李俊
东莞市厚街中学
摘要：本文用建构主义和最近发展区为理论依据，通过典型问题情境设置，注重问题串在组织教学中的作用，以构建物理模型为重要抓手，从而实现包括物理观念、科学思维、科学方法和科学态度与责任四方面的物理学科核心素养目标。
关键词：问题情境 问题串 学科核心素养 建构主义
《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》中明确指出，物理学是基于观察与实验，构建物理模型，应用数学等工具，通过科学推理和认证，形成系统的研究方法和理论体系。[1]我们所需构建物理模型，是在长期观察和实验的基础上，抓住物理问题的主要矛盾，而又忽略其它次要矛盾，从而有利于抓住物理问题的主要矛盾。在高中物理中，我们将物理模型进行分类：一类是质点、弹簧振子、单摆、理想气体和点电荷等对象模型；另一类则是匀速直线运动、平抛运动、简谐运动、弹性碰撞等过程模型。模型建构过程在实验类、概念类、物理规律类和物理习题类课程教学中均极其重要，在形成物理观念、提升物理科学思维、训练物理科学方法和培养科学态度与责任四个维度核心素养培养上，也是重要抓手之一。本文主要探索基于物理学科核心素养的模型构建实践路径。
1 基于物理学科核心素养的模型构建的理论基础
物理学科核心素养是我们物理学科教学的最终目标，它主要包括物理观念、科学思维、科学方法和科学态度与责任四个方面，这四个方面是平等、关联的关系。科学思维包括模型的构建、科学推理、科学论证、质疑与创新。模型构建是物理教学活动，具有课程教学过程属性，是实现物理学科核心素养的重要抓手。模型构建不仅可以有效训练科学思维，也有利于形成物理观念、训练科学方法，还有利于培养科学态度和责任；总之，模型构建有利于物理学科核心素养目标的实现。
建构主义理论认为：孩子们的学习重在以原有的知识体会为基础来构建自己对现实世界的解释和认识，是对最近新知识的“顺应”和“同化”；最近发展区理论认为：课程教学应着眼于学生的最近发展区，为学生提供带有未知的内容，调动孩子的积极性，发挥其潜能，超越其最近发展区而达到下一发展阶段的水平，然后在此基础上进行下一个发展区的发展。按照这个思路，教学中，我们可以设计一定教学情境，在观察和实验的基础上，引导学生进行模型构建，探索物质世界的规律。在探究性学习设计中注重以提出问题、解决问题为中心；通过创设情景，设置问题串等方式引发学生思考；通过抓研究问题的主要因素的思考和讨论过程中，完成模型构建；在问题解决的后期引导学生对模型构建过程和模型本身进行置疑，培养学生置疑和创新精神，从而达到升华！这种以提出问题、解决问题为中心的探究性学习设计，有利于小组互助学习的组织，实现同伴合作；有利于引导学生对实验和事物进行观察和思考，进行控制变量、比值定义法及理想模型等科学方法的训练；有利于培养学生的质疑和创新精神，提升科学思维，培养学生尊重事实的科学态度和责任。
2 基于物理学科核心素养的模型构建实践途径
下面通过观察与实验中建模、问题串下的合作式学习建模和结合SEST思想建模进行阐释，构建在高中物理教学中，在物理模型构建中，探究物理科学思维的训练，并能总结提升科学研究的方法，进而体验科学态度与责任，最终形成物理观念。
2.1 基于观察与实验，引导学生捕捉影响问题的主要因素，构建物理模型
物理教育的基础是实验与观察，我们在基本物理模型构建过程中，应该从生活和实验出发，引导学生体验模型构建的过程和方法，培养学生的科学态度和责任。下面以质点模型的建构为例。
在质点的教学中，我们从生活情景设置入手，以超市购物车为研究对象（如图2），对其进行受力分析和运动分析，找到可以将其抽象为质点的条件。从描述运动的角度看，物体上任意一点的运动完全能反映整个物体的运动，于是，整个物体的运动也可以简化为一个点的运动，把物体的质量赋予这个点，它就成了一个质点[2]。我们让学生体验和观察超市推购物车的情景，寻找可以将其抽象为质点的条件。教学中，我们设置如下问题引导学生思考：
问题1：根据质点的定义，超市购物车运动时能否视为质点？学生：购物车运动时车身各点运动完全一样，但车轮与车身的运动不一样。
问题2：结合超市推购物车的目的进一步思考？学生：购物车运送货物时，车轮的运动情况属于可忽略因素，不影响我们运送货物，可以视为质点。
问题3：今天老师借了购车给大家体验，请体验后再思考？学生体验后会提出很多新情景，如果我们推车时推力与竖直方向夹角θ过小且推力过大（如图3），小车会以后轮为轴转动；这时我们引导学生思考运送货物为研究目的，发现这个状态不能将其视为质点；再如推车转圈等很多实际情形，此时，教师应根据学生提出的各种情景，引导学生进行质疑讨论，激发学生的探索兴趣。
在教学中，教师应注重引导学生观察和思考，紧抓问题本质，积极思考，体验研究方法，从而体验模型构建过程；其次应让学生明白物理来源于生活，为生产生活服务。
2.2通过问题串进行模型构建
物理模型构建过程应以建构主义和最近发展区为指导；教师通过创设必要情景，并通过问题串为形式，以小组合作式教学组织课堂；在教学设计中，引导学生思考并讨论，进行模型构建。下面以研究牛顿第二定律实验教学为例：
在研究牛顿第二定律的实验教学中，小车在砂桶的拉动下在斜面运动（图4），我们需要构建匀加速直线运动模型。在教学中，教师可以设置问题串，以小组合作式学习组织引导学生构建匀加速直线运动模型。下面是设计问题串：
问题1：匀加速直线运动有哪些特点？学生：小车加速度恒定，轨迹为直线。
问题2：实验中小车受力分析？学生：动手做受力分析图。
问题3：实验中哪些因素影响小车的加速度？学生：砂桶对小车的拉力，斜面的倾角θ，小车与斜面的粗糙程度。
问题4：实验中如何保证加速度恒定？学生：每次实验过程砂桶的质量保证不变，保证细绳与斜面平行；选平直且各处光滑程度相同的斜面。
问题5：如何保证小车运动轨迹是直线？学生A：将细绳固定在小车中间位置（小车不会转动，可以视为质点），让小车的运动轨迹跟滑轮在一条直线上。教师：其实我们可以选用图5所示器材，从而让小车的运动轨迹在一条直线上。这时教师可以让学生动手后进行质疑，学生A：小车与纸带的连接如果不平整，会影响小车的运动。学生B：小车、打点计时器、砂桶必须在一条直线上。各小组将发现的问题进行质疑讨论，得出正确的做法，这个过程非常必要而有效。
问题串的设置应以建构主义理论和最近发展区理论为依据，以学生已有知识为依据，逐步推进，逐步深入，引导学生完成新知识的构建。问题串的设置还应有利于小组互助学习，有一定的思考和讨论价值，最好可以通过观察和实验进行验证；例如在上例实验中，学生提出保证小车直线运动的方法后，可以马上进行实验验证。问题串的设置应注重让学生体验尊重事实、尊重实验的科学态度和责任。
2.3 用STSE思想进行物理模型构建
STSE思想强调将科学技术与社会环境的关系，是一种指导物理学科教学的新理念，是普通高中物理教科书编写重要理念。在建模过程，结合STSE思想，可以实现多种核心素养的培养目标。下面以带电粒子在偏转电场的教学为例说明实施途径。
如图一个带正电、质量为的粒子以初速度垂直于平行板间的匀强电场飞入两板间的中央，如图6所示．若两平行板间距为ｄ，极板长度为L,试分析带电粒子的运动。该部分教学中，我们目标是引导学生构建带电粒子做类平抛运动，我们还是通过问题串的设置来实现这一目标。
问题１：请分析带电粒子的受力？学生：电场力。
问题２：电场力的特点？学生；力的大小 ，方向，与电场方向相同（相反）。
问题３：结合带电粒子的初速度方向，试分析它的运动情况？学生小组讨论后：初速度方向，粒子不受力，做匀速直线运动；沿电场方向，粒子做初速度为零的匀加速直线运动；结论，粒子做类平抛运动。
教师总结该处用到的知识点，表扬孩子们应用已有知识解决新问题能力。
问题４：带电粒子从进入到出平行板电容器，是否是标准的类平抛？
这个问题有很挑战，可以让小组进行讨论，然后汇报讨论结果。在生生互动和师生互动中，学生明白：平行板电容器两极板间距不太大时，中间部分为匀强电场，而边缘部分不是匀强电场，因此刚进入和出电场小范围电场力会变化。
问题５，那带电粒子在偏转电场中运动是类平抛吗？学生讨论：由于粒子初速度很大（通常为几百米每秒），而边缘范围很小，故我们可以用类平抛运动模型解决问题。
问题６，根据你的观察和思考，生活及生产活动中，有哪些电磁污染？学生：电视、电磁炉、电动机、手机…
STSE思想融入物理模型构建的教学，首要目的是建模素养的培养，因此问题串的设置应紧扣这一目标；在实现这一目标过程，注重科学、技术、生活与知识的关联；建模过程应引导学生分析影响问题的主次因素，抓主要因素。其次，我们注重介绍和探讨科学、技术与社会之间的相互关联；引导孩子们关注追求发展与资源、环境的平衡，关注科学技术双刃剑问题；树孩子们心中社会责任感。
3 结束语
物理模型构建是物理学科核心素养重要目标之一，物理教学中，用建构主义和最近发展区理念为依据，以问题串的形式，以建模为重要抓手，有利于小组合作式教学开展，有利于活跃课堂气氛和培养学生学习兴趣，有利于培养学生科学态度和社会责任感，有利于学科核心素养其它目标的实现。
参考文献：
[1]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订） [S].人民教育出版社
[2] [美]玛丽.凯.里琪 林文静译 可见的学习与思维教学[M] 中国青年出版社，2017.1
[3]廖伯琴.普通高中课程标准（2017年版）教师指导[M].物理 上海教育出版社
[4] 黄恕伯.提升学科核心素养的教学思路[C] 普通高中教科书（人教版）《教师培训手册》160-181 人民教育出版社