基于問題解決模式的高三物理復(fù)習(xí)課例研究

周倩 張偉

摘 ? 要：以《普通高中物理課程標準（2017年版）》和問題解決理論為指導(dǎo)，通過實驗導(dǎo)入、梳理知識脈絡(luò)、提取知識解決問題和小結(jié)四個環(huán)節(jié)，設(shè)計符合學(xué)生認知發(fā)展水平的教學(xué)流程，開展以學(xué)生為主體的物理復(fù)習(xí)課教學(xué)，幫助學(xué)生建構(gòu)系統(tǒng)的知識框架，訓(xùn)練解決問題的策略和方法。以“帶電粒子在電場中的運動”復(fù)習(xí)課為例，結(jié)合過程性評價證明問題解決模式提升學(xué)生的知識建構(gòu)能力，使學(xué)生掌握問題解決的策略和方法。

關(guān)鍵字：問題解決；學(xué)習(xí)策略；復(fù)習(xí)課；課程設(shè)計

1 ?問題解決模式的課例研究背景

《普通高中物理課程標準（2017年版）》指出，普通高中的培養(yǎng)目標是進一步提升學(xué)生綜合素質(zhì)，著力發(fā)展核心素養(yǎng)，使學(xué)生具有科學(xué)文化素養(yǎng)和終身學(xué)習(xí)能力，具有自主發(fā)展能力和溝通能力[ 1 ]。而高中物理課程作為普通高中自然科學(xué)領(lǐng)域的基礎(chǔ)課程，旨在進一步提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。作為高三物理教學(xué)的常態(tài)課型，復(fù)習(xí)課要以提升學(xué)生核心素養(yǎng)為目標開展教學(xué)研究。

在傳統(tǒng)的復(fù)習(xí)課教學(xué)模式下，教師往往會直接將解決問題所需要的知識和解題步驟呈現(xiàn)給學(xué)生，學(xué)生被動地接收信息，思維活動少。當“換湯不換藥”的練習(xí)出現(xiàn)時，學(xué)生會有“似曾相識”卻又無從下手的挫敗感，導(dǎo)致傳統(tǒng)式教學(xué)效果不佳。因此，新課程提出要改變傳統(tǒng)式教學(xué)方式，提倡問題解決教學(xué)模式。在教師的有效引導(dǎo)下，學(xué)生選出恰當?shù)姆绞饺ゾx、排列、組合解決問題所需基本技能的過程叫做問題解決[ 2 ]。問題解決與傳統(tǒng)教學(xué)的主要區(qū)別在于問題解決是以學(xué)生為主體，學(xué)生經(jīng)歷主動發(fā)現(xiàn)問題，解決問題的過程。下面以問題解決理論為指導(dǎo)，開展高三復(fù)習(xí)專題課，并以“帶電粒子在電場中的運動”教學(xué)為例說明問題解決模式下的教學(xué)方案可有效提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。

2 ?基于問題解決模式的課例設(shè)計

問題解決模式教學(xué)設(shè)計中，教師會遇到比傳統(tǒng)備課更多的問題：如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機？如何確定課時的教學(xué)目標？如何檢測學(xué)生是否達到教學(xué)目標？如何結(jié)合情境讓學(xué)生經(jīng)歷主動探究？如何從生產(chǎn)生活中提取適合的資源進行問題情境創(chuàng)設(shè)？教師需逐一解決上述問題，形成有效教學(xué)活動方案。

2.1 ?從學(xué)習(xí)動機來看

問題解決強調(diào)教學(xué)中利用情境或?qū)嶒炓龑?dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)并提出問題激發(fā)學(xué)習(xí)動機，保證學(xué)生有活躍的思維活動。根據(jù)馬斯洛的需求層級，認知需要有自我實現(xiàn)價值，已不屬于缺失需要范疇，故在高三第二輪復(fù)習(xí)課中出現(xiàn)的問題，要求學(xué)生產(chǎn)生強烈的動機是不現(xiàn)實的。問題解決模式教學(xué)中教師可創(chuàng)設(shè)符合學(xué)生身心發(fā)展或貼近生活的情境進行課堂導(dǎo)入，這種做法有利于激發(fā)學(xué)生的求知欲，充分保護學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，養(yǎng)成探究、分工與合作的良好學(xué)習(xí)品格，訓(xùn)練學(xué)生的發(fā)散性思維，從而有效發(fā)展學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)。

2.2 ?從教學(xué)過程和方法來看

教學(xué)設(shè)計服務(wù)的對象為高三結(jié)束一輪復(fù)習(xí)的學(xué)生，授課班級是物化地及物化生組合班。這群學(xué)生特點是：總體上掌握基礎(chǔ)的概念和規(guī)律，但知識零散尚未形成體系，部分學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情一般，科學(xué)思維素養(yǎng)也需進一步提高。具體來講，學(xué)生清楚的概念和規(guī)律有：勻變速直線運動、平拋運動、電場力做功、動能定理以及動量定理；能應(yīng)用牛頓第二定律來解決基礎(chǔ)問題，知道“化曲為直”的方法。尚待解決的問題是：多數(shù)學(xué)生各個概念和規(guī)律零散孤立，沒有清晰的知識脈絡(luò)，無法選擇有效的策略來解決新情境中的問題。

問題解決式教學(xué)在學(xué)情分析的基礎(chǔ)上，進行知識梳理、練習(xí)把概念和定理技能化。過程中充分尊重個體間的差異性，因材施教。有的學(xué)生是概念規(guī)律還不熟悉，有的則是從自我認知結(jié)構(gòu)中挑選求解問題的物理規(guī)律并進行排列、組合的方法不熟練。教師可以通過過程性評價，了解到每個學(xué)生掌握知識和選取問題解決方法的有效程度，進而根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)差異有意識地開展分層指導(dǎo)。最后，利用新問題的解決加強學(xué)生對某一類情境的把控力，根據(jù)情境的特征選用學(xué)習(xí)策略和方法，提升問題解決能力。

2.3 ?從教學(xué)目標的設(shè)置與檢測來看

以“帶電粒子在電場中的運動”教學(xué)為例，設(shè)計如下教學(xué)目標：

（1）物理觀念：通過教學(xué)進一步加深對力與運動的認識，將零散孤立的知識梳理成系統(tǒng)的內(nèi)容，發(fā)展運動與相互作用的觀念。能靈活提取這些知識解決帶電粒子在電場中的加速和偏轉(zhuǎn)問題。

（2）科學(xué)思維：通過類比、控制變量、分析與推理等方法對帶電粒子在電場中的運動進行建構(gòu)，找出規(guī)律、形成物理模型；在新的情境中運用科學(xué)推理，對綜合性問題抽象成所建構(gòu)的模型進行問題解決。對研究的問題進行描述、解釋和預(yù)測，逐步培養(yǎng)學(xué)生批判性思維意識，能從不同角度思考問題，訓(xùn)練發(fā)散性思維。

（3）科學(xué)探究：創(chuàng)設(shè)實驗，引導(dǎo)學(xué)生面對真實情境，通過課堂互動，自主提出問題、依據(jù)合理猜想、獨立分析推理、合作討論交流、總結(jié)方法策略、進行知識遷移。

（4）科學(xué)態(tài)度與責任：在生成知識體系和運用解題策略的過程中，學(xué)生感受到力與運動內(nèi)在統(tǒng)一性，認識到STSE的關(guān)系，保持對科學(xué)的好奇心和求知欲[ 3 ]。

在問題解決式教學(xué)中復(fù)習(xí)課是否達到相應(yīng)的教學(xué)目標，可借助過程性評價檢測。筆者在教學(xué)課例中參考近年具有典型電場特征的高考題，改編成建構(gòu)式題型。學(xué)生在解決建構(gòu)式題型時需要組織語言回答，表達和思路在課堂上暴露給教師，教師就可以根據(jù)學(xué)生的表現(xiàn)及時調(diào)整教學(xué)進度和目標。這種有機模式把學(xué)生的核心素養(yǎng)是否得到提升變得可被觀察、能評價。這也是問題解決模式對傳統(tǒng)教學(xué)模式的重要改善。

3 ?基于問題解決模式的教學(xué)實踐

基于問題解決模式，對帶電粒子在電場中的運動進行第一課時的教學(xué)實踐。教學(xué)流程如圖1所示。

3.1 ?實驗導(dǎo)入

在課堂引入部分，通過簡單的實驗學(xué)生將實際情境轉(zhuǎn)化為可探究的問題，訓(xùn)練科學(xué)思維；在觀察、操作和思考時深化對運動與力的理解，促進大概念的生成。在課例中，師生互動演示只在重力作用下如何使小球做直線運動和曲線運動，學(xué)生認真觀察演示學(xué)生的動作。在學(xué)生進行操作和觀察的同時，教師簡化模型和作圖，得出物體做直線運動和曲線運動的條件為初速度與合力方向是否在同一直線上。導(dǎo)入部分體現(xiàn)了問題解決教學(xué)模式的特征之一是通過常規(guī)的情境提出非常規(guī)問題，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)動機。

3.2 ?知識建構(gòu)

學(xué)生對重物在重力場和帶電粒子在電場的比較中，基于大概念力與運動的關(guān)系，進一步發(fā)展運動與相互作用觀；通過討論、解決典型問題帶電粒子在勻強電場運動的過程促進科學(xué)思維素養(yǎng)的發(fā)展。通過進一步設(shè)問促使學(xué)生思考、體會到力與運動內(nèi)在的一致和諧性，生成大概念的知識體系。該過程體現(xiàn)了問題解決教學(xué)模式的特征：學(xué)生經(jīng)歷“分析”“綜合”的思維活動。

3.3 ?知識應(yīng)用

形成知識框架后通過一定的練習(xí)將概念和定理技能化。首先引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)受力判斷運動情況，強調(diào)力與運動的關(guān)系及物體做直線運動的條件。加以拓展，結(jié)合前面的分析策略，用物體做曲線運動的條件解決問題，提升舉一反三的能力。

例如改編題1：（2017年上海卷改編）如圖2，一個系著輕繩的帶電小球在重力場和勻強電場的共同作用下處于靜止狀態(tài)。不考慮空氣阻力，當輕繩斷裂后，小球可能做什么運動？進一步提問：若給小球垂直輕繩方向速度時輕繩突然斷裂，小球又會做什么運動？

學(xué)生根據(jù)“給定”的情境在解決問題過程中利用已有知識，把初始物理情境分階段逐步轉(zhuǎn)化為目標狀態(tài)。在學(xué)習(xí)過程中不僅再次梳理了帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)知識，而且經(jīng)歷了提出問題、分析問題和解決問題的科學(xué)探究過程，體現(xiàn)了問題解決教學(xué)的本質(zhì)：利用科學(xué)方法解決問題，并有新的學(xué)習(xí)結(jié)果出現(xiàn)。

例如改編題2：（2020年浙江卷改編）如圖3，電子以一速度沿兩塊平行板的中線射入偏轉(zhuǎn)電場，已知電子質(zhì)量m，電荷量e，板長l，間距d。若電子恰好從極板邊緣射出電場[ 4 ]，由以上條件可求出哪些物理量？

最后，通過觀察學(xué)生對作圖題的解答，教師能夠大致把握學(xué)生對知識的理解應(yīng)用以及選取問題解決方法的有效程度，進而根據(jù)學(xué)習(xí)差異開展分層指導(dǎo)。引導(dǎo)無從下筆的學(xué)生思考電子在電場中做什么運動，得出類平拋運動，因此軌跡是拋物線。再請正確作圖的學(xué)生來講解作圖的知識要點（數(shù)學(xué)知識拋物線的應(yīng)用或者相同時間比側(cè)向位移）。由于電場方向的不確定性，學(xué)生作圖不盡相同，通過分享作圖思路訓(xùn)練學(xué)生的綜合、創(chuàng)新能力。

例如改編題3：（2021年全國卷改編）如圖4，甲、乙、丙、丁四個帶電粒子先后以相同的速度從坐標原點向x軸正方向射出?？臻g存在與y軸平行的勻強電場。帶電粒子的電量和質(zhì)量分別為甲（+q，m）、乙（-q，m）、丙（+q，2m）、?。?3q，3m），不計重力，描繪出粒子運動軌跡。

4 ?基于問題解決模式的教學(xué)反思

以學(xué)生為主體的問題解決式教學(xué)倡導(dǎo)學(xué)生對知識進行主動探索和意義建構(gòu)。系統(tǒng)化知識是學(xué)生解決問題的基石，教師在復(fù)習(xí)課中基于大概念展開教學(xué)可有效幫助學(xué)生建立知識體系；同時，在情境化試題中引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用類比、強方法、逆推等進階學(xué)習(xí)策略，能有效提升學(xué)生的問題解決能力。因此，一節(jié)高三復(fù)習(xí)課應(yīng)有兩個重要教學(xué)目標：一是學(xué)生建構(gòu)系統(tǒng)的知識框架，二是學(xué)生掌握解決問題的策略。這種問題解決式教學(xué)模式對傳統(tǒng)的依賴教輔、學(xué)生主體地位缺失的教學(xué)現(xiàn)狀有積極作用。

本節(jié)課例從學(xué)生的課堂表現(xiàn)和作業(yè)反饋來看，學(xué)生對實驗很感興趣，激發(fā)了一定的學(xué)習(xí)動機；基于大概念展開的知識梳理和由淺入深的課堂訓(xùn)練，對建構(gòu)知識框架和習(xí)得問題解決的方法兩大類教學(xué)目標有促進作用。對于學(xué)習(xí)能力更好的學(xué)生來說，還可以嘗試結(jié)合情境，自問、自答、自解。不足之處在于信息技術(shù)的融合不夠到位，導(dǎo)致課前學(xué)情分析、課中檢測、課后作業(yè)評析以及課內(nèi)板書占用的時間過多。為了更好地進行學(xué)情診斷、課堂時間有效分配以及師生實時互動，應(yīng)合理利用信息技術(shù)支撐課堂。

參考文獻：

［1］ 中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2020：5.

［2］ 陳剛.物理學(xué)習(xí)與教學(xué)論[M].上海：華東師范大學(xué)出版社，2019：133-134.

［3］ 鄧志文.基于學(xué)生認知整合發(fā)展的高中物理復(fù)習(xí)課課例研究——以“牛頓運動定律”復(fù)習(xí)課為例[J].中學(xué)物理，2020，38（7）：12-16.

［4］ 陳慶賀.例析帶電粒子在電場中的運動[J].教學(xué)考試，2021（4）：67-70.