基于“問(wèn)題”情境構(gòu)建主體性課堂①
——以“牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用”教學(xué)為例

耿宜宏 李桂旺 劉霽華

(1. 江蘇省前黃高級(jí)中學(xué)，江蘇 常州 213161；2. 江蘇省常州市教育科學(xué)研究院，江蘇 常州 213000)

1 問(wèn)題的提出

人教版高中物理新教材的一大亮點(diǎn)是在每一節(jié)教學(xué)內(nèi)容的前面都以“問(wèn)題”欄目創(chuàng)設(shè)情境，以引發(fā)學(xué)生對(duì)所要學(xué)習(xí)內(nèi)容的主動(dòng)思考，培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題意識(shí)和提出問(wèn)題的能力，但在實(shí)際的教學(xué)中，一些教師未能使“問(wèn)題”欄目發(fā)揮應(yīng)有的作用。筆者以“牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用”教學(xué)為例，利用真實(shí)問(wèn)題情境引發(fā)學(xué)生的思考，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，與同行交流創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境、構(gòu)建主體性課堂、發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的教學(xué)實(shí)踐、感悟和反思。

2 基于“問(wèn)題”情境，構(gòu)建主體性課堂

“問(wèn)題”情境是為解決問(wèn)題而創(chuàng)設(shè)的生活情境、實(shí)驗(yàn)情境等?；凇皢?wèn)題”情境構(gòu)建主體性課堂，讓學(xué)生主動(dòng)參與、自主探究、積極思考、動(dòng)手實(shí)踐，不僅要讓學(xué)生學(xué)會(huì)知識(shí)技能，還要讓學(xué)生的創(chuàng)新思維和批判性思維得到發(fā)展。筆者開(kāi)展了基于“學(xué)習(xí)即研究”觀點(diǎn)的學(xué)生核心素養(yǎng)培養(yǎng)研究，通過(guò)“問(wèn)題”情境的創(chuàng)設(shè)，構(gòu)建主體性課堂，讓情境創(chuàng)設(shè)成為優(yōu)化課堂教學(xué)的抓手，并取得了階段性成果。

2.1 堅(jiān)持課堂轉(zhuǎn)型，切實(shí)提高學(xué)生的核心素養(yǎng)

堅(jiān)持課堂轉(zhuǎn)型，把知識(shí)傳授型課堂轉(zhuǎn)變?yōu)閱?wèn)題解決型課堂，把教師的簡(jiǎn)單講解轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生的自主學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)，把知識(shí)積累型課堂轉(zhuǎn)變?yōu)楹诵乃仞B(yǎng)發(fā)展型課堂。用真實(shí)情境引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，通過(guò)研究情境發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決問(wèn)題，學(xué)生就是研究者，學(xué)習(xí)的過(guò)程就是研究的過(guò)程，該過(guò)程不惟結(jié)論、不拘形式，依據(jù)學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，創(chuàng)設(shè)真實(shí)的學(xué)習(xí)情境，以問(wèn)題為核心紐帶，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)過(guò)程的重構(gòu)，通過(guò)質(zhì)疑和評(píng)價(jià)，有力提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。

2.2 創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，構(gòu)建主體性課堂

主體性課堂是一種有生命的課堂，讓學(xué)生全身心投入到體驗(yàn)和探究中，通過(guò)走進(jìn)物理的具身體驗(yàn)與構(gòu)建模型的深刻反思之間的交互作用，通過(guò)師生間和生生間的交流，最終實(shí)現(xiàn)物理真實(shí)情境和物理模型的融合。主體性課堂旨在培養(yǎng)學(xué)生面對(duì)真實(shí)情境時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題的能力，通過(guò)學(xué)習(xí)活動(dòng)發(fā)展學(xué)生的批判性思維、創(chuàng)造性思維和社會(huì)交往等高階能力。

3 基于“問(wèn)題”情境構(gòu)建主體性課堂的實(shí)踐

3.1 教材分析

“牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用”是學(xué)習(xí)了牛頓運(yùn)動(dòng)定律后的一節(jié)應(yīng)用課，《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》的要求為：“理解牛頓運(yùn)動(dòng)定律，能用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解釋生產(chǎn)生活中的有關(guān)現(xiàn)象、解決有關(guān)問(wèn)題?！币虼?，本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)如下：(1) 運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律分析和解決問(wèn)題，即已知所研究物體的受力(或運(yùn)動(dòng)情況)確定物體的運(yùn)動(dòng)情況(或受力)。(2) 掌握和應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決真實(shí)問(wèn)題的思路和方法，即首先對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力和運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析，然后根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律把二者有效聯(lián)系起來(lái)。(3) 初步認(rèn)識(shí)牛頓運(yùn)動(dòng)定律對(duì)社會(huì)發(fā)展的促進(jìn)作用，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科學(xué)、用科學(xué)的意識(shí)。

教材提出的情境問(wèn)題為：“為了盡量縮短停車時(shí)間，旅客按照站臺(tái)上標(biāo)注的車門位置候車。列車進(jìn)站時(shí)總能準(zhǔn)確地停靠在對(duì)應(yīng)車門的位置。這是如何做到的呢？”引導(dǎo)學(xué)生把受力和運(yùn)動(dòng)情況聯(lián)系起來(lái)，并通過(guò)以冰壺運(yùn)動(dòng)和滑雪運(yùn)動(dòng)為問(wèn)題情境的兩道例題，從受力確定運(yùn)動(dòng)情況和從運(yùn)動(dòng)情況確定受力兩個(gè)方面去感受牛頓運(yùn)動(dòng)定律在生產(chǎn)、生活中的廣泛應(yīng)用。

3.2 教學(xué)實(shí)踐

以問(wèn)題為核心的物理教學(xué)應(yīng)以發(fā)現(xiàn)問(wèn)題為出發(fā)點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與，構(gòu)建問(wèn)題解決的主體性課堂。由于高鐵進(jìn)站精準(zhǔn)定位過(guò)程中的力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系不夠形象化，且較為復(fù)雜，筆者對(duì)此進(jìn)行了課堂重構(gòu)，把研究水壺的運(yùn)動(dòng)改為課堂引入的情境問(wèn)題，而把高鐵進(jìn)站精準(zhǔn)定位作為牛頓運(yùn)動(dòng)定律在生活中的應(yīng)用，這樣便于學(xué)生理解力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。

3.2.1 創(chuàng)設(shè)情境，提出問(wèn)題，引發(fā)思考

本節(jié)為牛頓第二定律兩類應(yīng)用問(wèn)題的第一課時(shí)，通過(guò)冰壺和滑雪兩種運(yùn)動(dòng)歸納總結(jié)出兩類問(wèn)題解決的思路，對(duì)教材上情境問(wèn)題進(jìn)行重構(gòu)，通過(guò)問(wèn)題鏈引發(fā)學(xué)生思考。

學(xué)生觀看視頻并思考：優(yōu)秀的運(yùn)動(dòng)員是如何讓水壺精準(zhǔn)定位到營(yíng)壘中心的？

通過(guò)播放冰壺比賽視頻引入本節(jié)課研究的問(wèn)題，學(xué)生觀看視頻后，教師提出問(wèn)題。

問(wèn)題1：你最關(guān)注的是什么？

問(wèn)題2：冰壺的(直線)運(yùn)動(dòng)可分為幾個(gè)階段？

問(wèn)題3：研究問(wèn)題一般從簡(jiǎn)單的開(kāi)始，比賽時(shí)實(shí)際場(chǎng)景比較復(fù)雜，從適應(yīng)性訓(xùn)練的角度來(lái)看(單純一只冰壺投向“營(yíng)壘”中心)，哪種運(yùn)動(dòng)更為簡(jiǎn)單一點(diǎn)？

利用冰壺比賽視頻創(chuàng)設(shè)情境引導(dǎo)學(xué)生，研究問(wèn)題應(yīng)該從簡(jiǎn)單的情況開(kāi)始，構(gòu)建物理模型，可先研究出手后的冰壺運(yùn)動(dòng)。通過(guò)設(shè)計(jì)問(wèn)題鏈，促進(jìn)學(xué)生深度思考，由體驗(yàn)進(jìn)而到解決問(wèn)題。注重知識(shí)與技能的結(jié)合,讓課堂更具有學(xué)術(shù)性。

3.2.2 構(gòu)建模型，自主學(xué)習(xí)，解決問(wèn)題

訓(xùn)練有素的運(yùn)動(dòng)員可以很好地控制冰壺出手時(shí)的速度，但當(dāng)來(lái)到一個(gè)新的賽道時(shí)，就需要進(jìn)行賽前適應(yīng)性練習(xí)。為了確保贏得比賽，讓冰壺精準(zhǔn)到達(dá)營(yíng)壘的中心，需要了解哪些情況？

問(wèn)題4：冰壺的出手速度多大？

問(wèn)題5：冰壺以某一速度出手后，需要擦冰的長(zhǎng)度至少是多大？

問(wèn)題6：冰壺與冰面間的動(dòng)摩擦因數(shù)是多少？

首先對(duì)真實(shí)情境進(jìn)行簡(jiǎn)化，構(gòu)建物理模型，如把冰壺簡(jiǎn)化為質(zhì)點(diǎn)、把冰壺出手后的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化為勻變速直線運(yùn)動(dòng)等。

解決思路1：已知位移x、末速度v、動(dòng)摩擦因數(shù)μ，求初速度v0。

解決思路2：已知總位移x、末速度v、初速度v0、擦冰前后的動(dòng)摩擦因數(shù)μ1和μ2，求擦冰的長(zhǎng)度x1。

解決思路3：已知初速度v0、末速度v、動(dòng)摩擦因數(shù)μ，求推力F。

根據(jù)真實(shí)情境提出問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生思考，利用問(wèn)題鏈引導(dǎo)學(xué)生展開(kāi)討論，尋求解決問(wèn)題的思路。按知識(shí)的邏輯結(jié)構(gòu)，以問(wèn)題為紐帶，用研究的方式展開(kāi)教學(xué)。在教學(xué)中，教師通過(guò)提供有意義的素材，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、研究問(wèn)題、解決問(wèn)題，物理學(xué)科核心素養(yǎng)在研究過(guò)程中得到發(fā)展。

3.2.3 質(zhì)疑評(píng)價(jià)，交流合作，促進(jìn)生成

問(wèn)題7：設(shè)冰壺投擲后以3 m/s的速度通過(guò)“欄線”，已知冰壺和冰面的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.02，則通過(guò)欄線后冰壺能在冰面上滑行多遠(yuǎn)？

已知該賽場(chǎng)中“欄線”到“營(yíng)壘”中心的距離約28 m。如練習(xí)中要使冰壺可以運(yùn)動(dòng)到“營(yíng)壘”中心，你會(huì)建議采用什么方法？

解決方案：擦冰或增速。

問(wèn)題8：設(shè)擦冰后的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.015，如果通過(guò)持續(xù)擦冰的方式讓冰壺恰好運(yùn)動(dòng)到“營(yíng)壘”中心，則運(yùn)動(dòng)員從距離“欄線”多遠(yuǎn)處開(kāi)始擦冰？

問(wèn)題9：冰壺質(zhì)量約為20 kg，助力區(qū)寬度約為1 m，現(xiàn)測(cè)得離開(kāi)助力區(qū)時(shí)冰壺速度約為4 m/s,試求在助力區(qū)冰壺受到的水平推力。

問(wèn)題10：離開(kāi)助力區(qū)后冰壺依然與運(yùn)動(dòng)員一起運(yùn)動(dòng)一段距離，然后才投出冰壺，你將如何研究這個(gè)過(guò)程中冰壺的運(yùn)動(dòng)？

問(wèn)題7是本節(jié)課的重點(diǎn)，所謂重點(diǎn)是指在解決問(wèn)題過(guò)程中，我們要設(shè)計(jì)多個(gè)合理的子問(wèn)題，來(lái)實(shí)現(xiàn)學(xué)生的自主解決。我們當(dāng)然希望本節(jié)課能在一個(gè)情境下展開(kāi)，但常常是前面的情境并不能帶來(lái)新的認(rèn)知沖突和我們需要解決的問(wèn)題，這樣在問(wèn)題解決中，就需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)一個(gè)新的情境來(lái)激發(fā)認(rèn)知沖突，否則課堂教學(xué)便又變成了教師的直接傳授。問(wèn)題7的計(jì)算結(jié)果表明：并沒(méi)有使冰壺到達(dá)營(yíng)壘的中心，這又引發(fā)新的問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步設(shè)計(jì)方案去解決問(wèn)題8、9、10。每一個(gè)問(wèn)題都是小組合作逐步解決的，又通過(guò)生生之間、師生之間相互評(píng)價(jià)，形成解決問(wèn)題的方案，促進(jìn)知識(shí)的生成,讓課堂更具有互動(dòng)性。

3.2.4 歸納總結(jié)，實(shí)際運(yùn)用，拓展升華

問(wèn)題11：通過(guò)問(wèn)題9和問(wèn)題10，你能否歸納、總結(jié)出解決力與運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的方法？

問(wèn)題12:在冰壺比賽中獲勝的策略在生活中有廣泛的應(yīng)用，請(qǐng)你舉例說(shuō)明。

引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)解決力與運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的方法：

(1) 已知受力情況，通過(guò)牛頓第二定律求物體的運(yùn)動(dòng)情況。高鐵和地鐵進(jìn)站精準(zhǔn)定位(播放筆者在高鐵站觀察高鐵進(jìn)站精準(zhǔn)定位的視頻)，是通過(guò)控制高鐵在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的受力來(lái)控制它的停車位置。導(dǎo)彈是通過(guò)計(jì)算機(jī)控制導(dǎo)彈飛行中的受力來(lái)控制其飛行的軌道，從而能精準(zhǔn)打擊目標(biāo)。

(2) 已知運(yùn)動(dòng)情況，通過(guò)牛頓第二定律求物體受力情況。萬(wàn)有引力的得出就是牛頓第二定律在天體運(yùn)動(dòng)中的運(yùn)用。

牛頓第二定律的應(yīng)用不是拘泥于習(xí)題的訓(xùn)練，而是滲透在問(wèn)題假設(shè)、實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)和邏輯推理的研究過(guò)程中，在生產(chǎn)、生活和人們認(rèn)識(shí)自然界的過(guò)程中都有廣泛的應(yīng)用。

4 教學(xué)反思

堅(jiān)持課堂教學(xué)改革，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)是一線教育工作者的重要職責(zé)。我們需要重構(gòu)教學(xué)過(guò)程，設(shè)計(jì)有品質(zhì)的問(wèn)題，基于問(wèn)題解決，圍繞過(guò)程推進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)，開(kāi)展真實(shí)的研究，培養(yǎng)學(xué)生批判性、創(chuàng)造性思維等高階能力，實(shí)現(xiàn)核心素養(yǎng)的發(fā)展。

4.1 主體性課堂構(gòu)建首先是教師要有課堂轉(zhuǎn)型的意識(shí)

主體性課堂的動(dòng)態(tài)構(gòu)建,必須是教師、學(xué)生、教材三位一體的有機(jī)契合，因此，教師首先要有課堂轉(zhuǎn)型的意識(shí)。在構(gòu)建主體性課堂教學(xué)動(dòng)態(tài)模式中,師生就必須換位思考。在創(chuàng)建主體性課堂教學(xué)動(dòng)態(tài)模式的探索中,我們強(qiáng)調(diào)的是將學(xué)生在課堂上的主體性充分調(diào)動(dòng)起來(lái),通過(guò)創(chuàng)設(shè)生動(dòng)活潑的具有一定思維深度、能夠?qū)崿F(xiàn)師生互動(dòng)的問(wèn)題情境,讓師生互相影響,共同討論。把問(wèn)題交給學(xué)生，讓學(xué)生自己去搜集資料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，主動(dòng)解決問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。

4.2 充分用好教材中問(wèn)題情境，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注教材

新教材為課堂教學(xué)提供了豐富的資源，這些情境問(wèn)題大多源于生活的真實(shí)情境，具有真實(shí)性、開(kāi)放性的特點(diǎn)，對(duì)學(xué)生掌握必備知識(shí)和提升關(guān)鍵能力有很大的促進(jìn)作用。堅(jiān)持課堂重構(gòu)，用活教材，拓展資源，根據(jù)具體情況還可提供與教材問(wèn)題情境相關(guān)的視頻或圖片。同時(shí)關(guān)注社會(huì)生活，從生活中選材，做日常生活的有心人。關(guān)注社會(huì)熱點(diǎn)，緊跟時(shí)代，開(kāi)發(fā)具有時(shí)代特色的課程資源，親近學(xué)生生活實(shí)際，讓課堂與學(xué)生發(fā)生共鳴，讓問(wèn)題情境具有時(shí)代性、思想性、前沿性和生活性的特征。讓學(xué)生通過(guò)真實(shí)問(wèn)題的解決提升核心素養(yǎng)。

5 結(jié)語(yǔ)

課堂突出學(xué)生的主體性，把知識(shí)積累課堂真正轉(zhuǎn)變?yōu)樗仞B(yǎng)發(fā)展課堂，讓核心素養(yǎng)的培養(yǎng)落到實(shí)處，這需要大家長(zhǎng)期的共同努力。多年來(lái)，筆者一直堅(jiān)持開(kāi)展“基于‘學(xué)習(xí)即研究’觀點(diǎn)的主體性課堂重構(gòu)”的實(shí)踐研究，形成課堂轉(zhuǎn)型研究的共同體，合作交流，共同提高，并取得了可喜的成果。只要我們堅(jiān)持不懈，不斷總結(jié)、反思，全面提升學(xué)生核心素養(yǎng)的目標(biāo)就一定能夠達(dá)成。