基于真實(shí)情境的問題鏈設(shè)計(jì)在高中物理課堂的應(yīng)用

【摘要】高中物理課堂真實(shí)的問題情境要求將學(xué)生置于現(xiàn)實(shí)的生活之中，打破生活與課堂之間的界限，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)更加順暢.在當(dāng)下的教學(xué)中，教師多通過問題架構(gòu)課堂，然而，孤立設(shè)置問題的慣用做法忽略了問題的群組功能，即問題鏈.本文以“機(jī)械波的產(chǎn)生與傳播”為例，討論如何設(shè)計(jì)問題鏈及其在高中物理課堂的有效應(yīng)用，并提出一些教學(xué)建議.

【關(guān)鍵詞】高中物理；問題鏈；課堂教學(xué)

問題鏈即圍繞一定的目標(biāo)，按照一定方式組織起來的一系列問題.它更強(qiáng)調(diào)思維縱深推進(jìn)的指向性及問題設(shè)計(jì)的整體意義.問題怎么才能“鏈”在一起呢？有三個方面需要思考：一是要圍繞課堂教學(xué)目標(biāo)，沒有目標(biāo)指向的問題設(shè)置無法發(fā)揮應(yīng)有的教育功能；二是要有主干問題，這是基于目標(biāo)的學(xué)習(xí)布局；三是用介質(zhì)承上啟下，加速思考進(jìn)程.問題鏈?zhǔn)菍υ鲈O(shè)的問題或者對前后問題間邏輯關(guān)聯(lián)的考量.顯然，緊扣目標(biāo)，采用一定的技術(shù)鏈接問題就成了教學(xué)關(guān)鍵.

1 設(shè)計(jì)高中物理課堂問題鏈的原則

1.1 關(guān)聯(lián)性原則

設(shè)計(jì)問題鏈時，應(yīng)確保問題之間不僅在內(nèi)容上有所關(guān)聯(lián)，而且能夠圍繞核心概念或關(guān)鍵能力進(jìn)行拓展和深化.這可以幫助學(xué)生從不同角度和層面理解同一物理現(xiàn)象或原理，促進(jìn)綜合性思維的發(fā)展.

1.2 探究性原則

問題鏈的設(shè)計(jì)應(yīng)鼓勵學(xué)生主動探究，在問題解決的過程中發(fā)現(xiàn)新問題，進(jìn)而深化對物理知識的理解.設(shè)計(jì)的問題應(yīng)當(dāng)能夠激發(fā)學(xué)生的好奇心，鼓勵他們通過觀察、實(shí)驗(yàn)、計(jì)算和推理等多種方式探尋答案.

1.3 實(shí)踐性原則

問題鏈的設(shè)計(jì)應(yīng)強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐的結(jié)合，通過引入實(shí)際情境的問題，讓學(xué)生將物理原理應(yīng)用于解決實(shí)際問題中.這種應(yīng)用導(dǎo)向的問題設(shè)計(jì)有助于學(xué)生理解物理知識的實(shí)際意義和應(yīng)用價值.

2 設(shè)計(jì)高中物理課堂問題鏈的注意事項(xiàng)

2.1 設(shè)置問題前應(yīng)明確該節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)

教學(xué)目標(biāo)可以幫助教師確定問題鏈的主題、難度和所涉及的物理概念，以確保問題鏈能夠有效地達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果［1］.例如，假設(shè)教師的教學(xué)目標(biāo)是教授學(xué)生理解牛頓第二定律，并能夠應(yīng)用該定律解決實(shí)際問題.教師可以設(shè)計(jì)一系列問題，涉及物體的質(zhì)量、加速度和作用力的關(guān)系，以及如何利用牛頓第二定律解決實(shí)際生活中的問題.

2.2 問題的來源應(yīng)取材于真實(shí)情境

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版2020年修訂）》提出：“以主題為引領(lǐng)，使課程內(nèi)容情境化，促進(jìn)學(xué)科核心素養(yǎng)的落實(shí)”［2］.將問題置于學(xué)生熟悉的真實(shí)情境中，能夠激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣.學(xué)生更容易與實(shí)際生活中的情境產(chǎn)生共鳴，從而更愿意投入到問題的解決中去，還有助于學(xué)生理解知識的實(shí)際應(yīng)用價值［3］.

2.3 問題鏈的建構(gòu)應(yīng)符合學(xué)科特點(diǎn)，整體上層層遞進(jìn)、局部中由淺入深

根據(jù)維果斯基的“最近發(fā)展區(qū)”理論，針對學(xué)生現(xiàn)有的知識水平，問題鏈應(yīng)從簡單到復(fù)雜，逐步提高難度.最初的高中物理課堂問題應(yīng)該足夠簡單，讓所有學(xué)生都有能力解答，以此激發(fā)他們的興趣和自信，并在教學(xué)目標(biāo)的統(tǒng)領(lǐng)下，引領(lǐng)學(xué)生深度思考，從而促進(jìn)他們對物理概念和原理的深刻理解［4］.

3 高中物理問題鏈教學(xué)案例

以下教學(xué)案例，節(jié)選于粵教版高中物理選擇性必修1“機(jī)械波的產(chǎn)生與傳播”一節(jié).

教學(xué)目標(biāo)

（1）通過觀察，經(jīng)歷繩波產(chǎn)生的過程，認(rèn)識波的特征，理解機(jī)械波產(chǎn)生的條件.

（2）通過觀察，分析繩波上質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動情況，理解機(jī)械波傳播過程中質(zhì)點(diǎn)間相互作用和能量傳播的過程.

（3）分辨繩波和彈簧波，認(rèn)識并能區(qū)分橫波和縱波，能分辨生活中的相關(guān)現(xiàn)象.

學(xué)情分析

在學(xué)習(xí)本節(jié)課前，學(xué)生已經(jīng)掌握了簡諧振動的概念、圖像和函數(shù)描述等，為學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)械振動的傳播——機(jī)械波做了鋪墊.本章的學(xué)習(xí)，在知識承接上，難度和深度都不會太大；在思維發(fā)展上，能夠遵循認(rèn)知規(guī)律和認(rèn)知要求.

具體到學(xué)習(xí)內(nèi)容，學(xué)生對機(jī)械波的概念、特點(diǎn)和分類的掌握應(yīng)該不難.學(xué)生容易產(chǎn)生錯誤理解的是：以為介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)會隨著波傳播；會把原來所學(xué)的振動圖像與波傳播的示意圖混淆.因此，本節(jié)課的難點(diǎn)是讓學(xué)生對這兩點(diǎn)有正確的理解.

新課教學(xué)

環(huán)節(jié)1 探究機(jī)械波的產(chǎn)生

生活體驗(yàn)情境演示 抖動健身房的戰(zhàn)繩的一端，產(chǎn)生一列凹凸相間的波浪在戰(zhàn)繩上傳播.然后教師故意停下來一段時間.

問題1 同學(xué)們看到了什么？剛才我停下那段時間，為什么繩子沒有產(chǎn)生波形了？

問題2 如果沒有繩子，僅僅我的手在抖動，能形成這樣的形狀嗎？

問題3 機(jī)械波的產(chǎn)生需要什么條件？

學(xué)生回答 看到了繩子上下抖動，形成凹凸相間的波形，手在空中抖動，看不到任何波形.機(jī)械波的產(chǎn)生需要波源和介質(zhì).

設(shè)計(jì)意圖 探究機(jī)械波的產(chǎn)生這一環(huán)節(jié)，由演示實(shí)驗(yàn)出發(fā)，通過創(chuàng)設(shè)具體的情境讓學(xué)生親身感受到了在沒有介質(zhì)和波源的情況下不會有機(jī)械波的產(chǎn)生.教師通過問題的設(shè)計(jì)，讓問題鏈的層次性更清楚，輔助學(xué)生思維，遵循關(guān)聯(lián)性原則［5］.基于學(xué)生回答上述問題鏈，得到形成機(jī)械波的條件：波源和介質(zhì).

環(huán)節(jié)2 探究機(jī)械波的傳播

生活體驗(yàn)情境演示 同樣以戰(zhàn)繩為例，在繩子上某幾處做一紅色標(biāo)記，繼續(xù)甩動戰(zhàn)繩，觀察這一紅色標(biāo)記的運(yùn)動.

問題4 為什么繩上各點(diǎn)都能動起來？請同學(xué)們結(jié)合觀察到的紅色標(biāo)記進(jìn)行不同時刻的畫圖分析，并縱向比較和橫向觀察波的傳播情況是如何的？

問題5 如果我在戰(zhàn)繩上標(biāo)出更多紅色標(biāo)記的點(diǎn)，這提示我們可以建立一個什么樣的模型來進(jìn)行研究？縱向觀察，繩上的點(diǎn)有隨波一起遷移了嗎？波傳播的是什么？

問題6 橫向觀察，繩上各點(diǎn)振動的步調(diào)一致嗎？是什么原因?qū)е碌模?/p>

問題7 繩上各點(diǎn)的起振方向與振源方向有什么關(guān)系？

學(xué)生回答 設(shè)想把繩分成很多小段，每一個小段都可以做一個質(zhì)點(diǎn)，這種方法叫微元法.以某個紅色標(biāo)記的質(zhì)點(diǎn)為例，這個標(biāo)記都在自己的平衡位置上下振動，而不是左右傳播，波源并不橫向移動.各個質(zhì)點(diǎn)振動的步調(diào)不一致，不是同時起振的，各點(diǎn)的起振方向與振源方向相同，由于各個相鄰質(zhì)點(diǎn)間有力的作用，前面的質(zhì)點(diǎn)帶動后面的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動.

設(shè)計(jì)意圖 此問題鏈的設(shè)計(jì)旨在從相互作用的角度出發(fā)研究機(jī)械波，從觀察繩波到分析教材圖3-1-3的抽象示意圖（圖1），是理解機(jī)械波傳播的重要思維過程.通過這個探究過程培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維——建模，并通過畫圖過程引導(dǎo)問題更詳細(xì)有序，引導(dǎo)學(xué)生突破思維的障礙點(diǎn)，遵循探究性原則.學(xué)生還可以通過此畫圖方式，確認(rèn)大量質(zhì)點(diǎn)依次運(yùn)動并逐步形成波，進(jìn)一步理解波的形成過程.

問題8 振源振動停止后，波的傳播會立刻停止嗎？波在傳遞振動形式的同時還在傳遞什么？能解釋在寺院敲鐘停止后，大鐘“余音未了”的現(xiàn)象嗎？

學(xué)生回答 振源振動停止后波的傳播并不立即停止，仍向前傳播一段時間，波在傳遞振動形式的同時，也傳遞能量和信息.

設(shè)計(jì)意圖 在物理觀念的應(yīng)用當(dāng)中，有這樣一句話：是從物理學(xué)視角解釋自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問題的基礎(chǔ).此問題鏈的設(shè)計(jì)旨在從能量作用的角度出發(fā)研究機(jī)械波，通過研究機(jī)械波的能量傳遞，我們能更好地理解波的性質(zhì)，并應(yīng)用于各種實(shí)際情況中，推動科學(xué)技術(shù)的發(fā)展.

環(huán)節(jié)3 探究機(jī)械波的分類

問題9 我們根據(jù)剛才得到的一系列結(jié)論，發(fā)現(xiàn)機(jī)械波的傳播有什么特點(diǎn)？我們現(xiàn)場來體驗(yàn)一下.

生活情境演示 教師隨機(jī)點(diǎn)一列座位的學(xué)生出來，站成一排，閉上眼睛，手挽著手，每一位同學(xué)在相鄰的同學(xué)的帶動下開始運(yùn)動，形成“人浪”.第一次最前端的學(xué)生規(guī)律的下蹲起立若干次.第二次的“人浪”以最前端的學(xué)生左右晃動若干次［5］.

問題10 第二次“人浪”和第一次的“人浪”有什么不同？同學(xué)們模擬的這兩種“機(jī)械波”有什么區(qū)別？

學(xué)生回答 第一次我們是上下動，第二次我們是左右動，這兩種機(jī)械波分別是“橫波”和“縱波”.

生活情境演示 學(xué)生水平抖動彩虹圈，觀察和體驗(yàn)縱波的特點(diǎn).

問題11 結(jié)合剛才繩波的現(xiàn)象，橫波和縱波在傳播中有什么特點(diǎn)？你能舉一些生活中常見的橫波和縱波的例子嗎？

學(xué)生回答 橫波的特征是質(zhì)點(diǎn)振動方向與波的傳播方向垂直，有波峰和波谷.縱波的特征是質(zhì)點(diǎn)振動方向與波的傳播方向在一條直線上，有疏部和密部.地震波有縱波和橫波，我們初中學(xué)到的聲波大部分是縱波.

設(shè)計(jì)意圖 此問題鏈設(shè)計(jì)，讓學(xué)生體驗(yàn)實(shí)際情境，在對機(jī)械波的形成與傳播有了深入的理解后再歸納概念.為學(xué)生擴(kuò)充橫波和縱波的知識，教師可以讓學(xué)生尋找相關(guān)資料，例如讓學(xué)生知道電磁波是橫波，地震波有橫波和縱波等，讓學(xué)生感受到物理與生活息息相關(guān).這也體現(xiàn)出問題鏈的設(shè)計(jì)應(yīng)符合探究性原則和實(shí)踐性原則.

4 結(jié)語

在教學(xué)中進(jìn)行問題設(shè)置是高中物理教師常用的一種教學(xué)手段.通過問題鏈設(shè)計(jì)，可以將相關(guān)的物理概念串聯(lián)起來，讓學(xué)生在解決問題的過程中逐步理解物理概念和規(guī)律.每個問題都可以建立在前一個問題的基礎(chǔ)上，幫助學(xué)生逐步深入理解物理知識，建立知識之間的聯(lián)系，這有助于學(xué)生更全面地理解物理學(xué)科，并且有助于他們在學(xué)習(xí)過程中建立起一個完整的知識框架，進(jìn)而提高教師的教學(xué)效率和學(xué)生的學(xué)習(xí)效率.

【廣州市教育科學(xué)規(guī)劃2024年度課題《基于高中物理科學(xué)思維培養(yǎng)的問題鏈設(shè)計(jì)研究》課題類別：萌芽課題;課題編號：202317588.】

參考文獻(xiàn)：

［1］方林，陶士金，許新勝.淺議高中物理單元教學(xué)問題鏈的設(shè)計(jì)與實(shí)施——基于“靜電場”單元教學(xué)案例［J］.物理教學(xué)探討，2020，38（03）：77-80.

［2］中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）［M］.北京：人民教育出版社，2018.

［3］廖伯琴.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）解讀［M］.北京：高等教育出版社，2018.

［4］廣東教育出版社基礎(chǔ)教育課程發(fā)展研究院.物理選擇性必修第一冊教師教學(xué)用書［M］.廣州：廣東教育出版社，2023.

［5］蔡輝.基于素養(yǎng)目標(biāo)的物理情境化教學(xué)研究——以“機(jī)械波的產(chǎn)生和傳播”教學(xué)為例［J］.湖南中學(xué)物理，2023，38（02）：41-45.