基于問題情境培養(yǎng)高中生物理科學(xué)探究能力的策略

馮建敏

摘要：物理學(xué)科是高中階段的一門重要學(xué)科之一，其對于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力和探究能力具有重要作用。教師要善于利用問題情境培養(yǎng)高中生的科學(xué)探究能力和思維能力，在實際課堂教學(xué)過程中，要合理采用問題導(dǎo)學(xué)的方式，創(chuàng)設(shè)問題情境，引導(dǎo)學(xué)生獨立思考問題。本文對基于問題情境培養(yǎng)高中生物理科學(xué)探究能力的策略進行研究。先從問題情境的定義、創(chuàng)設(shè)問題情境、培養(yǎng)高中生物理探究能力的意義和探究策略三個大的方面進行分析討論，在培養(yǎng)高中生物理科學(xué)探究策略中，又分為四小部分：“知識實驗聯(lián)系，創(chuàng)設(shè)問題情境”“知識推廣生活，注重實際應(yīng)用”“引入物理學(xué)史，啟發(fā)學(xué)生思維”“轉(zhuǎn)換問題角度，類比思維方式”。本文對教師基于問題情境培養(yǎng)高中生物理科學(xué)探究能力的策略進行了思考。

關(guān)鍵詞：高中；物理；科學(xué)探究能力；問題情境

隨著新課程改革的推進，普通高中物理教學(xué)更加提倡科學(xué)探究能力和思考能力的培養(yǎng)，更加強調(diào)構(gòu)建物理知識體系。物理是一門較為抽象的課程，學(xué)生的邏輯思維能力、空間想象能力和科學(xué)探究能力都是學(xué)習(xí)物理學(xué)科的必備能力。教師在課堂上創(chuàng)設(shè)問題情境有助于高中物理課堂更加生動化、形象化，便于學(xué)生理解枯燥乏味的物理規(guī)律，對物理產(chǎn)生濃厚的興趣。教師在課堂教學(xué)中創(chuàng)設(shè)問題情境要結(jié)合班內(nèi)學(xué)生的實際情況，通過合理創(chuàng)設(shè)問題情境，提高學(xué)生對物理學(xué)習(xí)的積極性。學(xué)生在找到答案的同時對知識進行思考和探索，完善自己的思維與思路。

教師在課程設(shè)計中應(yīng)注意把握教學(xué)情境問題設(shè)置以及解決的過程，積極營造良好課堂氛圍，學(xué)生在物理課堂中才能逐漸完善物理思維和科學(xué)探究能力。

1 ? 問題情境

學(xué)生開展學(xué)習(xí)活動的環(huán)境與背景就是學(xué)習(xí)情境，學(xué)生在一定的情境中學(xué)習(xí)能夠產(chǎn)生思考和某種情感共鳴。這種情境對于學(xué)生知識體系的形成具有重要作用。問題情境是指具有一定困難，需要學(xué)生通過思考和探索找到解決方法的情境。在問題情境中，問題不應(yīng)超出學(xué)生的能力范圍，使學(xué)生能夠通過思考或團隊合作討論解決問題。一個合適且良好的問題情境能夠激發(fā)學(xué)生對知識產(chǎn)生好奇心和探索欲，為課堂教學(xué)營造輕松的學(xué)習(xí)氛圍，對于培養(yǎng)學(xué)生思維能力、邏輯能力和創(chuàng)新意識有很大的幫助。

2 ? 培養(yǎng)高中生物理科學(xué)探究能力的意義

創(chuàng)設(shè)問題情境指的是教師將知識轉(zhuǎn)化為問題情境，促進學(xué)生對知識的理解以及價值的判斷，是教師與學(xué)生共同分析解決問題的教學(xué)環(huán)境。培養(yǎng)學(xué)生的問題意識和思考問題的能力是創(chuàng)設(shè)問題情境的主要目的。由學(xué)生自己提出問題是最有效的學(xué)習(xí)方法之一，學(xué)生帶著疑問和思考解決問題，能夠進一步提升學(xué)生的邏輯思維能力和創(chuàng)新能力。教師創(chuàng)設(shè)問題情境能夠有效培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的積極性和思考問題的獨立性，教師要組織以學(xué)生為主體的教學(xué)活動，讓學(xué)生在探索中學(xué)習(xí)知識，在生活中運用知識。學(xué)生將掌握的知識應(yīng)用到實際問題中，學(xué)以致用，也是創(chuàng)設(shè)問題情境能解決的一大問題。這可以激發(fā)學(xué)生的物理學(xué)習(xí)興趣，發(fā)展學(xué)生的思維，培養(yǎng)問題意識，激發(fā)學(xué)生對物理學(xué)科的探索欲，推動學(xué)生更加主動地進行物理學(xué)習(xí)。教師要根據(jù)學(xué)生的實際學(xué)習(xí)能力進行問題情境的創(chuàng)設(shè)，合理設(shè)置問題的難度，既要激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又要對學(xué)生的思維能力提升有所幫助。這樣，才能讓學(xué)生在思考問題的過程中有收獲。

3 ? 基于問題情境培養(yǎng)高中生物理科學(xué)探究能力的策略

3.1通過實驗創(chuàng)設(shè)問題情境

在物理教學(xué)中，實驗是幫助學(xué)生理解知識、提高動手能力的重要手段。實驗?zāi)軌蚋又庇^地創(chuàng)設(shè)問題情境，許多物理概念和規(guī)律的總結(jié)是由多次實驗得來的。在物理課堂中，實驗的加入能使物理知識變得更加生動形象，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲，引導(dǎo)學(xué)生深入思考問題。利用實驗與物理知識相結(jié)合的方式創(chuàng)設(shè)問題情境，可以充分激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的熱情，使學(xué)生能夠更明確自己的學(xué)習(xí)目標(biāo)與學(xué)習(xí)過程中存在的問題。教師可以先為學(xué)生提供一道實際問題，讓學(xué)生進行解答后通過實驗驗證自己的思考方向和解題思路。例如，在圖1所示的電路中，電源的內(nèi)阻不能忽略。已知定值電阻R1=10Ω，R2=8Ω。當(dāng)單刀雙制開關(guān)S置于位置1時，電壓表讀數(shù)為2V。當(dāng)S至于位置2時電壓表讀數(shù)可能為多少？由公式可解得，電壓的范圍在1.6V～2V之間。學(xué)生在實驗室實際連出圖中電路，單刀雙擲開關(guān)分別撥到1和2處，觀察電壓表示數(shù)，通過電壓表示數(shù)反映電路具體電壓。結(jié)合實際問題，對歐姆定律概念和公式進行更深刻的理解。讓學(xué)生通過實際問題建立電壓與電流之間的聯(lián)系，利用物理概念解決物理實際問題。在物理教學(xué)中創(chuàng)設(shè)問題情境時，教師可以利用知識與生活結(jié)合的素材，利用物理實驗引導(dǎo)學(xué)生對物理知識進行分析、推導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)問題并提出問題。

通過演示實驗，也可以合理創(chuàng)設(shè)問題情境。教師將演示實驗引入課堂，能夠讓學(xué)生通過觀察演示實驗，更好地理解實驗結(jié)果。就像伽利略在比薩斜塔向下扔兩個不同重量的小球而得出物體下落的時間與物體質(zhì)量無關(guān)。教師也可以向?qū)W生演示兩個不同材質(zhì)、不同重量的薄片從同一高度掉落，掉落的時間幾乎相同。這樣能夠讓學(xué)生對速度公式有更加深刻的記憶，激發(fā)學(xué)生對物理科學(xué)知識的探究欲望。

3.2聯(lián)系生活實際，注重知識的實際應(yīng)用

在物理知識的學(xué)習(xí)中，教師應(yīng)充分將生活實際與所學(xué)知識相結(jié)合，創(chuàng)設(shè)更加適合課堂和學(xué)生實際學(xué)習(xí)情況的問題情境，激發(fā)學(xué)生對于物理學(xué)科的學(xué)習(xí)興趣，降低學(xué)生理解抽象的物理知識的難度，提升學(xué)生在物理知識方面的視野和學(xué)生對物理現(xiàn)象的認知能力。教師要分析學(xué)生平時可以接觸到的實際生活情況，將學(xué)生能接觸到的實際生活事例和物理知識聯(lián)系起來，創(chuàng)設(shè)生活化的問題情境。教師要加強對學(xué)生的引導(dǎo)，讓學(xué)生通過課堂創(chuàng)建的問題情境建立將物理知識和自己生活實際聯(lián)系起來的物理思維，從而提升學(xué)生對知識的理解應(yīng)用能力。例如，在“靜摩擦力”這部分的課程教學(xué)中，教師可以在正式講授課堂知識前挑選同學(xué)進行夾玻璃球比賽，通過小組合作的形式，在規(guī)定時間內(nèi)夾到玻璃球最多的小組獲勝。這不僅考驗了學(xué)生的團隊合作能力，而且使學(xué)生產(chǎn)生疑問，為何有的同學(xué)能很輕易地夾起玻璃球，而有的同學(xué)無論如何變換方式依然很難做到。在學(xué)生感到疑惑的同時，教師直接追加問題：為什么其中一位同學(xué)能用筷子夾起那么多球？為什么兩本書的書頁交叉疊放在一起后很難拉開？在學(xué)生討論問題的時候，教師引入本堂課的重點——靜摩擦力，有了之前的問題情境預(yù)設(shè)，學(xué)生對靜摩擦力的概念理解得更加深刻，在無形中也深化了學(xué)生的物理學(xué)科能力。在學(xué)生初步了解靜摩擦力之后，教師引導(dǎo)學(xué)生進一步深化理解問題，將靜摩擦力、動摩擦力、重力拉力等聯(lián)系在一起。例如，如圖2所示，在斜面上放置一物體靜止不動，該物體受重力G、彈力N和靜摩擦力f的作用，該物體的受力示意圖正確的是哪一個。學(xué)生由學(xué)過的重力、摩擦力知識分析可得，重力的方向總是豎直向下的，物體受到的彈力總是與接觸面垂直的，故A、B錯誤。而C的方向是向下的斜面對物體，彈力方向應(yīng)該是垂直斜面向上的，故D正確。物體放在斜面上有個向下的運動趨勢，故摩擦力的方向應(yīng)該是沿斜面向上的。

再如，在教學(xué)“勻速圓周運動”這一知識點時，可以列舉實際生活中的案例。在洗衣機脫水時，水滴會做離心運動，水滴由于慣性做圓周運動。在水滴做圓周運動的過程中，總有沿著切線方向飛出去的傾向。但由于向心力的束縛，使水滴保持受力平衡，一旦向心力消失，水滴就沿切線方向飛出。這種情況在合力不足以提供水滴所需向心力時，物體雖然不會沿切線飛出，但也會逐漸遠離。洗衣機用的就是這一原理進行脫水，將洗滌衣物放入脫水桶，使脫水桶帶動濕衣物高速運轉(zhuǎn)，利用離心力將衣物的水分甩干，這樣脫水率高，不傷衣物，甩干效果好。離心力大小與脫水桶半徑成正比，因此離心力越大，脫水效果越好。教師將大量的物理知識引入課堂，將知識應(yīng)用到實際生活，能使學(xué)生學(xué)到知識后在生活中運用得更加熟練，也能開拓學(xué)生的物理思維，培養(yǎng)物理科學(xué)探究能力。

3.3引入物理學(xué)史，啟發(fā)學(xué)生思維

教師還可以通過在課堂上引入物理學(xué)史創(chuàng)設(shè)問題情境，讓學(xué)生在教師創(chuàng)設(shè)的問題情境中體會物理學(xué)家在探索物理規(guī)律過程中的努力，從而對物理學(xué)知識的理解更加深刻，啟發(fā)學(xué)生的思維，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究能力。例如，教師在教學(xué)萬有引力定律的應(yīng)用時，可以為學(xué)生設(shè)置有關(guān)萬有引力定律的問題情境：我們都生活在地球上，是否能夠測量出地球的質(zhì)量呢？教師可以引導(dǎo)學(xué)生通過學(xué)習(xí)萬有引力定律的公式猜想牛頓是如何通過萬有引力公式測量出地球質(zhì)量的。教師提出一個關(guān)于牛頓曾經(jīng)做出的猜想：假設(shè)在山頂上一個人沿水平的方向扔出石頭，石頭由于受到地球引力的作用，會經(jīng)過一條拋物線的運動，那么石頭的運動情況會如何變化呢？教師通過引導(dǎo)學(xué)生思考這些問題，讓學(xué)生身臨其境體驗科學(xué)家思考問題的方式，有助于學(xué)生養(yǎng)成良好的思維習(xí)慣。例如，教師給出如下萬有引力定律習(xí)題：卡文迪許把自己的實驗說成稱地球的重量，嚴格來說是測量地球的質(zhì)量，如果已知引力常量G、地球半徑R和地球表面重力加速度g，計算地球的質(zhì)量m和地球的平均密度各是多少。讓學(xué)生置身于科學(xué)物理學(xué)史之中，體會偉人的解題思路，啟發(fā)學(xué)生的思維?？梢愿鶕?jù)在地球表面萬有引力等于重力，先計算出地球質(zhì)量，再根據(jù)密度等于質(zhì)量除以體積求解。這樣能夠使學(xué)生更加深入地理解公式的運用和公式之間的聯(lián)系，熟練掌握知識，并形成體系。

3.4轉(zhuǎn)換問題角度，類比思維方式

學(xué)生通過變換角度思考問題，多角度、全方位地認識物理學(xué)科和知識，能夠更準確地理解概念，掌握規(guī)律。教師從多個方面設(shè)計問題，用多種解法得出答案，有助于學(xué)生更好地構(gòu)建知識體系。例如，教師在講授“運動合成與分解”這一課時，學(xué)生會接觸到新的物體運動規(guī)律——平拋運動，可以將平拋運動分解為勻速直線的水平運動和自由落體的豎直運動。教師可以向?qū)W生提出問題，設(shè)置問題情境。將平拋運動分解成兩個更加簡單的運動是根據(jù)怎樣的原理呢？平拋運動有什么特點呢？可以運用前面學(xué)習(xí)的勻速直線運動和自由落體的相關(guān)知識，通過轉(zhuǎn)變角度解答平拋運動的問題。學(xué)生通過知識的積累，將平拋運動轉(zhuǎn)化為自由落體運動和勻速直線運動后，教師可繼續(xù)設(shè)置問題情境進行追問：還有哪些運動可以像平拋運動一樣被分解為兩種更簡單的運動呢？類比來講，在學(xué)習(xí)斜上拋運動的過程中，可以將斜上拋運動分解成兩段，一段是上拋運動，一段是平拋運動。上拋運動可以分解成豎直方向的豎直上拋運動和水平方向的勻速直線運動。同樣也可以利用勻速直線運動和豎直方向自由落體、豎直上拋運動的公式解決此類問題。許多事物之間都存在相似性，運用類比的方法思考問題，有助于學(xué)生理解問題，對物理知識掌握得更加透徹。比如，在學(xué)習(xí)“電場能和電場差”這一課時，電場力可以和重力放在一起比較二者區(qū)別與聯(lián)系，電場力做功類比重力場做功，等勢線類比成等高線，電勢中的變化關(guān)系與重力勢能的變化關(guān)系可以類比創(chuàng)設(shè)問題情境，例如，教師可以就電勢能與重力勢能之間的區(qū)別和聯(lián)系對學(xué)生進行提問，帶領(lǐng)學(xué)生思考。教師通過詳細的講解與對比，兩種勢能都是與力之間相聯(lián)系，該種力與做功大小和路徑無關(guān)，電場力和重力都具有這樣的特征。當(dāng)電荷或重物做功時，使其動能增加。從能量守恒的角度來看，動能增加的來源是電荷或重物的勢能，前者稱為電勢能，后者稱為重力勢能。動能的增加來自相應(yīng)勢能的下降，也可理解為力的做功等于勢能的下降。因此兩種勢能的區(qū)別在于與之相聯(lián)系的力一個是電場力，一個是重力。而聯(lián)系就在于二者都是具有同種特征的力。通過類比的思維對知識進行比較，可以加快學(xué)生對新知識的接受能力和已學(xué)知識的再次理解，也為進一步學(xué)習(xí)奠定了良好的基礎(chǔ)。

綜上所述，高中物理教師合理創(chuàng)設(shè)問題情境，可以活躍物理課堂教學(xué)氛圍，引發(fā)學(xué)生的思考和探索，培養(yǎng)和提升高中生物理科學(xué)探究能力和思維能力，構(gòu)建完善的物理學(xué)習(xí)體系。教師通過問題情境進行正向引導(dǎo)，由此激發(fā)學(xué)生對于物理學(xué)科的探索興趣，通過創(chuàng)設(shè)問題情境幫助學(xué)生形成正確的思考方式。將課堂所學(xué)知識融入生活，拓寬學(xué)生的視野，讓學(xué)生充分做到學(xué)以致用，教師的教學(xué)思路也要時刻緊跟時代步伐，運用各種資源提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極性，為學(xué)生以后的物理以及其他需要物理思維、科學(xué)探究能力、邏輯思維能力科目的學(xué)習(xí)奠定良好的基礎(chǔ)。

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