基于物理观念的高中物理问辩式教学研究

◎ 海南省澄迈县华东师范大学澄迈实验中学 王 莉◎ 海南省海口市教育研究培训院 张 华

高中物理课程标准要求学生以“物理观念”为引领，结合“科学思维”培养，通过“科学探究”获得物理知识，最终形成“科学态度与责任”。物理观念是物理学科核心素养的第一个维度，是其他三个维度的重要载体。物理观念的形成和发展要贯穿于整个高中物理学习阶段，是一个思维不断进阶的过程，这恰与问辩式教学的本质不谋而合。

问辩式教学是在充分阅读教材、分析问题情境的基础上，针对前概念中的认知冲突提出质疑，再通过自我问辩、师生问辩、生生问辩探究问题解决方法，顺应和同化知识内容，重构新旧知识体系。问辩式教学强调将问题情境融入教学，师生之间以问引思、以思激辩、以辩促学、多元发展，在不断追问和思辨的过程中培养学生高阶思维和质疑创新能力。因此，从问辩式教学视角下促进物理观念发展具有重要的研究意义，在物理观念的高中物理问辩式教学思想的指导下，可采用以下五种问辩教学策略设计问辩式教学。

一、以生活现象创设基于物理观念的问题情境

创设问题情境进行教学，对培养学生的物理学科核心素养具有关键作用。物理概念的建立需要创设情境，情境创设主要集中在课堂引入和习题应用两个环节，由于学生在学习物理概念之前，基于生活经验已形成了大量的前概念和经验性常识。我们可以利用生活中常见的大自然现象、生产生活问题、科技前沿问题等创设情境引出新课教学，引导学生对所观察的问题情境重新加工，抽象概括出事物的本质属性，基于学习目标，由容易到复杂引导学生从经验性常识向物理概念进行转化。再通过将物理概念、物理规律、物理定律、物理方法等与真实生活中的问题情境进行有机融合，让学生的思维由低阶的回忆、理解、应用向高阶的分析、评价和创造进阶性发展，最后进行情境化课堂习题的创设。教师通过师生问辩可以了解学生习题解决过程的思维路径，让课堂教学首尾呼应，但这需要教师对生活现象进行深度挖掘，在情境中显化物理观念，对学生描述和解释自然现象的能力给予足够的引导和关注。

问辩式课堂从学生已有的认知结构出发，基于学生原有的学情，教师总结学生生活中常见的现象并以此创设问题情境，让学生通过观察问题情境自我问辩提出问题，再通过生生问辩，将问题聚焦为物理问题，构建起物理模型，通过师生问辩、推理论证解决问题，将这种自我问辩、生生问辩、师生问辩、组组问辩贯穿于整个教学设计之中，利用物理观念构建问题解决思路，彰显并加深对物理观念的理解，进而指导学生进行知识迁移和拓展,从而解决生活实践中的问题，在问题解决中完善自己的知识建构，让物理来源于生活并高于生活。

以案例1为例，首先深度挖掘生活现象的物理本质，其次利用生活现象创设系列问题情境，在引入阶段、知识巩固阶段、拓展提升阶段以问辩教学的形式对物理概念和规律进行深度思考，在头脑中提升和凝练，最后通过实践应用深化对物理观念的理解。在此过程中既要关注物理观念的形成，更要关注物理观念的发展。

案例1：重力势能。

图文资料：杭州两岁女孩突然从10楼高空坠落，千钧一发时“最美妈妈”徒手接住坠楼女孩。孩子得救了，但瞬间巨大的冲击力却将“最美妈妈”的手臂撞成粉碎性骨折。

新课引入：问题1：“最美妈妈”手臂受到的巨大伤害最初来源于什么能？（师生问辩）

问题2：将女孩坠落过程构建为物理模型，并分析此过程中重力如何做功？（学生自我问辩、生生问辩）

迁移应用：问题3：如何应用重力势能这一物理观念减少高空坠物带来的危害？（学生自我问辩）

应用物理知识解决生活中遇到的具体问题时需要结合具体的情境，而能不能灵活运用物理知识去解决实际问题，这取决于学生将情境和知识联系的实际水平，在日常教学中要让学生获得在实际问题情境中解决物理问题的大量经验，通过自我问辩构建情境和知识之间相互关联的意识和能力。

二、以对先行组织者的自我问辩实现物理观念的显化

美国心理学家奥苏贝尔认为先行组织者不仅能够帮助学习者学习新知识，而且可以帮助其保持知识。先行组织者是指教师（或教材）在学习任务开始前提供的具有引导性材料，构建一个使新旧知识发生联系的桥梁。高中物理人教版新教材有一个共同的特点就是每一节课都是以问题引出新课，旨在引导学生用先前学过的知识分析、解释、联系当前的学习任务，唤醒学生原有知识经验和认知结构，将知识结构中已有的隐性观念显化，以提高元认知能力。一旦有了隐性物理观念的指导，学生将在后续的学习中利用物理观念探究知识、构建知识框架，减轻认知难度，以便将隐性知识转化为显性知识。

新教材提供了丰富的现象与事实，引导学生在此基础上进行抽象、概括与推理、建构概念。设置问题导入新课，我们利用问辩阅读引导学生观察图片，问学生看到了什么？例如“自由落体运动”新课引入中有一张比萨斜塔的图片，我们可以问学生这张图片使你想到了什么？你为什么会这样想？如果不这样想，你会有怎样的猜想？你能够利用身边的资源去动手做小实验验证你的猜想吗？让学生通过自我问辩去阅读教材，学生会更加关注问题的本质，会思考这些问题背后的知识。

案例2：匀变速直线运动的位移与时间的关系。

教材“拓展学习”专栏所呈现的材料——匀变速直线运动位移公式的推导，就是典型的先行组织者。学生通过课前阅读先行组织者进行自我问辩，在教材中微元法的指导下，将物体匀变速直线运动v-t图像的运动时间均匀等分为5段，在每一小段内，可以粗略地认为物体以起始时刻的瞬时速度做匀速直线运动，小矩形的面积代表匀速直线运动的位移，再累计求和，即由转化为如果运动过程划分的段数越多，小矩形越窄，多个小矩形的面积之和则越接近物体的实际位移。

学生在先行组织者的帮助下，结合初中匀速直线运动路程求解方法，通过自我问辩显化知识结构中的隐性观念，从匀速直线运动位移的求解迁移出匀变速直线运动位移的求解。学生将原有知识进行应用迁移和总结反思，自主构建新的认知体系，推动物理观念的形成。

三、以五段式提问发挥物理观念的指导作用

问辩式教学提出五段式提问，五段式提问是一种能引发学生深度思考的自我问辩和多元互动式问辩形式，它包括：描述——提问——追问——联想——再追问五个环节，教师可在课堂教学中根据具体的课型进行五段式提问。

物理观念的指导作用主要体现为能够帮助学生在面对全新的问题情境时，通过课堂问辩式教学对物理概念和规律的逐步学习、系统反思和迁移应用，让学生学会利用物质观念、运动和相互作用观念及能量观念去迅速找到解决生产生活中实际问题的突破口，让问题顺利得到解决。基于物理观念发展的五段式提问与基于知识教学的引导式提问不同，基于知识教学的引导式提问强调利用提问唤起学生已有知识储备，而基于物理观念发展的五段式提问则强调通过提问引导学生理清各概念的关系，梳理解题思路，在追问和思辨过程中质疑创新和发展高阶思维，强化物理观念的指导作用。

案例3：摩擦力教学引入（如表1）。

表1 两种提问方式对比

虽然两种提问方式的侧重点不同，在不同环节发挥的作用不同，但对于学生知识发生、科学思维发展、认知建构均有重要的作用，但基于物理观念的五段式提问更能激发学生的深度思考。

四、以物理观念引领大单元问辩式教学

新课程标准虽然将物理观念作为课程目标，但并未完全按照物质观、运动与相互作用观、能量观的顺序进行教材编排，例如磁场、电磁感应知识体系跨度相对较大，分布在必修三第十三章和选择性必修二的第一至第四章，知识分散，教学间隔较久。故教师设计教学时应立足于知识点间的隐性联系，以核心概念整合物理课程资源，为学习主体进行规划和设计，构建大单元深度问辩学习框架，拓展知识的广度和深度。以物理观念为引领的大单元问辩式教学，不仅关注学生对知识的理解，而且关注学生理解知识过程中物理观念的应用，以核心概念整合物理课程资源，构建大单元学习流程，引导学生主动积极地进行自主、合作、探究式学习。

大单元问辩式教学应从以下三点出发：

1.以单元中包含的物理观念或子观念为上层引领重建单元知识体系。学生在复习时自主构建单元知识体系，将所学的庞杂而又零散的知识进行连续性系统化地整合，这有利于对单元知识的提升和凝练，加深对物理观念的理解。

2.注意跨单元物理观念的衔接，要考虑该单元在整个教材中的地位。若单元中的观念过于零散，在大主题或大概念统整下，可根据重点观念跨单元将相关知识点进行整合。

3.引入真实问题情境评价学生知识掌握和观念理解的情况。通过多主体问辩式评价，从只看重结果式评价，走向问辩式过程性动态化评价，基于学习目标的达成，从师生问辩的课堂观察中进行多元互动评价，在问辩中观察学生综合单元知识建构解题思路，使物理观念水平显化。

问辩式教学的具体流程为：结合自身认知水平通过自我问辩构建单元知识体系——组内生生问辩补充、完善单元知识体系——借助师生问辩引导学生思维迁移，初步跨单元整合物理概念——精选典型习题，通过组组问辩将单元间的知识进行衔接，通过知识应用强化物理观念的理解——自我问辩构建完整大单元问辩学习框架。

五、以原始物理问题促进物理观念模型的建立

原始物理问题不同于经典例题，它来源于未经抽象概括的生活实际，没有完备的物理模型和标准答案，需要抽象建模才能成为物理习题，这可以发展学生的发散性思维，但很多学生对这类问题时常感觉束手无策。

教师在教学中要让学生体会物理建模的思维方法，首先让学生明白实体物质模型有力学中的质点、轻质弹簧、弹性小球等；电磁学中有电荷、平行板电容器等；物质模型有匀强磁场、匀强电场等；模型是对原始问题的抽象，每一个模型的建立都有一定的适用条件和适用范围，学生在建立模型时要明确使用条件，才能够通过建构合理的物理模型去解决实际问题。解决原始物理问题除了需要具备较高的科学思维，更需要物理观念的引领。因此，教师引领学生经历物理概念的构建过程是发展科学思维的重要方法。

只有利用物理观念进行物理建模，才能灵活运用物理知识解决物理问题，强化物理语言的描述和对具体问题的解释。原始物理问题的使用可以多角度进行，可用于问题情境的设置，也可用于单元作业评价，还可用于单元教学之后的综合性评价。

案例4：汽车过拱形桥问题分析。

问题1：当你坐汽车经过拱形桥面时，你有什么感觉？汽车在最高点时对桥的压力会有什么特点？（自我问辩）

问题2：在分析上面问题1时，桥面可近似看作什么形状？汽车过桥可近似看成是什么运动？汽车在最高点受力情况怎样？（构建物理模型）

问题3：如果汽车的质量是M，过桥速度大小是V，桥面的圆弧半径为R，汽车在最高点对桥的压力有多大？如果汽车的速度不断增大，汽车会出现什么情况？（师生问辩）

问题4：汽车对拱形桥的压力小于汽车的重力,原因是什么？联系电梯中的超重和失重现象，你发现了什么？（联想追问）

学生平时都有乘坐汽车过拱形桥的亲身经历，将这一原始问题转化为物理问题，最好先让学生建立生活体验与路面状态的对应关系，将学生模棱两可的原始问题在物理观念下建立匀速圆周运动的物理模型，建立模型后利用匀速圆周运动的知识能较为容易地确定解题思路，在解决过程中又能深化物理观念的理解和应用。

本文运用五种问辩式教学策略引导学生形成和显化物理观念。在物理观念的引领下从物理学角度描述和解释自然现象，应用物理知识解决实际问题，并将知识有效地正向迁移和学以致用，逐步强化对物理观念的理解，优化知识体系，促进学生深度学习。