情形的對比分析，可以有效糾正存在誤區(qū)5和誤區(qū)7學(xué)生的錯誤認(rèn)知，進(jìn)而可強(qiáng)化學(xué)生對“阻礙相對運(yùn)動”的理解，讓學(xué)生認(rèn)識到滑動摩擦力不一定是阻力。然后在教師的啟發(fā)下學(xué)生也意識到判斷滑動摩擦力的方向不能簡單地以物體的運(yùn)動方向為依據(jù)，而應(yīng)該從尋找物體相對接觸面的運(yùn)動方向入手。

情境6：如圖5所示，思考以下幾個問題：

（1）圖甲中的物體A是否受到摩擦力的作

用？如果有，是什么類型的摩擦力？方向如何？

（2）圖乙中的物體B對A是否有摩擦力的

作用？如果有，是什么類型的？方向如何？

（3）圖乙中地面對A是否有摩擦力的作用？如果有，是什么類型的？方向如何？

（4）根據(jù)以上分析討論、判斷如下兩種說法是否正確：

①受到靜摩擦力作用的物體一定是靜止的，受到滑動摩擦力作用的物體一定是運(yùn)動的;

②靜摩擦力一定是阻力。

【實驗情境】

（1）教師用手豎直握住瓶子做豎直向上運(yùn)動，分析該過程中瓶子受到的摩擦力類型及方向？

（2）教師在桌面上均勻且平行地排放若干根摘掉筆帽的筆桿，并把兩本書疊放后靜置于其中一側(cè)的幾根筆桿上，然后用水平力往另一側(cè)筆桿方向拉動疊放在上方的書本（將書與桌面間的滑動摩擦轉(zhuǎn)化為書與筆桿間的滾動摩擦，這相當(dāng)于等效減小了書本與桌面間的動摩擦因數(shù)）。然后討論下列兩種情境中下方的書在上下兩個表面處受到的摩擦力的類型和方向。

①用適中的力水平拉動上方的書，使上下兩本書保持相對靜止一起運(yùn)動;

②用較大的力水平拉動上方的書，使上下兩本書一起運(yùn)動但上方的書運(yùn)動得更快。

評析：通過對這一問題鏈和實驗問題情境進(jìn)行分析學(xué)生認(rèn)識到，在摩擦力的產(chǎn)生中“動中有靜，靜中有動”，有的物體甚至是“動靜結(jié)合”，這不僅深化了學(xué)生對摩擦力產(chǎn)生條件的理解，同時還使學(xué)生對“阻礙物體間的相對運(yùn)動趨勢”有了更深刻的認(rèn)識，進(jìn)而可理解靜摩擦力不一定是阻力，從而糾正了學(xué)生的錯誤認(rèn)知（誤區(qū)2和誤區(qū)6）。

（四）教學(xué)反思

在上述教學(xué)中，筆者先以實驗情境、懸念設(shè)置引入新課，之后設(shè)計了若干個包含問題鏈或?qū)嶒灮顒拥膯栴}情境，情境間有層次性，問題間有梯度性，設(shè)問由易到難，由簡入深，如此可有效將學(xué)生吸引到教師預(yù)設(shè)的教學(xué)情境中，進(jìn)而可促進(jìn)學(xué)生積極地思考和討論。每一個情境集中解決學(xué)生的一兩個認(rèn)知誤區(qū)，并啟發(fā)學(xué)生自己去糾正和補(bǔ)充錯誤的或片面的認(rèn)知，由此可深化學(xué)生對摩擦力概念的理解。在教學(xué)中，筆者創(chuàng)設(shè)實驗情境所用到的器件盡可能采用生活中常見的物品，如書本、毛巾、瓶子等，這可方便感興趣的學(xué)生在課后自己進(jìn)行探究。

應(yīng)當(dāng)指出的是，實驗情境不是問題情境的簡單組合或補(bǔ)充，創(chuàng)設(shè)適宜的實驗問題情境不僅有助于激發(fā)學(xué)生解決問題的熱情，活躍課堂氣氛，而且還能讓學(xué)生體驗到物理知識的真實感和趣味性。在實際教學(xué)中，教師應(yīng)根據(jù)學(xué)生的學(xué)情從以上問題情境中合理取舍和優(yōu)化，以符合所教學(xué)生的知識基礎(chǔ)和認(rèn)知能力。

二、教學(xué)啟示

《課標(biāo)》中指出教師在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計和教學(xué)實施時必須重視問題情境的創(chuàng)設(shè)，并通過引導(dǎo)學(xué)生思考和解決問題培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。結(jié)合教學(xué)實踐，筆者認(rèn)為在實施問題情境教學(xué)時應(yīng)遵循以下幾個原則：

（一）基于學(xué)情原則。應(yīng)根據(jù)教材內(nèi)容和《課標(biāo)》要求創(chuàng)設(shè)恰當(dāng)、有效的問題情境，使之符合學(xué)生現(xiàn)有的認(rèn)知水平和學(xué)習(xí)能力，并基于學(xué)生學(xué)情，讓學(xué)生在解決問題和反思中實現(xiàn)對知識的理解和深化。

（二）導(dǎo)向引領(lǐng)原則。問題情境的設(shè)計應(yīng)體現(xiàn)教師的主導(dǎo)和引領(lǐng)作用。教師應(yīng)掌控教學(xué)節(jié)奏，并通過精心設(shè)問，啟發(fā)學(xué)生積極思考，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生在問題的解決、反思和總結(jié)中建構(gòu)新知識。

（三）承前啟后原則。設(shè)計的一系列問題應(yīng)具有梯度性和驅(qū)動性，由淺入深，由易到難，循序漸進(jìn)，緊密關(guān)聯(lián)，由此為學(xué)生搭建一個個問題臺階，并逐步增加思考的難度和深度，即做到前一個問題的解決有助于啟發(fā)和幫助學(xué)生解決后一個問題。

（四）聯(lián)系實際原則。盡量創(chuàng)設(shè)與學(xué)生的實際生活體驗相聯(lián)系的問題情境或?qū)嶒灮顒?，情境越貼近學(xué)生的生活實際，就越能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲望，學(xué)生的學(xué)習(xí)感悟也就越深，同時這還可使學(xué)生感受到學(xué)習(xí)物理既有趣又有用。

總之，教師應(yīng)重視創(chuàng)設(shè)基于教材和學(xué)情的問題情境，特別是遞進(jìn)式問題鏈或?qū)嶒瀱栴}情境，以引導(dǎo)學(xué)生在解決問題中糾正認(rèn)知誤區(qū)，實現(xiàn)對新知識的有效建構(gòu)。如此既有利于發(fā)展學(xué)生的物理觀念，又有利于促進(jìn)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的落地。

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