核心素养下基于问题教学的物理实验课程设计

张跃+赵莹

摘 要：21世纪的教育关注学生的核心素养，重视能力的培养和科学素养的形成过程.物理课堂要发展学生的核心素养，首先要重视实验教学，重视实验课程的设计过程，其次，需要教师在课堂中的适度引导，通过教学问题的有效设计，层层递进，发散学生思维，促进学生思考，引导学生学会解决问题，最终达到发展学生核心素养的目的.

关键词：实验教学；问题教学；核心素养

問题教学（Problem-Based Learning，PBL）作为一种新兴的渗透式教学方法为教学改革提供了新视野.近些年来，问题教学法凭借其先进的教育理念，已经成为目前国际上较为流行的教学方法[1].目前已有研究者和一线教师将问题教学应用于实际教学，洞悉其对学生思维发展的重要性，但对其践行流于形式，而领会其教学真谛，同时将其应用于实验教学的更是寥寥无几.鉴于此，笔者梳理了问题教学理论的内涵，研究了现有的理论模型，并基于问题教学理论设计实验教学课程，通过设计恰当的问题，发散学生思维，促进学生思考，培养学生探究能力的同时引导学生学会思考、学会解决问题.

一、问题教学理论的内涵

国内外学者对“问题教学”的界定一直是众说纷纭.在国外，有学者将PBL视为教学策略，如Mayo等学者认为：“基于问题式学习是通过创设与实际相关或一定背景的问题，给学生提供相关资源，给予引导或指导，使学生获得大量知识和解决问题的技能.”[2]39还有学者认为PBL是一种课程开发与教学系统，如Finkle（Finkle&Torp， 1995）等学者认为：“基于问题式学习是通过让学生面对一个与实际相关而结构不良的问题，把学生置于问题解决者的地位，训练学生思考解决问题的策略，促进学生掌握学科知识的基础与技能.”[2]39-40在我国，学者大多认同问题教学是一种教学方法.基于此，笔者认为问题教学是使学生置身于真实的问题情境中，在教师引导下自主筛选信息，解决问题，达到训练学生思维、解决实际问题能力的一种教学方法.而“问题教学”中的“问题”需具备如下特点：①问题的顶层设计理念源于发展学生科学思维，要重视内容的选取及遵从学生的认知发展规律；②问题的设置原则要兼顾普适性与深入性，既要保证全体学生的参与感，又要具有一定的讨论、探究价值；③问题的表述方式要蕴含情境之中，学生需对问题进行辨别和处理，以获取解决真实情境中问题的能力.

二、问题教学理论的基本模型

问题教学的精髓在于教学的设计始于问题而终结于问题，以问题为中心组织课程和学习情境，开启整个教与学的历程.2006年密苏里大学哥伦比亚分校毕业的学习技术专业博士洪暐（Woei Hung）针对PBL教学法提出了一种有效、精确和可靠的问题设计模型——3C3R模型，如图1所示[3].该模型基于不同主体提出，针对教师的核心部分位于模型的中心区域分别为内容（Content）、情境（Context）与联系（Connection）.“内容”作为第一核心要素为“问题”的选取把关，以保证学生在“问题”的驱动下既可以发展问题解决技能，又可以获得相应的领域知识；“情境”要素确保学生能力发展的真实性与可应用性；“联系”要素帮助学生建立事物间的逻辑关系，培养学生的迁移能力.针对学生的过程部分位于模型的三个顶点，分别为研究（Researching）、推理（Reasoning）与反思（Reflecting）.“研究”作为第一过程要素，要求学生探寻任务目标、分析问题情境、收集相应资料；“推理”要素基于“研究”获取的信息，分析问题条件、拟定解决方案、探究解决方法、达成问题解决，以完成将知识用于实践的目标.“反思”要素确保学生在这个过程中自我评价学习效果，总结领域知识、提炼解决问题的方法.

三、基于问题教学理论的实验教学

要想通过问题教学的方式引导学生学习科学知识、技能与方法，这就要求教师自身教学观的转变，要以学生思维发展和科学素养提升为最终目标，教学的每一个环节设计都要层层递进，重点突出.下面以公开课中流体压强实验教学为例，尝试利用问题教学理论进行实验教学，进而提升学生的科学素养及认识问题、解决问题的能力.

探究流体压强与流速关系实验出自北京师范大学版《义务教育初中物理》八年级下册第八章第7节《飞机为什么能上天》一节，对于该实验的处理多数教师将其作为演示实验，直接向学生展示该节书中附图所示的实验器材，教师演示实验后，让学生得出实验结论，这其中并未对实验器材的选取做详尽的探究，而笔者认为，对该实验器材的设计进行分析恰恰是促进学生思维发展，提升科学探究能力的有力切入点.该部分教学教师层面核心部分设计如图2所示，首先将“内容”拆解，创设两个“情境”，通过不同的问题设置，层层递进引导学生“研究”粗管和细管的流速及压强的表现，学生经历“推理”的过程后，教师进一步创设“情境”，引导学生通过方法迁移，设计实验，体会知识和方法之间的“联系”，最后经历整合总结、自我“反思”等环节，掌握核心概念、核心思想和核心方法.具体的问题设置及教学引导过程见表1.

基于问题教学的实验课程设计思路分析：与传统实验教学方法不同，本节实验突出引导学生自己设计出实验器材进行探究，将研究内容分层细化.从探究流速关系任务出发，通过创设“粗管和细管中液体的流速是否相同？”的情境，层层问题设置，引导学生想到在粗细不同的管中加入浮漂来反映流速关系（图3、图4）.通过创设“如何在粗管和细管中反映压强大小？”的情境，驱使学生深入思考并进行研究，教师进一步设问，引导学生想到在粗细管子上增加橡皮膜或竖直的细管来反映压强的关系（图5、图6），从而探究出液体压强与流速的关系（最终实验器材图略）.最后，通过知识和方法迁移，利用液体压强实验中“粗细不同管子上插入细管”的实验设计思路提出气体压强实验的设计方案，即“粗细不同管子上插入压强传感器”来研究（图7）.本节实验在探讨实验设计思路和实验器材改进的过程中，通过不同情境的创设、递进问题的设计、知识方法的迁移，培养学生学会思考和解决问题的能力，落实提升学生科学素养的最终目标.

实验探究在促进学生思维发展以及培养学生科学素养方面的核心地位已毋庸置疑，而在探究实验中如何调动学生思维，引发学生思考，是每一名教师在实践教学过程中不断思考和不断努力的方向.作为一名一线教师要想切实落实培养学生科学素养的根本目标，必须要对教学目标有整体的认识，对教学内容有宏观的规划与设计，同时还要不断更新自身认识，逐步发展自己的教学观，紧跟时代潮流.重视实验教学，同时重视实验教学的方法，以及实验探究的过程.本文基于问题教学的实验课程设计仅是笔者的一点思考与初步探索，希冀更多的研究者和一线教师参与交流与讨论，逐步探寻更加适合学生思维发展的教学方法，贯彻落实提高学生科学素质的目标.

参考文献：

[1]朱琳. 高校思想政治理论课PBL教学“问题”设计[J]. 教育与教学研究，2012（7）：65-69.

[2]刘梦莲. 基于问题式学习（PBL）的设计[J]. 现代远程教育研究，2003（1）.

[3]冯锐，缪茜惠.面向问题导向学习的3C3R问题设计模型述评[J]. 远程教育杂志，2010（1）：70-74.