高三復(fù)習(xí)課思維型科學(xué)探究教學(xué)策略初探

摘 要：高三復(fù)習(xí)課中通過大量情境化試題的講練來提升學(xué)生應(yīng)試能力的教學(xué)效果往往不佳。本文在“思維型科學(xué)探究理論”的基礎(chǔ)上，探索建構(gòu)高三復(fù)習(xí)課思維型科學(xué)探究的教學(xué)策略，變“知識(shí)梳理”為“激疑解惑”、變“習(xí)題演練”為“問題解決”、變“拓展變式”為“創(chuàng)新應(yīng)用”，并以“玻意耳定律的復(fù)習(xí)”一節(jié)為例，詳細(xì)闡述如何運(yùn)用思維型科學(xué)探究教學(xué)策略達(dá)到全面培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng)、切實(shí)提升學(xué)生解決實(shí)際問題能力的目的。

關(guān)鍵詞： 復(fù)習(xí)課；思維型科學(xué)探究；教學(xué)策略；核心素養(yǎng)

隨著近年來新課程、新高考改革的推進(jìn)，“情境”已成為教學(xué)和考試評(píng)價(jià)的重要載體?！吨袊?guó)高考評(píng)價(jià)體系說明》明確指出“情境正是實(shí)現(xiàn)這種‘價(jià)值引領(lǐng)、素養(yǎng)導(dǎo)向、能力為重、知識(shí)為基’的綜合考查的載體?！保?］為應(yīng)對(duì)這一變化，部分教師在高三復(fù)習(xí)課中試圖通過大量情境化試題的講練來提升學(xué)生的應(yīng)試能力，但往往效果不佳。究其原因，學(xué)生面對(duì)題目中的情境時(shí)，只能借助文字和圖片進(jìn)行想象，缺乏親身體驗(yàn)和深入的思考，無法準(zhǔn)確獲取信息、建立模型。情境化試題的題海戰(zhàn)術(shù)背離了情境教學(xué)培養(yǎng)核心素養(yǎng)的根本宗旨，注定無法成功。那么應(yīng)該如何提升雙新背景下高三復(fù)習(xí)課的教學(xué)效果呢？本文在“思維型科學(xué)探究理論”的基礎(chǔ)上，探索建構(gòu)高三復(fù)習(xí)課思維型科學(xué)探究的教學(xué)策略，并以其在“玻意耳定律的復(fù)習(xí)”中的應(yīng)用為例進(jìn)行探討。

1 高三復(fù)習(xí)課思維型科學(xué)探究教學(xué)策略的建構(gòu)

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》指出：“發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維能力是重要的教學(xué)目標(biāo)之一。”［2］胡衛(wèi)平教授提出的思維型科學(xué)探究教學(xué)理論認(rèn)為：“科學(xué)探究應(yīng)以科學(xué)的思維方式將提出問題、作出假設(shè)、制訂計(jì)劃、收集證據(jù)、處理信息、得出結(jié)論、交流反思等環(huán)節(jié)連接起來，”［3］從而使思維活動(dòng)能貫穿探究過程，達(dá)到全面培養(yǎng)核心素養(yǎng)的目標(biāo)?？梢姡呷龔?fù)習(xí)課必須要改變以“知識(shí)梳理、習(xí)題演練及拓展變式”為主的傳統(tǒng)教學(xué)模式，轉(zhuǎn)向以情境為載體、以思維為核心的教學(xué)模式。運(yùn)用科學(xué)探究的教學(xué)方式，全面落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，切實(shí)提升學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，以有效突破高三復(fù)習(xí)課的教學(xué)困境。筆者依據(jù)這一思路建構(gòu)的高三復(fù)習(xí)課的思維型科學(xué)探究教學(xué)策略框架如下（如圖1所示）。

精選對(duì)復(fù)習(xí)內(nèi)容具有邏輯意義的情境材料，以激發(fā)學(xué)生的疑惑，并在解決疑惑的探究過程中澄清模糊認(rèn)知、形成正確物理觀念，即“激疑解惑”策略；呈現(xiàn)原始物理問題，以引導(dǎo)學(xué)生展開探究，使之在模型的建立、規(guī)律的選用以及解決思路的形成過程中提升解決實(shí)際問題

的能力，即“問題解決”策略；從實(shí)際應(yīng)用的角度出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生打破思維定式，進(jìn)行創(chuàng)新探究活動(dòng)，在活動(dòng)中培養(yǎng)創(chuàng)新能力，即“創(chuàng)新應(yīng)用”策略。

下面以一節(jié)高三復(fù)習(xí)課為例具體說明該策略的應(yīng)用。

2 高三復(fù)習(xí)課思維型科學(xué)探究教學(xué)策略的實(shí)踐應(yīng)用

2.1 變“知識(shí)梳理”為“激疑解惑”

常規(guī)復(fù)習(xí)課通常先機(jī)械地引導(dǎo)學(xué)生回顧知識(shí)點(diǎn)，然后通過習(xí)題來讓學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)用鞏固。這種方式容易使復(fù)習(xí)陷入生搬硬套、凌亂易忘的尷尬境地。認(rèn)知教育心理學(xué)家奧蘇貝爾認(rèn)為“有意義學(xué)習(xí)的外部條件是學(xué)習(xí)材料必須具有邏輯意義，即材料本身與人類學(xué)習(xí)能力范圍的有關(guān)觀念可以建立非人為和實(shí)質(zhì)性的聯(lián)系?！保?］情境學(xué)習(xí)理論也認(rèn)為“知識(shí)源于情境、變化于情境；情境蘊(yùn)含著認(rèn)知，折射著體驗(yàn)?！保?］因此，復(fù)習(xí)課應(yīng)精選對(duì)學(xué)生復(fù)習(xí)具有邏輯意義的情境材料，借此激起學(xué)生的疑惑，引發(fā)認(rèn)知沖突，來驅(qū)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)探究，使學(xué)生在活躍的思維體驗(yàn)中澄清模糊認(rèn)知，形成正確的物理觀念。

【教學(xué)片段一】

課堂引入環(huán)節(jié)：教師展示實(shí)驗(yàn)室新引進(jìn)的“玻意耳定律演示儀”（如圖2所示），介紹演示儀的使用方法（如圖3所示）讓學(xué)生觀察，并請(qǐng)他們談?wù)勛约河惺裁匆馔獍l(fā)現(xiàn)。

使用說明

打開放氣閥，將活塞拉到一定的刻度線，讓氣室內(nèi)有一定體積的空氣，關(guān)閉放氣閥，輕輕地推動(dòng)活塞到某一刻度線，使空氣體積縮小，讀出壓力表讀數(shù)。用同樣的方式取三段對(duì)應(yīng)體積不同的刻度線，分別記錄對(duì)應(yīng)的壓力表讀數(shù)。通過公式p1V1＝p2V2＝p3V3＝C，可驗(yàn)證：一定質(zhì)量的氣體在溫度不變時(shí)，它的壓強(qiáng)與體積成反比。

學(xué)生1：儀器刻度附近有“壓力表”三個(gè)字，難道所測(cè)量的讀數(shù)是壓力嗎？

學(xué)生2：不是，因?yàn)閮x器上顯示的單位是“MPa”，是壓強(qiáng)的單位，測(cè)量的應(yīng)該是內(nèi)部氣體的壓強(qiáng)。

教師將演示儀的閥門打開，使內(nèi)部氣體與外界氣體連通，內(nèi)部氣體壓強(qiáng)與大氣壓相等，此時(shí)儀器讀數(shù)為零，顯然儀器讀數(shù)并非內(nèi)部氣體的壓強(qiáng)。學(xué)生陷入了強(qiáng)烈的疑惑中。沉默片刻后，教師讓學(xué)生分組開展實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究，根據(jù)使用說明書的內(nèi)容進(jìn)行操作并記錄數(shù)據(jù)，得到的數(shù)據(jù)如表1所示。

教師：數(shù)據(jù)滿足玻意耳定律嗎？怎樣證明你的觀點(diǎn)？

學(xué)生1：很顯然，刻度與壓力表讀數(shù)的乘積并不滿足p1V1＝p2V2＝C（V＝SL，S不變）。

學(xué)生2：我們組利用實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)作出圖像（如圖4所示），發(fā)現(xiàn)該圖像與氣體等溫變化的p-1V圖像（如圖5所示）并不相符。

教師：非常好，請(qǐng)大家再觀察一下說明書，想一想這里的壓力表讀數(shù)究竟代表什么？

學(xué)生恍然大悟：壓力表讀數(shù)表示的是儀器內(nèi)部氣體壓強(qiáng)與外界大氣壓的壓強(qiáng)差。

教師：大家能給生產(chǎn)廠家提提改進(jìn)建議嗎？

學(xué)生1：可以將“壓力表”改寫成“壓強(qiáng)差表”，并在說明書中加以說明。

學(xué)生2：可以將“壓力表”改寫成“壓強(qiáng)”，并將所有刻度上的數(shù)值都加上“0.1 MPa”。

設(shè)計(jì)意圖與反思：本環(huán)節(jié)利用實(shí)驗(yàn)室“玻意耳定律演示儀”有缺陷這一真實(shí)情境激發(fā)了三個(gè)疑惑點(diǎn)：①標(biāo)示的物理量“壓力”與壓強(qiáng)單位“MPa”不匹配；

②大氣壓為0.1 MPa，這與“連通大氣后沒有讀數(shù)”的現(xiàn)象相矛盾；③實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不符合玻意耳定律的公式。這些疑惑引發(fā)了學(xué)生強(qiáng)烈的認(rèn)知沖突，讓學(xué)生通過質(zhì)疑分析、推理論證，靈活調(diào)用所學(xué)知識(shí)完成探究過程?！敖饣蟆钡倪^程培養(yǎng)了學(xué)生推理論證、質(zhì)疑反思的思維能力，使學(xué)生加深了對(duì)玻意耳定律及實(shí)驗(yàn)的理解，有利于學(xué)生形成正確的物理觀念。

2.2 變“習(xí)題演練”為“問題解決”

傳統(tǒng)高三復(fù)習(xí)課以“例題講解、類題練習(xí)與題型方法歸納”為主，雖能鞏固知識(shí)、熟化方法，但過度強(qiáng)調(diào)題型、解題套路及二級(jí)結(jié)論的運(yùn)用。這容易使學(xué)生的思維僵化，一旦遇到與習(xí)題套路不同的實(shí)際問題學(xué)生往往會(huì)束手無策。楊振寧曾強(qiáng)調(diào)，對(duì)物理的研究“要站在問題開始的地方，面對(duì)原始的問題，而不是淹沒在文獻(xiàn)的海洋里?！蔽锢韽?fù)習(xí)課同樣不能陷入題海中，而應(yīng)將身邊鮮活的物理現(xiàn)象和過程真實(shí)呈現(xiàn)出來，盡可能讓學(xué)生面對(duì)原始化的物理問題來展開探究，使之親歷模型的建構(gòu)、規(guī)律的選用以及解決思路的形成過程，親身體驗(yàn)知識(shí)與方法的運(yùn)用。這樣才能真正提升學(xué)生分析與解決問題的科學(xué)思維能力。

【教學(xué)片段二】

應(yīng)用規(guī)律解決問題環(huán)節(jié)：教師先展示一個(gè)有點(diǎn)癟的足球，并向?qū)W生提出問題，如何運(yùn)用玻意耳定律來判斷該足球氣密性的好壞？

學(xué)生思考片刻后，教師提示：“足球的氣密性不好會(huì)怎樣？?jī)?nèi)部氣體質(zhì)量如何變化？”引導(dǎo)學(xué)生將實(shí)際問題（氣密性好壞）轉(zhuǎn)化成物理問題（氣體質(zhì)量如何變化）。

學(xué)生1：玻意耳定律的條件是“氣體質(zhì)量不變，溫度不變”，足球漏氣，氣體的質(zhì)量就變了，還怎么運(yùn)用玻意耳定律呢？

學(xué)生2：可以將漏出去的氣體和內(nèi)部剩余的氣體視為整體，這樣就滿足條件了，充氣的過程也類似。

教師：很好，這里有一個(gè)便捷款帶表打氣筒（如圖6所示，可以間接得到被測(cè)氣體的壓強(qiáng)）和球針，請(qǐng)利用這些器材和條件來設(shè)計(jì)探究方案。

小組合作討論后，學(xué)生展示的方案如下。

方案一：查到足球的容積為V1、打氣筒的單次最大出氣量為V2，大氣壓為p0。

方案二：打氣筒通過球針與足球相接，測(cè)得足球的初始?xì)鈮簽閜1。

方案三：用打氣筒以最大出氣量向足球內(nèi)部打氣n次后，測(cè)出足球的實(shí)際氣壓為p2。

方案四：根據(jù)玻意耳定律，將原內(nèi)部氣體與充入的氣體視為整體，可得p1V1＋np0V2＝p2′V1，代入數(shù)據(jù)算出打氣后足球氣壓的理論值p′2。

方案五：若實(shí)際值p2明顯小于p2′，則說明足球氣密性不佳，反之則氣密性良好。

教師指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，最終得出結(jié)論。

設(shè)計(jì)意圖與反思：以往教學(xué)經(jīng)驗(yàn)表明，學(xué)生經(jīng)過大量的習(xí)題訓(xùn)練后，只會(huì)機(jī)械地關(guān)注玻意耳定律的公式書寫以及氣態(tài)參量的確定，而將玻意耳定律的適用條件忘得一干二凈。通過本環(huán)節(jié)的教學(xué)，學(xué)生不僅能重新審視玻意耳定律適用的條件，而且對(duì)整體思想有了更深刻的體會(huì)。應(yīng)用規(guī)律進(jìn)行驗(yàn)證探究，解決實(shí)際問題的過程，不僅極大激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的激情、調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性，還促使學(xué)生在問題的啟發(fā)和引導(dǎo)下，主動(dòng)參與學(xué)習(xí)過程。這比單純的習(xí)題演練效果更佳。

2.3 變“拓展變式”為“創(chuàng)新應(yīng)用”

對(duì)例題的背景、條件或問題進(jìn)行變換，延伸拓展出諸多變式問題，讓學(xué)生在變式訓(xùn)練中發(fā)展靈活應(yīng)變的能力，是高三復(fù)習(xí)課中常見且有一定效果的教學(xué)方式，但其弊端也很明顯，如拓展變換的問題通常局限于教師的經(jīng)驗(yàn)范疇，所訓(xùn)練的也只是低階思維能力。程力、李勇在《基于高考評(píng)價(jià)體系的物理科考試內(nèi)容改革實(shí)施路徑》中提出：“物理科考試內(nèi)容改革要堅(jiān)持關(guān)鍵能力的考查，包括理解能力、推理論證能力、模型建構(gòu)能力、實(shí)驗(yàn)探究能力、創(chuàng)新能力5種關(guān)鍵能力?！保?］其中的創(chuàng)新能力是根據(jù)物理教學(xué)實(shí)際和時(shí)代發(fā)展要求提出的新的能力。如何在高三復(fù)習(xí)中落實(shí)這一能力的培養(yǎng)呢？筆者認(rèn)為，應(yīng)該打破思維定式，從實(shí)際應(yīng)用的角度出發(fā)，盡可能為學(xué)生提供發(fā)散創(chuàng)造的空間，激發(fā)學(xué)生的探究欲，而聚焦到問題解決時(shí)，又需要培養(yǎng)學(xué)生利用聚合思維進(jìn)行判斷和選擇。教師在此過程中應(yīng)提供必要的反饋，并適時(shí)對(duì)過程和成果作出評(píng)價(jià)，為學(xué)生的創(chuàng)新探究活動(dòng)提供助力。

【教學(xué)片段三】

創(chuàng)新應(yīng)用環(huán)節(jié)：引導(dǎo)學(xué)生回顧課堂引入環(huán)節(jié)的無關(guān)的證明

情境，“玻意耳定律演示儀”原本的功能只是驗(yàn)證玻意耳定律，功能很少，可以引導(dǎo)學(xué)生改進(jìn)創(chuàng)新一下，實(shí)現(xiàn)其他更多功能。

教師：儀器上有刻度，就意味著它可以進(jìn)行測(cè)量。同學(xué)們

覺得這個(gè)儀器可以測(cè)量出其他的什么物理量嗎？具體應(yīng)該怎么操作？

學(xué)生：可以測(cè)量氣體的壓強(qiáng)。具體操作（如圖7所示）：①排盡演示儀內(nèi)部的

氣體；②用軟管將演示儀的氣嘴和其他容器口相連，固定演示儀的手柄；③打開演示儀的閥門，根據(jù)演示儀的“壓力表”的讀數(shù)即可計(jì)算出待測(cè)氣體的壓強(qiáng)。

教師：說得很好。演示儀玻璃管中也有刻度，能否利用

它來測(cè)量其他儀器的容積呢？

學(xué)生：不能，只能測(cè)量玻璃管中氣體的長(zhǎng)度（算出體積）。

教師：如果不是直接測(cè)量，而是通過某些物理關(guān)系來計(jì)算呢？能否間接測(cè)量其他容器的容積？

學(xué)生：將演示儀與待測(cè)容器連通，以全部氣體為研究對(duì)象，則利用玻意耳定律p1（V1＋Vx）＝p2（V2＋Vx），可以求出待測(cè)容器的容積。

教師：同學(xué)們給這個(gè)裝置取個(gè)新名字吧。

學(xué)生：容器容積測(cè)量?jī)x。

教師：如果每次都得計(jì)算，這個(gè)“容器容積測(cè)量?jī)x”用起來不太方便吧？

學(xué)生：由p1（V1＋Vx）＝p2（V2＋Vx）可知，如果初態(tài)的壓強(qiáng)都為p0，每次操作時(shí)V1和V2都調(diào)為規(guī)定數(shù)值，則p2和Vx是一一對(duì)應(yīng)的，所以只需要找到一系列已知容積的容器，按照上述的操作，“壓力表”指針指到哪，就在相應(yīng)的刻度線標(biāo)上容積值即可。

教師：其實(shí)這種方法以前也用過，大家想起來了嗎？

學(xué)生：是的，在電表改裝的時(shí)候。

設(shè)計(jì)意圖與反思：應(yīng)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行創(chuàng)新探究活動(dòng)對(duì)學(xué)生的要求很高，也是最能培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新能力的過程，需要學(xué)生擺脫“被動(dòng)地使用儀器”的行為習(xí)慣，主動(dòng)地創(chuàng)造條件來實(shí)現(xiàn)自己的目的。同時(shí)，教師也必須充分準(zhǔn)備，包括教學(xué)預(yù)設(shè)和生成的應(yīng)對(duì)、實(shí)驗(yàn)探究條件的創(chuàng)設(shè)、鼓勵(lì)與引導(dǎo)等。在開放的氛圍下，師生、生生通過良性互動(dòng)、平等交流，往往能迸發(fā)出令人驚喜的思維火花，使學(xué)生的創(chuàng)新能力得以充分發(fā)展。［7］

3 總結(jié)與反思

在新課程、新高考改革的大背景下，高三復(fù)習(xí)課必須轉(zhuǎn)變?yōu)闉閷W(xué)科素養(yǎng)和關(guān)鍵能力的提高而服務(wù)，在課堂教學(xué)策略上有所變化。經(jīng)過教學(xué)實(shí)踐的檢驗(yàn)，思維型科學(xué)探究教學(xué)策略具有一定效果，但也有值得探討的問題，比如情境材料的選擇、問題鏈和教學(xué)臺(tái)階的設(shè)計(jì)等，仍需要進(jìn)一步深入研究。

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