人教版高中物理教材“問題”欄目分析及教學建議

谷海躍 耿宜宏 周勝林

摘? ? 要：每一節(jié)內容的開始都提出一個引發(fā)思考的問題是新人教版高中物理教材的特點之一。以必修第三冊為例，對教材“問題”欄目呈現情境按照實踐、生活、理論探究、科技與生產、物理學史五種情境進行分類，并在此基礎上嘗試提出本欄目的一些使用建議。

關鍵詞：情境教學；課堂引入；科學思維；教學建議

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2023）5-0022-4

當學習主體感受到新知識與原有認知出現不協調時，就會產生學習需要和學習期待。而不協調表現為主體不能清晰解釋問題［1］。所以在課堂引入時，提出一個好的問題就顯得尤為重要。一個好的問題的背后就是一個好的教學情境，教師的教與學生的學都發(fā)生在教學情境中。

《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》在教材編寫建議中指出，教材內容編排皆應有利于教師科學設計教學情境、有效組織教學［2］。依據新版課標編寫的新人教版教材在每節(jié)內容的開始，都提出一個饒有興趣、聯系實際的問題［3］。本文從教材入手，初步研究新人教版高中物理必修第三冊（以下簡稱“必修三”）“問題”欄目呈現的情境形式，并對本欄目的使用提出教學建議。

1? ? 基于必修三“問題”欄目情況分析

必修三“問題”欄目涉及到豐富的物理情境。有學者將物理情境分為實踐情境、生活情境、理論探究情境、科技與生產情境、物理學史情境五類。情境離學生越近，越能消除知識對于學生的陌生感。其中，實踐情境學生可以現場實踐，生活情境來源于學生平時對生活的觀察與體驗，這些都是學生熟悉的情境。物理學在工業(yè)、科技中的應用和物理學史距離大多數學生的認知較遠，是學生不熟悉的情境。

按照五種情境的分類，本文對必修三“問題”欄目中的情境素材進行分析與統計（圖1、表1）。排名前三的分別為生活情境、實踐情境、理論探究情境。

基于以上統計結果，對照課標中情境素材的具體內容，總結出必修三“問題”欄目情境有如下特點。

1.1? ? 基于學生生活，解決真實問題

真實性學習強調的是學習與真實世界實踐的一致性［4］。在真實情境中學習可以加強知識與生活的聯系，增強學生知識的獲得感。在必修三“問題”欄目情境中，生活情境占比達到33%，位列第一。其情境涉及到生活中的方方面面，如摩擦起電、加油前的放電、導線的電阻相關因素、用電器的能量轉化、節(jié)約能源的重要性、生活中的“電磁伴隨”、鐵塊的顏色與對應的溫度等。對這些情境進行研究有利用促使學生從物理的視角來認識世界，也可以引導學生利用已學習的物理知識來解決現實問題。

1.2? ? 重視實驗探究，培養(yǎng)科學思維

實驗是培養(yǎng)學生科學思維的重要載體。在必修三“問題”欄目情境中，實踐情境占比29%，位列第二。教科書編者精心設計了多個實驗，如影響庫侖力的因素、帶電人體頭發(fā)散開、觀察電容器的構造、觀察小燈泡持續(xù)發(fā)光、電阻串聯或并聯后阻值變化、多個燈泡并聯后亮度變化等。這些小實驗裝置簡單、便于操作，實驗現象明顯。用好這些實驗不僅可以激發(fā)學生思考，還可以培養(yǎng)學生的動手能力。

1.3? ? 加強新舊聯系，凸顯知識建構

建構主義知識觀認為，知識并非一成不變的內容或答案，而是發(fā)展變化的，具有動態(tài)性［5］。教師應該弄清學生的學習起點，精心設計教學活動，讓學生的學習發(fā)生在其最近發(fā)展區(qū)。編者在《靜電場中的能量》一章精心設計了一系列的學習探究模型。從靜電力做功到電勢能，從高度差到電勢差，從電勢差到與電場強度的關系（圖2）。利用“問題”搭建臺階幫助學生學習進階，構建知識體系。

1.4? ? 減小認知難度，落實以人為本

問題與現有認知不平衡時就會帶來認知需要，從而產生學習動力。不同的問題帶來的認知需要的急迫感也不同。生活情境與學生聯系緊密，學生建模更加簡單，認知負荷較小。而實踐情境往往會調動學生多個感官，帶來更多的刺激。所以，這兩個情境往往可以讓學生產生更大的學習動力。教材為了減小學生的認知難度，落實以人為本，盡量提高了這兩種情境的占比。但是，由于必修三中有些章節(jié)離生活較遠，較難設計實踐活動，編者也只能利用物理模型設計一些學生探究情境。科技與生產和物理學史由于離學生比較遠，而且需要一些認知作為基礎，不利于課堂引入，所以占比較少。它們主要在教材中“STSE”“科學漫步”欄目中體現。

2? ? 基于必修三“問題”欄目的教學建議

為了用好“問題”欄目，結合上述的情況分析，針對每一種問題情境提供了如下的教學建議。

2.1? ? 生活情境中要注重模型的建立

生活情境中若將實際物體作為研究對象往往比較復雜。鑒于此，科學家們提出了建構模型的科學思維方法。模型是物與理之間的“有效橋梁”，它可以有效降低研究難度［6］。我們既可以對模型進行歸類、提煉得到物理概念，又可以通過對物理模型進行分析得出物理規(guī)律。比如，可以將摩擦過后的琥珀看成帶有等量異種電荷的小球，靜電釋放器看成與地面連接的細桿，導電金屬絲看成圓柱體等。既得到了后續(xù)研究的對象，又讓學生學會了科學研究方法。

2.2? ? 實踐情境中要注重培養(yǎng)學生的科學思維與創(chuàng)新精神

實驗是科學研究的重要載體，通過實驗進行科學探究可以讓學生學會科學研究方法，培養(yǎng)科學思維能力，增強創(chuàng)新意識與批判精神。下面通過兩個例子簡要說明。

例1? 庫侖定律的引入問題

將帶正電的帶電體C置于鐵架臺旁，把系在絲線上帶正電的小球先后掛在P1，P2，P3位置（圖3），讓學生觀察現象，猜想原因。

師：大家看到什么現象？

生：懸掛的點越遠，懸線的擺角越小。

師：你猜想的結論是什么？

生：電荷間的距離越大，庫侖力越小。

師：猜想成立的條件是什么？

生：控制變量，控制帶電體C與小球的電量不變。

師：帶電體C與小球的電量有沒有發(fā)生變化？請大家將環(huán)境考慮進去認真思考。

生：帶電體與空氣接觸很有可能放電。

師：很好！實際器材抽象成模型時出現放電的不利因素。我們怎么解決這個問題？

生：我們可以放在真空的環(huán)境中做。

師：這樣的確解決了放電的問題，但是卻不夠簡潔。

生：我們可以改變一下懸掛次序，將P1-P2-P3的次序改為P3-P2-P1。帶電體出現了微弱的放電，但是庫侖力還變大了，不是更加證明了“電荷間的距離越大，庫侖力越小”這個結論嗎？

師：是的，只要大家對結論進行質疑，就有可能發(fā)現問題，并能夠解決問題。

例2? 閉合電路歐姆定律引入問題

將元件按照圖4裝置連接，燈泡規(guī)格相同，電池也相同。多個并聯的小燈泡的亮度明顯比單獨一個小燈泡暗。讓學生觀察并且猜想原因。

這是一個非常好的引入實驗，根據右邊的燈泡與左邊的燈泡的亮度不同這個實驗現象激發(fā)了學生的認知沖突，此時學生可能會猜想出電池有內阻。但是，這個實驗也有一點問題。首先，要想本實驗現象明顯，需要比較大的電池內阻，肯定是用過一段時間的電池，所以很難保證左右兩邊的電池電阻相同。其次，如果都用相同的新電池，兩邊燈泡的亮度差異就不會太大。

為了解決這個問題，實驗可以這樣改進。將圖4中四個燈泡均串聯一個開關（圖5）。將開關逐個閉合時觀察小燈泡亮度的變化。這樣改進后，不僅可以保證電源相同，而且發(fā)現閉合的燈泡數目越多，燈泡的亮度越暗。在動態(tài)的比較中，實驗現象更加明顯。

2.3? ? 理論探究情境中要注重科學方法的引導

理論探究情境中往往蘊含著多種科學方法的使用，比如抽象概括、演繹、類比、等效等。抽象概括是對一類事物某種屬性進行凸顯，演繹是以舊的概念為基礎通過邏輯得到新概念的過程，類比是通過某些方面的類似用特殊推導特殊的過程，等效就是從本質出發(fā)將復雜對象轉換成簡單對象的過程。如表2所示，在必修三《靜電場中的能量》一章，點電荷的抽象概括，電場力做功—電勢能—電勢—電勢差的逐步演繹，電場與重力場的類比，這些都將科學方法的應用體現得淋漓盡致。

2.4? ? 科技與生產、物理學史情境中要注重培養(yǎng)學生的科學態(tài)度與責任

科技與生產、物理學史的教學中，不能只讓學生簡單地閱讀課本，淺層了解物理定律是何人、何時、何地發(fā)現。學生并不能體會到發(fā)現過程的崎嶇與艱難。學生仰望科學“神壇”，將科學家的成功簡單地歸結于運氣與“聰明”，這樣就拉大了科學家與學生之間的距離，反而讓學生對科學研究產生畏難情緒，產生不利的影響。

在科技與生產、物理學史的教學中，教師要引導學生重走科學家之路。學生以科學的視角審視當時科學家所面臨的困難與解決方法，從而讓學生知道，科學家不是神明，只是他們善于總結已經研究出的成果，并且意志力很頑強。這樣學生才能發(fā)現，只要有扎實的理論知識，大膽猜想，小心驗證，每個人都可能成為科學家。即使不做科學研究，物理也可以給我們帶來一個了解世界并且與世界相處的方法。

3? ? 結? 語

通過對人教版高中物理必修第三冊“問題”欄目的分析，發(fā)現實踐情境與生活情境占比較大，編者嘗試利用情境拉近實際生活與物理知識的距離，以此減小學生的認知負荷，并促使教師在課堂上滲透科學方法的教學與STSE教育。

此外，教師在使用“問題”欄目時，還應結合學生的認知規(guī)律和實際情況，適當對問題情境進一步優(yōu)化，改進實驗方案，更新信息內容，注重思維引導等，以此更好地發(fā)揮教科書對教學的引領作用，從而更有效地落實物理學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

參考文獻：

［1］陳剛.物理教學設計［M］.上海：華東師范大學出版社，2009：229.

［2］中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）［S］.北京：人民教育出版社，2020．

［3］彭前程.物理學科核心素養(yǎng)的理解與踐行——以人教版高中物理教材為例［J］.物理教學，2020，42（2）：6-12.

［4］項洋洋.真實性學習：提升學生解決真實問題的能力［J］.上海教育，2018（16）：61-63.

［5］吳園園.從建構主義看高中物理教學“組合課堂”［J］.中學物理，2016，34（12）：16-17.

［6］谷海躍，耿宜宏，吳欽.基于學生科學思維培養(yǎng)的物理規(guī)律教學探索——以“交變電流”一課為例［J］.物理教師，2021，42（8）：21-24.

（欄目編輯? ? 劉? ?榮）