構(gòu)建問(wèn)題拓展探究教學(xué)模式培養(yǎng)模型構(gòu)建和科學(xué)推理核心素養(yǎng)*

黃國(guó)龍

(寧波市鎮(zhèn)海中學(xué) 浙江 寧波 315200)

1 問(wèn)題的提出

培養(yǎng)物理核心素養(yǎng)是高中物理教學(xué)的一個(gè)重要目標(biāo)，探索如何培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的途徑和策略是物理教師一項(xiàng)重要的教學(xué)任務(wù)．縱觀當(dāng)今高中物理教學(xué)核心素養(yǎng)培養(yǎng)的研究與實(shí)踐，廣大一線教師都紛紛投入如何培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的教學(xué)實(shí)踐中，并取得一些階段性成果，突顯如下特點(diǎn)和問(wèn)題．

1.1 物理核心素養(yǎng)培養(yǎng)途徑局限性

注重在新課教學(xué)中培養(yǎng)物理核心素養(yǎng)，缺乏在物理應(yīng)用和習(xí)題教學(xué)中培養(yǎng)物理核心素養(yǎng).

一線教師比較注重在物理新知識(shí)(物理規(guī)律、物理概念、物理模型)為特征的新授課中探索如何培養(yǎng)物理觀念、科學(xué)探究等物理核心素養(yǎng)途徑和策略，而較少在物理應(yīng)用教學(xué)、物理習(xí)題教學(xué)中進(jìn)行物理核心素養(yǎng)培養(yǎng)的探索，導(dǎo)致物理核心素養(yǎng)培養(yǎng)途徑的局限性．

1.2 物理核心素養(yǎng)培養(yǎng)內(nèi)容片面化

注重物理觀念核心素養(yǎng)培養(yǎng)的研究與實(shí)踐，缺乏科學(xué)思維(特別是模型構(gòu)建和科學(xué)推理)核心素養(yǎng)培養(yǎng)的途徑和策略探索.

現(xiàn)行高中物理觀念核心素養(yǎng)培養(yǎng)探索領(lǐng)域廣，內(nèi)容豐富，時(shí)間、課程、人力資源等投入較多，而要求較高、實(shí)施難度較大的模型構(gòu)建、科學(xué)推理核心素養(yǎng)培養(yǎng)的探索相對(duì)薄弱，具體培養(yǎng)的途徑和策略以及階段性成果較少，從而導(dǎo)致物理核心素養(yǎng)培養(yǎng)內(nèi)容片面化．

1.3 物理核心素養(yǎng)培養(yǎng)教學(xué)方式缺乏

注重物理新課核心素養(yǎng)目標(biāo)分析和實(shí)施策略探索，缺乏基于核心素養(yǎng)培養(yǎng)教學(xué)方式的探索.

現(xiàn)階段高中物理核心素養(yǎng)培養(yǎng)策略往往聚焦在分析新課物理核心素養(yǎng)的目標(biāo)內(nèi)容上，并探索基于核心素養(yǎng)培養(yǎng)的新課教學(xué)設(shè)計(jì)及實(shí)施策略，缺乏根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和先進(jìn)教學(xué)理論構(gòu)建實(shí)施由情景化、整體化、活動(dòng)化、自主化、意義化等多種有效教學(xué)策略和教學(xué)流程組成的教學(xué)模式，缺乏運(yùn)用多元開(kāi)放的物理教學(xué)模式來(lái)深度培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)．

物理應(yīng)用教學(xué)和習(xí)題教學(xué)是物理教學(xué)的一個(gè)重要組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)(特別是模型構(gòu)建和科學(xué)推理)的一個(gè)重要領(lǐng)域．在物理應(yīng)用教學(xué)和習(xí)題教學(xué)中，構(gòu)建實(shí)施基于物理核心素養(yǎng)培養(yǎng)的教學(xué)模式是深度培養(yǎng)學(xué)生模型構(gòu)建和科學(xué)思維的一個(gè)有效舉措．本文就如何構(gòu)建實(shí)施“問(wèn)題拓展探究”教學(xué)模式來(lái)培養(yǎng)模型構(gòu)建和科學(xué)推理核心素養(yǎng)作一探索．

2 “問(wèn)題拓展探究”教學(xué)模式的構(gòu)建和實(shí)施策略

2.1 “問(wèn)題拓展探究”教學(xué)模式的構(gòu)建

從教學(xué)論角度審視，為了實(shí)現(xiàn)一定的教學(xué)目標(biāo)，必須通過(guò)相應(yīng)的教學(xué)方式來(lái)運(yùn)用教學(xué)內(nèi)容(教材和課程資源)，調(diào)節(jié)教學(xué)活動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)定的教學(xué)目標(biāo)．為了培養(yǎng)新的物理模型構(gòu)建和科學(xué)推理核心素養(yǎng)教學(xué)目標(biāo)，必須探索實(shí)施基于上述科學(xué)思維核心素養(yǎng)培養(yǎng)的教學(xué)模式，我們構(gòu)建了基于物理模型構(gòu)建和科學(xué)推理核心素養(yǎng)培養(yǎng)的“問(wèn)題拓展探究”教學(xué)模式．這種教學(xué)模式的教學(xué)流程如圖1所示，以認(rèn)知心理學(xué)同化理論、解決問(wèn)題信息加工理論和教學(xué)論為指導(dǎo)，根據(jù)物理教學(xué)的模型構(gòu)建和科學(xué)推理核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)要求，在學(xué)生原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)(物理模型、物理理論、物理方法)基礎(chǔ)上，創(chuàng)設(shè)新的合適的問(wèn)題情境，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用物理模型的構(gòu)建策略構(gòu)建問(wèn)題所屬物理模型，選擇相對(duì)應(yīng)的物理、數(shù)學(xué)知識(shí)和方法進(jìn)行推理，探究解答問(wèn)題，對(duì)錯(cuò)誤解答進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，在分析評(píng)價(jià)過(guò)程中學(xué)生對(duì)原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)進(jìn)行重組和整合．教師再對(duì)原有問(wèn)題進(jìn)行有意義的拓展，通過(guò)多次模型構(gòu)建、科學(xué)推理探究解答、分析評(píng)價(jià)來(lái)內(nèi)化形成新的模型構(gòu)建和科學(xué)推理核心素養(yǎng)．

圖1 問(wèn)題拓展探究教學(xué)模式流程圖

2.2 “問(wèn)題拓展探究”教學(xué)模式培養(yǎng)核心素養(yǎng)實(shí)施策略

運(yùn)用“問(wèn)題拓展探究”教學(xué)模式培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的關(guān)鍵是教學(xué)模式中各教學(xué)環(huán)節(jié)實(shí)施的策略．筆者認(rèn)為，應(yīng)根據(jù)核心素養(yǎng)教學(xué)目標(biāo)結(jié)合物理教學(xué)實(shí)際以及問(wèn)題解決科學(xué)思維來(lái)探索有效的實(shí)施策略．

(1)問(wèn)題創(chuàng)設(shè)策略

創(chuàng)設(shè)的問(wèn)題應(yīng)包含高中物理重要物理模型，滲透構(gòu)建物理模型的重要策略，滲透重要的物理、數(shù)學(xué)知識(shí)和方法，突出模型構(gòu)建、科學(xué)推理核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)．

(2)模型構(gòu)建策略

微元方法．通過(guò)微元分割把復(fù)雜的變量模型分成很多恒量模型組成，把連續(xù)體分割為很多質(zhì)點(diǎn)模型組成，把非線性問(wèn)題轉(zhuǎn)化為很多線性模型組成．

等效方法．通過(guò)等效方法把陌生、復(fù)雜問(wèn)題轉(zhuǎn)化為熟悉、簡(jiǎn)單模型組成．

類比方法．根據(jù)研究問(wèn)題與熟悉模型在某些方面的相似性，運(yùn)用類比方法構(gòu)建熟悉的物理模型．

對(duì)稱方法．通過(guò)參考系變換，構(gòu)建簡(jiǎn)單熟悉的運(yùn)動(dòng)模型，把復(fù)雜運(yùn)動(dòng)模型轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)模型組合．

整體方法．通過(guò)構(gòu)建整體模型，揭示整體模型和熟悉、簡(jiǎn)單部分模型關(guān)系，解答復(fù)雜部分模型問(wèn)題．

近似方法．通過(guò)忽略一些次要因素，運(yùn)用數(shù)學(xué)和物理近似，構(gòu)建簡(jiǎn)單物理模型．

(3)選擇知識(shí)和方法解答問(wèn)題策略

選擇知識(shí)和方法解答問(wèn)題時(shí)，注重多角度思維，選擇不同的物理知識(shí)(例如，選擇牛頓運(yùn)動(dòng)定律、動(dòng)量和能量等知識(shí))、數(shù)學(xué)知識(shí)(幾何知識(shí)、三角知識(shí)、代數(shù)知識(shí)等)，運(yùn)用不同的物理方法和數(shù)學(xué)方法(例如隔離法和整體法、對(duì)稱方法和逆向思維方法、物理推理和數(shù)學(xué)推理等)，充分展示科學(xué)推理過(guò)程，培養(yǎng)科學(xué)推理核心素養(yǎng)．

(4) 拓展探究策略

為了提高運(yùn)用“問(wèn)題拓展探究”教學(xué)模式培養(yǎng)科學(xué)思維核心素養(yǎng)的有效性，必須注重拓展探究，要通過(guò)系列化問(wèn)題拓展探究來(lái)不斷強(qiáng)化學(xué)生的模型構(gòu)建和科學(xué)推理能力．拓展的內(nèi)容有問(wèn)題拓展、探究結(jié)果拓展、解題方法拓展．拓展的策略有相似性拓展、相異性拓展、一般化拓展、特殊化拓展等．通過(guò)拓展探究來(lái)展示不同物理模型以及構(gòu)建策略，進(jìn)行多種推理過(guò)程(演繹推理、類比推理、歸納推理)展示多種推理方法．

(5)分析評(píng)價(jià)策略

如果學(xué)生推理解答問(wèn)題錯(cuò)誤或失敗，則教師引導(dǎo)學(xué)生分析評(píng)價(jià)錯(cuò)誤和失敗的原因．若構(gòu)建模型錯(cuò)誤，則需要重新運(yùn)用模型構(gòu)建策略構(gòu)建新的正確模型；若所運(yùn)用的物理、數(shù)學(xué)知識(shí)和方法有問(wèn)題，則需要多角度思維，選擇正確的物理和數(shù)學(xué)知識(shí)和方法；若推理錯(cuò)誤或不嚴(yán)密，則需要提高推理的嚴(yán)謹(jǐn)性和嚴(yán)密性．分析評(píng)價(jià)過(guò)程中，在訓(xùn)練學(xué)生思維的批判性的同時(shí)，深度培養(yǎng)學(xué)生模型構(gòu)建和科學(xué)推理核心素養(yǎng)．

3 實(shí)施“問(wèn)題拓展探究”教學(xué)模式培養(yǎng)核心素養(yǎng)案例分析

運(yùn)用“問(wèn)題拓展探究”教學(xué)模式培養(yǎng)核心素養(yǎng)的途徑比較廣．途徑一是在物理知識(shí)應(yīng)用新授課(例如“超重和失重”“生活中圓周運(yùn)動(dòng)”等)中實(shí)施；途徑二是在運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和方法解答具體物理問(wèn)題的習(xí)題課(例如物理單元復(fù)習(xí)和高考復(fù)習(xí))中實(shí)施；途徑三是物理實(shí)驗(yàn)(例如實(shí)驗(yàn)探究和實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)教學(xué))課中實(shí)施．這充分體現(xiàn)了這種教學(xué)模式的廣泛應(yīng)用價(jià)值．

下面以“電磁感應(yīng)動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)復(fù)習(xí)教學(xué)”為案例，就物理高考復(fù)習(xí)教學(xué)如何實(shí)施“問(wèn)題拓展探究”教學(xué)模式有效培養(yǎng)模型構(gòu)建和科學(xué)推理核心素養(yǎng)作一列表分析，如表1所示．

表1 “電磁感應(yīng)動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)復(fù)習(xí)教學(xué)”教學(xué)流程列表分析

續(xù)表1

續(xù)表1

上面列表展示了運(yùn)用“問(wèn)題拓展探究”教學(xué)模式實(shí)施電磁感應(yīng)動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)復(fù)習(xí)教學(xué)過(guò)程．首先，對(duì)原始問(wèn)題從橫向進(jìn)行一般化拓展(導(dǎo)體棒平動(dòng)切割→導(dǎo)體棒轉(zhuǎn)動(dòng)切割→導(dǎo)線圈整體轉(zhuǎn)動(dòng)切割)，分別運(yùn)用微元累加、整體方法構(gòu)建一般化模型進(jìn)行推理，探得兩種轉(zhuǎn)動(dòng)模型規(guī)律；其次，對(duì)拓展后3個(gè)起始問(wèn)題分別從縱向進(jìn)行3次拓展(相似性、相異性和一般性拓展等)，分別運(yùn)用多種模型構(gòu)建策略構(gòu)建物理模型，運(yùn)用法拉第電磁感應(yīng)定律、牛頓第二定律、磁場(chǎng)力規(guī)律、電路規(guī)律及數(shù)學(xué)中微元和導(dǎo)數(shù)等知識(shí)進(jìn)行演繹推理、類比推理解答拓展問(wèn)題；最后，通過(guò)探究解答多次拓展后的系列化問(wèn)題，把握對(duì)稱、等效、微元、整體、類比等模型構(gòu)建策略，有效地培養(yǎng)學(xué)生模型構(gòu)建和科學(xué)推理的物理核心素養(yǎng)．