邓柳咏 梁云森
广州市南武中学 广州 510220
摘要：新一轮的教育改革旨在促进学生核心素养的发展。以课堂教学为主渠道，在日常教学活动过程中，通过优化学科思维品质来发展学生的学科核心素养，显得更为实在。学习过程是一个发现和提出问题、分析问题和解决问题的过程。问题解决能力是核心素养在高中物理中提及频率较高的科学素养[1]。问题解决能力的培养可以在日常教学过程中设计问题解决的教学过程[2]，以问题驱动学科思维来优化学科核心素养。在有限的课堂时间内，选择合适的素材并充分发挥素材的教学教育作用，是提升学生问题解决能力的关键因素。如何利用有效的素材，提炼素材中的核心主题，设计基于生成性思维的教学过程，用问题驱动学科思维发展，成为落实物理学科核心素养培养的有益思考。本文分别从学习主题的提炼原则、素材的选取和教学问题的设计原则来探讨一下可行的教学操作。
一、学习主题的提炼原则
1.基于物理学科知识体系的特点
物理学科知识体系可以用三大核心概念进行概括，分别为物理学科的物质观念、运动和相互作用观念、能量观念。教师可围绕核心概念引导学生建构知识之间的内在联系，打破各个重要概念间的孤立情况，促进学生围绕核心概念的知识整合与发展。如在新授课“分子动理论”时，可以围绕物质观念、运动和相互作用观念、能量观念三大核心概念，将知识点归纳三大学习主题：微观物质世界、分子的运动和相互作用、能量观（内能）。通过分析物体是大量分子组成的原因和研究方法，观察分子热运动和相互作用的现象，并分析微观形成机理来理顺抽象的物理概念和规律。同时，借助类比思维引入“内能”，并对比微观世界和宏观世界研究方法的差异性来加深学生对物理概念进阶发展的特点，并促进学生物理历史观的发展。
2.围绕物理学科思维核心特征
物理概念的建立和规律的发现、概括，都需要思维的加工。与一般的思维过程相比较，物理学科的思维又有其个性，分别表现为模型化、多级性、多向性、表述的多样性、思维的转换、假设与论证、等效思维等特点。思维的深刻性、灵活性、批判性、独创性和敏捷性等五个方面,是影响中学生物理学科思维品质发展的关键因素。
3.围绕学科问题解决能力的思维活动
物理学科能力是指学生顺利进行物理学科的认识活动和问题解决活动所必需的、稳定的心理调节机制，是系统化、结构化的物理学科知识技能及核心活动经验图式（稳定的学科经验结构）对学习行为的定向调节和执行调节[3]。物理学科能力不是在“告知”和“机械训练”中发展出来的，而是在应用物理观念分析实际问题，进行识别、解释、推论反馈、反思等学习实践活动的过程中逐渐养成的。
问题解决是一系列的有目的指向性的认知操作活动过程。问题解决本质上是一种思维活动，是思维的一种最普遍形式，它突出地表现人的心理活动的智慧性和创造性[4]。在问题解决过程中包含4种元认知过程，它们分别是确认并界定问题、形成对问题的心理表征、计划解决问题的进程、对所知的操作过程作出综合评价。问题解决的思维步骤可简化为以下四步，即发现问题、认清问题、提出假设、验证假设得出结论[5]。在日常教学过程中，分析和解决物理问题的思维过程可以简化如下图所示：
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从图上可以看出，通过观察现象，提取物理信息来识别物理问题，判断和简化物理过程和状态，同时各信息之间在大脑中形成关联，寻找和识别物理概念和规律来建构物理模型，进而选择合适的物理知识和数学知识来解释或解决物理问题，并实时反馈问题解决过程的正确性以对分析过程进行调整或重新分析。分析和解决物理问题的思维过程是一个反复、非线性的思维过程。
二、素材的选取
1.整合教材内容，突出核心学习主题。在日常教学过程中，教材是主要的教学纸质媒介，是学生获取核心知识的主要来源。由于教材的编制是依据先进的教育教学理论，符合青少年认知心理过程，所以教材是培养核心素养的“主要场地”。引导学生对教材进行研读，是非常重要的教学活动。“用教材教，不是教教材”，是有效利用教材素材的可行性原则，既体验教师的学科研究水平，又体验对学生学习情况的深入分析。我们可将课程内容提炼为某个问题，并引导学生思考主要概念和规律。比如，在新授课“碰撞”时，研究教材后，发现人教版教材是通过“思考与讨论”的教学活动来引入碰撞的概念与分类，但其物理分析过程对学生的数学分析能力要求比较高，而且学生新课后无法对“对心碰撞和非对心碰撞”、“弹性碰撞与非弹性碰撞”等关键概念进行有效的区分。通过对教材研读分析，把握该节课的核心概念，将整个教学过程整合为碰撞的分类、碰撞过程的相互作用特点和运动分析以及碰撞过程中的能量分析，并编制相关的导学案，由浅到深来理解碰撞现象。导学案例题的编制是以特定的碰撞现象为基本抓手来突心主要现象和核心概念，如以下所示：
课前复习：
习题1.一个质量为m=40g的乒乓球自高处落下，以速度V0=1m/s碰地，竖直向上弹回，碰撞时间极短，离地的速率为V=0.5m/s。求在碰撞过程中，乒乓球动量变化为多少？
习题2.质量为m的小球A，在光滑的水平面上以速度v0与质量为3m的静止小球B发生正碰，碰撞后小球A被弹回，其速率变为原来的1/2，求碰后小球B的速度。
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新课引入：
问题1.碰撞过程中的能量问题(弹性碰撞和非弹性碰撞)、能量守恒定律的应用
例1. 一个质量为m=40g的乒乓球自高处落下，以速度V0=1m/s碰地，竖直向上弹回，碰撞时间极短，离地的速率为V=0.5m/s。求在碰撞过程中，动能的变化？
例2.质量为m的小球A，在光滑的水平面上以速度v0与质量为3m的静止小球B发生正碰，碰撞后小球A被弹回，其速率变为原来的1/2，求在碰撞过程中，动能的变化？
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通过对教学主题内容的提炼和核心概念的整合，既加强了学生对新授课关键概念的区分理解，也加深对三大核心概念的理解发展和动量守恒定律的应用。
2.考题改编，突出能力发展主题。考题研究是现时教学考试机制中必不可少的教学研究活动。通过对高考题的研究，可以为高中一年级和二年级的形成性教学活动提供有力的支撑。高考题改编，既可以为学生的学科能力发展指明方向，又可以让学生可以从进阶发展的角度和深度来理解学科核心技能和知识。如在电磁感应规律综合应用的习题课中，根据2016年全国3卷，第25题和2016年全国2卷，第24题所考查的知识点，改编以下习题：
如图所示，两条相距为L的粗糙平行金属导轨位于同一水平面（纸面）内，其左端接一个阻值为R的电阻；质量为m的金属棒ab垂直放置在两导轨上;在电阻、导轨和金属棒中间有一面积为S的区域，区域中存在垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小B1随时间t的变化关系为B1=kt，式中k为常量且大于零；在金属棒右侧还有一匀强磁场区域，区域左边界MN（虚线）与导轨垂直，磁场的磁感应强度大小为B0，方向也垂直于纸面向里．从t=0开始，金属棒在水平恒力F的作用下在位置PQ（虚线）出发,从静止开始向右运动．金属导轨与金属棒之间的动摩擦因数为u，PQ与MN的距离为d，棒与导轨始终相互垂直并接触良好，它们的电阻均忽略不计．求：
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(1)求金属棒从PQ运动到MN 的过程中,通过电阻R的电流方向和整个回路的电热.
(2)若要求金属棒越过MN后做匀速直线运动, k的值为多少.
通过对高考题的改编，让学生在适当的时候感受高考题的考查特点，也引起学生对数学分析能力培养的足够重视。
3.习题的重组设计，突出学科知识发展主题。习题的重组是建立在一定的学情分析的基础上，可以集中处理学生在学习过程中的突出知识学习问题。如在动量守恒定律的单元测试中，发现学生在综合应用动量守恒定律和能量守恒定律时，还不会分析不同的物理过程，对关键物理过程和物理特征分析理解不到位、无法形成完整的物理情景。编制以下习题以加深物理过程的分析：
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光滑水平面上有一质量为M滑块，滑块的右侧是一光滑的1/4圆弧，圆弧面下端与水平面相切，圆弧半径为R＝1 m，一质量为m的小球以速度v0，向右运动冲上滑块．已知M＝4m，g取10 m/s2，若小球刚好没跃出1/4圆弧的上端．求：
（1）滑块M什么时候有最大速度？为什么？
（2）滑块M最大速度为多少？
三、教学问题设计的原则
（1）教学过程中贯彻落实生成性思维
建构主义认为:人的认识本质上是主体的“构造”过程,所有的知识都是主体自己的认识活动的结果,主体通过自己的经验来构造自己的理解[6]。所以, 建构主义理论的学习观指出学习不是由教师把知识简单地传递给学生,而是由学生自己建构知识的过程。区别于传统教学中重视学生对结论性知识的学习。教学过程中教师不仅要教给学生知识, 更重要的是还要使学生学会学习,即重视学习过程,重视学生学习兴趣的培养, 考虑学生学习习惯的养成, 重视学生学习能力的的发展和创造能力的培养。
生成性思维是一种认为事物及其本质是在其发展过程中生成的而不是在发展之前就存在的思维模式。生成性思维的特点之一就是重视过程而非结果, 认为世界不是既成事物的集合体, 而是过程的集合体。生成性思维重关系、重创造、重非线性、重过程、重具体。生成性的教学方法是基于生成性思维特点而形成的一种教学实践。生成性的教学方法具体是指教师根据课堂中的互动状态及时地调整教学思路和教学行为的教学形态。生成性的教学方法基本理念可以概括为:关注表现性目标,关注具体的教学过程,关注教学事件,关注互动性,关注教学过程的附加价值。在教学设计时，可以把握以下原则以有利于在教学过程中贯彻落实生成性思维教学。
1.整体化的教学目标设计
2.结构化的教学内容设计
3.动态化的教学过程设计
例如，在“功与机械能”高三第一轮复习新授课中，完成了功和功能关系、动能定理的应用复习新授课后，在能量转化和机械能守恒定律的教学设计中，对习题进行重组设计，编制以下的导学案：
课前复习：
1．质量为1kg的物体被人用手由静止向上提高1m，这时物体的速度是2m/s，g取10m/s2，则下列说法中不正确的是
A．手对物体做功12J
B．合外力对物体做功12J
C． 合外力对物体做功2J
D．物体克服重力做功10J
2．将质量为100 kg的物体从地面提升到10 m高处，在这个过程中，下列说法中正确的是(取g＝10 m/s2)( )
A．重力做正功，重力势能增加1.0×104 J
B．重力做正功，重力势能减少1.0×104 J
C．重力做负功，重力势能增加1.0×104 J
D．重力做负功，重力势能减少1.0×104 J
3．如图所示，在水平桌面上的A点有一个质量为m的物体，以初速度v0被抛出，不计空气阻力，当它到达B点时，其动能为( )
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小结归纳：
4．如图所示，竖直平面内的轨道由直轨道AB和圆弧轨道BC组成(两轨道在B点平滑连接)，小球从斜面上A点由静止开始滑下，滑到斜面底端后又滑上一个半径为R＝0.4 m的圆弧轨道．(g＝10 m/s2)
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(1)若接触面均光滑，小球刚好能滑到圆弧轨道的最高点C，求斜面上A点高h；
(2)若已知小球质量m＝0.1 kg，斜面上A点高h＝2 m，小球运动到C点时对轨道的压力为mg，求全过程中摩擦阻力做的功．
小结归纳：
(1)能量守恒定律
(2)力学综合问题初步认识
在这个导学案中，精心重组设计了“课前复习”习题，既有利于在课前复习功能关系和动能定理的应用以夯实所复习的知识点，又有利于引入新知识内容和拓展学生解题的思维方法，使得整章的教学目标形成一个有机的整体，从而使得学生形成一个整体的，包括功能关系与能量转化、机械能转化与守恒的多角度分析物理情景的思维方式。特别是“课前复习”中第3小题的使用是基于在常见物理情景，既可以用动能定理来解决问题，也可以引导学生从能量转化的角度来分析物理情景，并引入机械能转化与守恒定律的应用，从而顺理成章地导入新知识点。接着第4小题是一道承上启下的题目，它既夯实动能定理、机械能守恒定律的应用，又引入了竖直平面内圆周运动的临界状态，从而达到了力学知识的初步综合，使得学生初步意识到物理情景的综合应用知识能力的培养。“课前复习”和第4小题形成一个各自独立完备的完整结构化的知识版块。在另一方面，在此导学案设计中，例题选择侧向于学生讲解活动的开展，以提高学生各种器官参与度，培养了学生的综合素养。主要是因为教学过程是一个教学相长的过程，教学过程的成功与否，即取决于教师角色功能的设计，也取决于学生课堂行为的设计。在实践中，充分调动学生各个器官的参与，不仅有利于课堂教学内容落实，又有助于学生综合素养的培养。在教学活动中引入了学生讲解活动，由于学生的课堂行业是动态，是随机的，所以使得教师的教学问题和教学活动可以呈现出一定的动态化过程，有效地落实了动态化的教学过程设计原则。
（2）设计有层次感的教学问题，有目的性地提高学生学习过程中的获得感。
学生的情感态度与物理学科能力相关性最为显著，应使学生产生学习物理的内驱力，形成学习物理的兴趣。在教学实践中，可以通过设计层次分明的教学问题，逐步引导学生由浅入深地学习物理学科知识结构，并在学习过程习得有用的学习能力，并提高学科问题解决能力，促进物理学科思维能力的发展。设计层次分明的教学问题，并不能理解为设计简单直接、是或非等问题或问答形式来活跃学生的课堂活动，使得学生获得感表面上获得提高的假象。因为这种教学问题的设计只会“潜移默化”地弱化学生的学科思维和学科能力，使得重视落实教学过程和学生思维参与过程变成了一句空话。所以说，为了提高学生的课堂的获得感，不能将学习的难度盲目的无底线地降低，而是研究学生“最近发展区”，根椐学科知识和思维特点来设计既有层次感，又有学科思维深度的教学问题，有目的、有计划地提高学生的学习物理的获得感和成就感，从而有效地促进物理思维品质的发展和核心素养的培养。
[1]林崇德.《21 世纪学生发展核心素养研究》[M].北京师范大学出版社,2016.
[2]陈峰.“问题串”在物理探究教学中的应用[J].课程.教材.教法,2006(11):59-62.
[3]郭玉英等.物理学科能力及其表现研究[J].教育学报,2016(8):57-63.
[4]刘冀瀛. 高中物理问题解决教学策略研究[D].东北师范大学,2009.
[5]王言利. 基于问题解决的物理教学研究[D].华中师范大学,2009.
[6]周军平.建构主义学习理论及其倡导的教学模式[D].兰州交通大学学报(社会科学版),2006.
作者简介：邓柳咏；男；广东省湛江市；（1981-12）中学一级教师；研究生；研究方向:中学物理教学、中学德育工作