基于核心素養(yǎng)下的問題教學(xué)模式研究

繆麗嫻

中學(xué)物理課程標(biāo)準(zhǔn)已明確提出：要開展新的教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。中學(xué)物理教學(xué)的核心素養(yǎng)，包含物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究以及科學(xué)態(tài)度和責(zé)任四個(gè)方面，旨在通過物理教學(xué)培養(yǎng)能夠適應(yīng)社會(huì)發(fā)展和終身發(fā)展的必備品格和能力。[1]筆者認(rèn)為，物理觀念是指構(gòu)成物理知識(shí)體系的物理概念、原理、定律或定理，是核心素養(yǎng)的第一要素，也是培養(yǎng)科學(xué)思維、提高實(shí)驗(yàn)探究能力、培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度和責(zé)任的基礎(chǔ)，只有完善的物理觀念，才能進(jìn)一步內(nèi)化知識(shí)，才能培養(yǎng)科學(xué)思維、提高探究能力，樹立科學(xué)態(tài)度和責(zé)任。科學(xué)思維是指解決實(shí)際問題時(shí)所運(yùn)用的科學(xué)方法，它包含具有學(xué)科特征的物理研究方法以及理科學(xué)科普遍適用的思維方法;物理研究方法主要是指理想實(shí)驗(yàn)法、控制變量法、比值定義法、等效替代法等，而思維方法主要是指分析、推理、判斷、歸納、總結(jié)等;實(shí)驗(yàn)是物理的核心，科學(xué)探究能力更是學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力、合作探究能力、分析判斷能力、創(chuàng)新質(zhì)疑能力的綜合表現(xiàn);科學(xué)態(tài)度和責(zé)任是理論和實(shí)際相結(jié)合的產(chǎn)物，完善的物理觀念、良好的科學(xué)思維、優(yōu)秀的實(shí)驗(yàn)探究能力，都是為了最終建立科學(xué)的態(tài)度和責(zé)任，為現(xiàn)代社會(huì)創(chuàng)造更多的可能性和價(jià)值。

培養(yǎng)核心素養(yǎng)是物理教學(xué)的最終目標(biāo)，而問題教學(xué)模式是使學(xué)生核心素養(yǎng)得以建立并逐步提升的方式和方法。問題教學(xué)是使學(xué)生置身于真實(shí)的問題情境中，在教師引導(dǎo)下自主篩選信息，解決問題，達(dá)到訓(xùn)練學(xué)生思維、解決實(shí)際問題能力的一種教學(xué)方法.[2]

本文以人教版九年級(jí)物理新課中的一節(jié)電學(xué)計(jì)算專題課——“動(dòng)態(tài)串聯(lián)電路計(jì)算”為例，介紹如何在學(xué)生已有的物理知識(shí)體系的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)驗(yàn)，利用問題教學(xué)方法培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，從而達(dá)到更好的教學(xué)效果，實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)核心素養(yǎng)達(dá)成的目標(biāo)。

一、實(shí)驗(yàn)教學(xué)導(dǎo)入，構(gòu)建物理模型

從生活中熟悉的“酒精濃度檢測(cè)儀”入手，以情景導(dǎo)入的方式進(jìn)入本節(jié)課，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。通過展示實(shí)物圖和電路圖，引發(fā)學(xué)生思考。

問題1：觀察實(shí)物圖和電路圖，思考“酒精濃度檢測(cè)儀”起關(guān)鍵作用的是哪一個(gè)零件？

學(xué)生回答：酒精氣敏電阻。

問題2：酒精氣敏電阻起什么作用？

學(xué)生回答：酒精氣敏電阻就是阻值會(huì)隨著酒精氣體濃度變化而變化的電阻。

問題3：酒精氣敏電阻和我們之前學(xué)習(xí)過的哪一個(gè)元件類似？

學(xué)生回答：滑動(dòng)變阻器。

接著通過回憶滑動(dòng)變阻器的原理和作用，學(xué)生可以類比得出酒精氣敏電阻的原理和作用。為了進(jìn)一步熟悉酒精氣敏電阻，接下來學(xué)生以小組合作的形式，借助現(xiàn)有的元件，組裝一個(gè)酒精濃度檢測(cè)儀工作原理的模擬電路，如圖1所示。

問題4：使用組裝的模擬電路，你觀察到什么現(xiàn)象？

學(xué)生回答：通過噴灑不同濃度的酒精，觀察到電壓表的示數(shù)在發(fā)生變化。酒精濃度越高，電壓表示數(shù)越大。

通過情景導(dǎo)入，利用一系列層層遞進(jìn)式的問題，讓學(xué)生結(jié)合原有的知識(shí)體系，從而構(gòu)建了一個(gè)基于酒精氣敏電阻的動(dòng)態(tài)電路的實(shí)物模型，化抽象為具體。

圖1酒精濃度檢測(cè)儀工作原理模擬電路

二、抽象物理模型，分析電路本質(zhì)

問題5：根據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置圖，畫出酒精檢測(cè)儀工作原理的模擬電路圖學(xué)生畫圖。

問題6：比較滑動(dòng)變阻器的工作電路和酒精檢測(cè)儀工作原理的模擬電路，分析這一類電路的本質(zhì)。

學(xué)生回答：滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻絲長(zhǎng)度變化引起的阻值變化，從而導(dǎo)致整個(gè)電路其他參數(shù)的變化;酒精濃度變化引起的阻值變化，從而導(dǎo)致整個(gè)電路其他參數(shù)的變化。它們的本質(zhì)就是動(dòng)態(tài)串聯(lián)電路。

問題7：回顧歐姆定律及串聯(lián)電路電壓、電流、電阻的特點(diǎn)，分析變阻器阻值變小時(shí)，電路中的電流、電阻、電壓的變化;再分析變阻器阻值變大時(shí)，電路中的電流、電阻、電壓的變化。

通過兩次分析電路的訓(xùn)練，學(xué)生可以總結(jié)歸納，不管變阻器怎么變，電路中有兩個(gè)量始終不變，那就是總電壓和保護(hù)電阻的阻值，從而分析得出解決動(dòng)態(tài)串聯(lián)電路的關(guān)鍵就是“以不變（U總和R保）應(yīng)萬變”。

三、聯(lián)系生活實(shí)際，升華科學(xué)態(tài)度

問題8：滑動(dòng)變阻器通過改變接入電路中的電阻絲長(zhǎng)度來改變阻值的元件，類似酒精氣敏電阻這一類元件是由于材料特殊，會(huì)因?yàn)榫凭珰怏w濃度變化而導(dǎo)致阻值的元件，除此之外，還有如光敏電阻、熱敏電阻、聲敏電阻、壓敏電阻以及磁敏電阻等新型變阻器。那這些新型的變阻器，又是通過什么來改變阻值呢？

學(xué)生回答：不同的材料改變電阻的方式不同，有些對(duì)溫度敏感，有些對(duì)光敏感，還有對(duì)聲音、壓力、磁場(chǎng)強(qiáng)弱敏感等。

問題9：我們都在哪些地方用到了這些變阻器？

學(xué)生回答：紅外測(cè)溫儀、電熱水器、樓道開關(guān)、汽車的油量表等等。

這些變阻器在我們的生活中都有著廣泛的應(yīng)用。放眼科技前沿和生活變遷，就是從生活走向物理，再從物理走向生活最好的體現(xiàn)。從培養(yǎng)核心素養(yǎng)的科學(xué)態(tài)度和責(zé)任出發(fā)，學(xué)習(xí)物理，更重要的是體會(huì)科學(xué)、技術(shù)和社會(huì)之間的聯(lián)系，深刻的感受物理知識(shí)為我們的生活帶來的便利的同時(shí)，也肩負(fù)起為社會(huì)發(fā)展和人類進(jìn)步而學(xué)習(xí)的責(zé)任感和使命感。

四、解決計(jì)算問題，鍛煉科學(xué)思維

利用動(dòng)態(tài)串聯(lián)電路的本質(zhì)，解決生活中的實(shí)際問題。

問題10：結(jié)合動(dòng)態(tài)串聯(lián)電路的本質(zhì)“以不變（U總和R保）應(yīng)萬變”，完成以下計(jì)算題。

例題1、為防止酒駕事故的出現(xiàn)，酒精測(cè)試儀被廣泛應(yīng)用.有一種由酒精氣體傳感器制成的呼氣酒精測(cè)試儀，當(dāng)接觸到的酒精氣體濃度增加時(shí)，其電阻值降低，如圖甲所示.當(dāng)酒精氣體的濃度為0時(shí)，R1的電阻為60Ω.在圖乙所示的工作電路中，電源電壓恒為8V，定值電阻R2=20Ω.求：

（1）當(dāng)被檢測(cè)者的酒精氣體的濃度為0時(shí)，電壓的示數(shù)是多少;

（2）現(xiàn)在國際公認(rèn)的酒駕標(biāo)準(zhǔn)是0.2mg/ml≤酒精氣體濃度≤0.8mg/ml，當(dāng)電流表的示數(shù)為0.2A時(shí)，試通過計(jì)算判斷被檢測(cè)者是否酒駕.

題目解析：這道題是屬于動(dòng)態(tài)串聯(lián)電路計(jì)算的基礎(chǔ)題，學(xué)生通過這道題，可以學(xué)以致用，同時(shí)再一次驗(yàn)證“以不變應(yīng)萬變”的規(guī)律，達(dá)到熟悉此類題目考察方式的目的。

例題2、如圖甲是某電子秤的原理示意圖，R1為定值電阻，托盤下方的電阻R2為壓敏電阻，其電阻大小與托盤內(nèi)所放物體質(zhì)量m大小的關(guān)系圖如圖乙所示。已知電源電壓為6V保持不變，電流表的測(cè)量范圍是0～0.6A。

（1）當(dāng)托盤裝滿1000g物體時(shí)，R2電阻= Ω;

（2）求定值電阻R1的阻值;

（3）若放入某物體后，電流表示數(shù)為I2=0.02A，求該物體的質(zhì)量大小。

題目解析：學(xué)生拿到這類題，通過對(duì)比分析得出新型變阻器的題目是類似的。從而可以沿用例題1的思路，但是仔細(xì)讀題又發(fā)現(xiàn)，例題2沒有給出保護(hù)電阻的阻值大小，此時(shí)教師可以引導(dǎo)學(xué)生思考，“以不變應(yīng)萬變”的規(guī)律還適用嗎？學(xué)生通過推理分析后會(huì)發(fā)現(xiàn)，定值電阻就是托盤裝滿時(shí)，對(duì)電路起保護(hù)作用的一個(gè)電阻，從而進(jìn)行求解。學(xué)生通過這道題，可以進(jìn)一步理解保護(hù)電阻的作用，同時(shí)明確“以不變應(yīng)萬變”的規(guī)律是通用的，但是有時(shí)不變的條件不會(huì)明確給出，需要學(xué)生自行推導(dǎo)。

例題3、“道路千萬條，安全第一條;行車不規(guī)范，親人兩行淚。”酒后不開車是每個(gè)司機(jī)必須遵守的交通法規(guī)。甲圖是酒精測(cè)試儀工作電路原理圖，電源電壓U=6V;R1為氣敏電阻，它的阻值隨氣體中酒精含量的變化而變化，如乙圖所示。氣體中酒精含量大于0且小于80mg/100mL為酒駕，達(dá)到或者超過80mg/100mL為醉駕。使用前通過調(diào)零旋鈕（即滑動(dòng)變阻器R2的滑片）對(duì)測(cè)試儀進(jìn)行調(diào)零，此時(shí)電壓表示數(shù)為U1=5V，調(diào)零后R2的滑片位置保持不變。

（1）當(dāng)電壓表示數(shù)為U1=5V時(shí)，求R2接入電路中的阻值;

（2）某次檢測(cè)中，電流表示數(shù)I1'=0.2A，請(qǐng)通過計(jì)算，判斷此駕駛員屬于酒駕還是醉駕？

題目解析：剛接觸這道題，學(xué)生容易誤解，電路圖中有兩個(gè)變阻器，難道“以不變應(yīng)萬變”的規(guī)律不能用了嗎？這時(shí)教師要引導(dǎo)學(xué)生，仔細(xì)理解滑動(dòng)變阻器的調(diào)零作用。學(xué)生通過分析交流后，不難發(fā)現(xiàn)，滑動(dòng)變阻器調(diào)零后阻值不仔變化，也是起到保護(hù)電路的作用，相當(dāng)于定值電阻。通過這道題，學(xué)生逐漸建立起了信心，也掌握了做題方法，達(dá)到了更好的學(xué)習(xí)效果。

筆者在實(shí)際教學(xué)中，以實(shí)驗(yàn)教學(xué)和問題教學(xué)相結(jié)合的方式取得了非常好的教學(xué)效果。不僅解決了教學(xué)重難點(diǎn)，更重要的是，在情景和問題驅(qū)使下，能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。通過物理模型的構(gòu)建、分析、對(duì)比，讓學(xué)生構(gòu)建了完善的物理觀念，同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)思維;通過小組合作組建模型，鍛煉了學(xué)生動(dòng)手、觀察、記錄、分析等實(shí)驗(yàn)探究能力，培養(yǎng)學(xué)生勇于探索、敢于求知的科學(xué)態(tài)度和責(zé)任，最終達(dá)到提高學(xué)生核心素養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)。