問題情境在高中物理大概念教學中的創(chuàng)設途徑

摘要：目前的問題情境多以片面的、孤立的形式出現(xiàn)，主要針對某個知識點或者某個具體策略進行創(chuàng)設，使得學生的知識碎片化.鑒于此，文章將探討如何在大概念視域下，創(chuàng)設高中物理課堂的問題情境，以期提供一種新的教學策略，幫助學生更好地學習和理解物理知識.

關鍵詞：高中物理；大概念；問題情境

中圖分類號：G632文獻標識碼：A文章編號：1008-0333（2024）27-0074-03

物理作為一門探索自然現(xiàn)象和揭示物質(zhì)運動規(guī)律的科學學科，對于培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)和探究精神具有重要的作用.如何引導學生真正理解并掌握物理知識，一直是教育領域所面臨的挑戰(zhàn).通過創(chuàng)設問題情境，引導學生不斷思考，讓學生完全置身于課堂學習中，可有效解決該問題.然而，如何解決目前問題情境所面臨的缺乏結(jié)構(gòu)性、遷移性、真實性等窘境，仍需相關策略來“破局”[1].近年來，隨著教育理念的不斷發(fā)展，大概念視域逐漸被引入到教學中.大概念視域強調(diào)通過整體的、宏觀的視角去理解和掌握知識，以幫助學生形成系統(tǒng)、完整的知識體系，提升其深層次的思考能力.因此，在大概念的統(tǒng)攝下進行物理問題情境的創(chuàng)設，是一個極為重要的教學策略.

1大概念的定義與特點

大概念是指能夠橫跨不同物理學分支、整合各個知識點的核心概念.它們是理解和解釋物理世界的基石，如物質(zhì)、運動與相互作用、功與能量.這些概念不僅貫穿物理學的多個領域，也與化學、生物學等其他科學學科有著密切的聯(lián)系.大概念具有高階性、中心性、深刻性、靈活性、意義性的特性[2]，高階性，意味著“大概念”隸屬知識體系構(gòu)建的高層次，比單一事實或具體知識點更為抽象和精煉，在大概念的統(tǒng)領下，還設置有事實、知識、技能、學科一般概念等層次.中心性強調(diào)大概念在學科知識體系中的核心位置.這些概念像是物理學的“支柱”，支撐著理解該學科的框架.大概念的深刻性體現(xiàn)在它們能夠揭示自然界的基本原理和規(guī)律，這種深刻的理解促使學生不僅僅是記憶公式和概念，而是能夠理解其背后的原理.大概念的靈活性指的是它們可以在不同的情境和領域中被應用和拓展，具有豐富的內(nèi)涵.大概念的意義性體現(xiàn)在其兼具認識論、方法論和價值論三重意義[3]，不僅為學習者提供認知框架，還能夠促進人們對事物的理解、知識的建構(gòu)與遷移，該特征為大概念的本質(zhì)特征.2大概念統(tǒng)攝下問題情境創(chuàng)設策略

2.1創(chuàng)設真實性問題情境，加強學生對基礎概念的理解

大概念與基本概念之間存在著層次性和包容性的關系.基本概念是構(gòu)成大概念的基石，它們是更為具體、細致的認知單元，通過這些基本概念的相互關聯(lián)和組合，形成了范圍更廣、含義更為宏大的大概念.就像是將眾多的小石塊拼湊成一座大廈，每一個小石塊都是不可或缺的.在認知的過程中，我們通過掌握一系列的基本概念，逐步構(gòu)建起對大概念的理解和認識，二者相輔相成，共同構(gòu)成了知識體系的架構(gòu).在高中物理教學中，創(chuàng)設真實性問題情境是教師促進學生理解和應用基本概念的重要策略.

例如在學習“物體慣性”知識時，教師可以將乘車作為載體，進行問題情境的創(chuàng)設：“大家都乘坐過公交車吧？你們有沒有注意到，當公交車突然加速或者緊急剎車時，我們的身體會不由自主地向前或向后傾斜？有些情況下，如果不抓緊扶手，我們甚至可能會跌倒.這是為什么呢？”在這種生活性問題情境的引導下，學生自然會根據(jù)自己的經(jīng)驗進行思考，這時教師可以進一步引導學生聯(lián)系“物體慣性”的概念，解釋這一現(xiàn)象.物體慣性是指物體保持其靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)的特性，直到外力迫使其改變這種狀態(tài).在公交車突然加速或緊急剎車的情況下，由于人體具有慣性，當公交車的速度發(fā)生改變時，人的身體還會保持原來的運動狀態(tài).如果公交車突然加速，人體由于慣性，會繼續(xù)保持原來的靜止狀態(tài)，相對于車廂就會產(chǎn)生向后傾斜的現(xiàn)象.同理，當公交車緊急剎車時，人體想要保持原來的運動狀態(tài)，因此會相對車廂產(chǎn)生向前傾斜的現(xiàn)象.這就是為什么在這些情況下，如果我們不抓緊扶手，就可能會跌倒.通過這樣的情境導入，教師不僅使學生能夠直觀感受到物理學原理在日常生活中的應用，還能夠激發(fā)學生的學習興趣，使他們更加積極主動地參與到物理學習中來.進一步地，教師可以引導學生探究更多類似的現(xiàn)象，比如為什么在飛機起飛或著陸時，我們的身體會有類似的感覺？為什么在快速轉(zhuǎn)彎時，我們會感到身體被“推”向一邊？通過這些問題情境，學生可以更深入地理解慣性的概念，并能將其應用到解決實際問題中，從而培養(yǎng)他們的科學素養(yǎng)和實踐能力.

2.2創(chuàng)設“階梯性”問題情境，強調(diào)知識的結(jié)構(gòu)性

該策略旨在通過精心設計的問題情境，逐步引導學習者從基礎知識向更高層次的認知邁進，并強調(diào)知識之間的內(nèi)在聯(lián)系，由下至上，促進學生“大概念”思維的生成.通過設置“階梯性”問題，學生將逐步拓展知識范圍和深度."階梯性"問題情境的設計遵循由淺入深、由易到難的原則.在學習的初期，教師提供的問題較為簡單，主要目的是確保學生能夠掌握基礎概念和技能.隨著學習的深入，問題逐漸變得復雜，不僅涉及更高層次的知識點，同時也要求學生綜合運用已學的知識進行分析、判斷和解決問題.這種設計就像是搭建一座階梯，每一步都為學生提供了向上攀登的支點，使他們能夠逐步攀登知識的高峰.在教學過程中，教師需要借助問題情境，明確地展現(xiàn)知識之間的邏輯關系和結(jié)構(gòu)框架.這不僅幫助學生理解各個知識點是如何相互關聯(lián)的，而且還能促進學生對知識體系的整體認識.

例如在學習“直線運動的描述及其規(guī)律”時，以短跑素材為載體，教師可以創(chuàng)設如下問題，情境問題1：在百米賽跑過程中研究什么問題時可以將其看成質(zhì)點？研究什么問題時不能將其看成質(zhì)點？情境問題2：分別以起跑線和終點線為參考系描述運動員的運動情況，并思考在什么條件下的參考系可認為運動員是靜止不動的.情境問題3：運動員百米賽跑半決賽跑出9.83秒的好成績，請問這個“9.83秒”是時間還是時刻？情境問題4：運動員跑的100米是路程還是位移？在什么情況下路程等于位移大小？情境問題5：運動員百米賽跑半決賽跑出9.83秒的好成績，根據(jù)這句話的信息能夠估測蘇炳添的起跑速度嗎？以上條件可以得出什么速度的大小？情境問題6：百米跑分為四個環(huán)節(jié)，即起跑、加速跑、途中跑、沖刺跑.請問加速度最大值和最小值可能出現(xiàn)在哪個環(huán)節(jié)？情境問題7：請用位移-時間圖像（s-t圖）和速度-時間圖像（v-t圖）大致描述運動員的百米賽跑過程.情境問題8：怎樣來描述宏觀物體的運動？這些問題情境中，既有針對單獨知識點而設置的，也有綜合性情境，體現(xiàn)了問題的“階梯性”，完成了從簡單到復雜、從單一到綜合的過渡與遞進，有助于讓學生體會到知識之間的結(jié)構(gòu)性.

2.3依托已有知識創(chuàng)設問題情境，強調(diào)知識的連貫性

現(xiàn)有的問題情境，主要針對具體的知識點進行創(chuàng)設，學生在學習過程中，往往只能夠?qū)W習到零散的知識點，完全背離了“大概念”所需要體現(xiàn)的“系統(tǒng)性”.如果在問題情境設置的過程中，以“已學知識”為載體，創(chuàng)設問題情境，則將大大提升問題情境的有效性.通過這種方式，學生不僅僅是在學習新知識，更重要的是，他們在學習過程中能夠不斷地回顧和整合舊知識，從而加深對知識體系的理解.這種整合性的學習方式有助于學生形成對知識的系統(tǒng)性認識，使他們能夠看到不同知識點之間的內(nèi)在聯(lián)系，更好地理解“大概念”.在課堂上，教師可以通過將不同的知識點進行組合和整合，創(chuàng)設出能夠橫向和縱向連接的問題情境，讓學生在解決問題的過程中，能夠?qū)⒉煌闹R點進行有機結(jié)合.或是在問題情境中設置一些需要運用已學知識點才能解決的問題，激發(fā)學生的思維和創(chuàng)造力，幫助他們將知識應用到實際情境中.再者，教師也可以從不同的角度和維度出發(fā)，設置問題情境，讓學生在不同的情境中應用已學知識，從而深化他們對知識的理解和掌握.

2.4創(chuàng)設開放性問題情境，強調(diào)學生自主概括

創(chuàng)設開放性問題情境是一種極具教育價值的策略.通過這種方式，教師可以引導學生走出傳統(tǒng)的知識接受者角色，成為主動探索、分析和解決問題的學習者.這不僅有助于學生理解物理學的基本概念和原理，而且還能夠培養(yǎng)他們的自主概括能力，即從具體現(xiàn)象中提煉出普遍規(guī)律和本質(zhì)特征的能力，對于學生理解“大概念”具有重要的促進作用.開放性問題情境的核心在于提供一個寬闊的思考平臺，讓學生在自由探索的過程中自行構(gòu)建知識框架，而不是僅僅依賴于教師的講授和書本的知識.這種探索過程強調(diào)學生的主體性，鼓勵他們提出問題、搜索資料、進行實驗和討論，最終得到自己的結(jié)論.在這個過程中，學生逐步學會如何將分散的知識點聯(lián)系起來，形成一個有機的整體，這正是歸納物理“大概念”的有效路徑.

例如在“測定導體電阻率”這堂課的教學過程中，我利用日常生活中的物品來為學生們制造問題環(huán)境：在電力供應和分配路線的規(guī)劃及建設過程中，為了降低線路損耗，需要選用電阻率較小的材料來制造導線；而在制造電器時，為了確保電器在使用過程中的安全，其絕緣部分需要選用電阻率較大的材料.那么，電阻率應該如何測量呢？通過這個問題，引出了本課的主題，學生在回顧導體電阻和電阻率、長度、橫截面等知識的基礎上，開始思考電阻率的測量方法，自行設計實驗方案、組裝實驗儀器，并按規(guī)定連接電路進行測量，在實驗過程中記錄實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù).在實施實驗的過程中，教師可以設置問題進行逐步引導，如要想測出金屬絲的電阻率，需要什么儀器？測量長度的工具有哪些？實驗應采用哪種電路圖？原因是什么？實驗的誤差來源是什么？通過設置實驗環(huán)節(jié)緊密相連的系列問題，引導學生逐步深入理解和掌握實驗的目的、原理和方法.“如何做？”這種開放性問題情境對學生歸納能力的培養(yǎng)具有重要作用.學生通過觀察和收集數(shù)據(jù)，對現(xiàn)象進行深入分析，然后通過比較和關聯(lián)這些信息，找出其中的規(guī)律，這是對學生歸納能力的直接鍛煉.同時，學生將收集到的信息進行整理和歸納，以便形成清晰的思路，這也鍛煉了他們的邏輯思維能力.再者，開放性問題情境鼓勵學生進行創(chuàng)新思考，以新的、獨特的方式解決問題，這也需要強大的歸納能力，以便從已有的信息中提煉出新的思路和方法.在該情境下，教師的角色是引導和幫助學生，而不是直接告訴學生答案.教師需要鼓勵學生提出自己的想法，同時也需要給學生提供必要的指導和幫助，以便學生能夠找到解決問題的方法.創(chuàng)設這樣的環(huán)境，促進學生自主探索，彰顯學生的主體地位，激發(fā)他們的主體精神.

3結(jié)束語

大概念統(tǒng)攝下構(gòu)建的教學情境，體現(xiàn)了全面育人的教育目標，同時讓學生能夠?qū)⒎稚⒌氖聦?、知識和技能進行有機地整合與分層，促使大概念的自然形成.通過多維度、多層面的問題探究，學生能夠完成學習任務，進一步掌握背后的普適規(guī)律，從更高維度重構(gòu)知識架構(gòu)，以更加明確的視角，綜合運用所學知識去分析和解決現(xiàn)實問題.

參考文獻：

［1］ 陸思佳，胡莉惟.大概念視域下小學數(shù)學課堂問題情境的創(chuàng)設[J].中小學教師培訓，2023（10）：36-41.

[2] 朱衛(wèi)娟.大概念理念下核心概念顯化特征探討：以“萬有引力定律”為例[J].中學物理，2024，42（01）：37-41.

[3] 李松林.以大概念為核心的整合性教學[J].課程·教材·教法，2020，40（10）：56-61.

［責任編輯：李璟］