以问题为导向构建物理模型的过程

以问题为导向构建物理模型的过程

——以 《 自由落体运动》 为例

骆宏兵 广东省河源市源城区东埔中学 517000

摘要：建构主义理论在教育领域中的影响是多方面的，它是通过教材、教师、学生三者之间的互动、对话与交流实现的。根据建构主义的观点，教材提供的知识不再是学生机械接受内容，而是学生主动建构的对象，而问题学习正符合建构学习的特征。以问题导向的教学模式能激发学生的学习兴趣，突出学生在课堂中的主体地位，有利于提升学生独立思考和解决问题的能力，在自主认知中逐渐实现知识模型的建构，使课堂教学得以更高效地开展。

关键词：高中物理；问题导向；模型建构

一、物理模型在教学中的作用

物理教学目标的达成首先是对知识的理解。然而，自然界中的一切事物始终都与许多其他事物联系在一起，并处于不断变化之中。面对复杂性，大家在开始科学研究时，始终遵循着从简单到复杂、由浅入深的方法论。而物理模型的构建，能将复杂的问题变得简单明了有迹可循，有利于学生将抽象的物理问题生动化、形象化和实用化，对新知识的认知形成事半功倍的实际效果，对学生逻辑思维的发展起到重要促进作用。例如在粤教版物理必修一《2.4自由落体运动》的课程中，教师可以引导学生通过探究，将自由落体运动模型建立在其自身认知结构中已有的匀变速直线运动模型上，实现知识建构上的纵向联系，使学生更容易接受和理解新的知识。当然这种建构必须经历学生基于真实情景中发现问题、合作交流、自主探究等过程来实现，通过这种科学探究的建构过程，也有利于学生学科素养的提升。

二、以问题为导向的教学设计要点

在物理模型的建构过程中，教师可以通过问题导向的教学模式，引领学生达成学习目标。在问题导向的物理课堂中，教师通过提问的方式将教学内容传达给学生，学生通过思考、探究、交流、纠错等方式参与课堂。但问题导向只是一种为了能顺利实现教学目标而采用的方法手段，教学中必须分清主次，有侧重点。问题设置还要注意学生的经验知识、现有能力、教学环境等，以适合不同能力层次的学生，才能激励所有学生积极参与教学，使全体学生都能有所思有所得。此外提问不是为了得到标准答案，而是让学生展开丰富的想象，拓展学习思路，从而提升他们的创造性思维，培养科学精神。答案的多样性意味着学生确实经历了自主思考的过程，而思考的过程其实是比答案更加宝贵的。

三、《自由落体运动》课程问题设计

1.教学流程图

2.情景引入

播放视频：树叶飘落、雨滴从屋檐落下。

问题设置：物体下落有规律吗？前人有过怎样的研究？

设置意图：这是个基于真实情景的问题，部分学生受前概念的影响会认为重的物体下落快，第1个问题的设置目的在于暴露学生的错误前概念，为后面正确认识落体运动埋下伏笔；第2个问题目的在于使学生通过物理学史的学习，认识物理学发展的历程，从亚里士多德与伽利略相隔近两千年的隔空对话中，体会到前人探究科学的质疑精神以及辩证分析问题的思想，有助于学生正确价值观的形成，起到立德树人的作用。

3.新课教学

3.1探究一：物体下落快慢与物重的关系

问题设置：亚里士多德与伽利略对落体运动的结论是不相同的，你能通过实验探究物体下落与物体重量的关系吗？

设置意图：借助问题，引发学生思考，问题的答案并不是唯一性的，当学生的思维充分调动后，教师要给予学生一定的方法引导。如下表可作为学生探究的参考。

学生通过探究，发现实验1中同样重量的纸，下落快慢不同；实验2中不同重量的纸，下落快慢相同。通过对比分析得出：物体下落快慢与物重无关。

3.2探究二：物体下落快慢与空气阻力的关系

学生通过前面实验，得出物体下落快慢与物重无关。

问题设置：影响物体下落快慢的因素是什么？

设计意图：再次引发学生思考，部分学生可能会认为跟物体的体积形状等因素有关，教师适时引导学生逐渐剖析问题，还原事实真相。

问题设置：我们猜想影响物体下落的快慢与空气阻力有关，如何用牛顿管仪器验证你的猜想？

设置意图：可能有少部分学生因为错误的前概念，仍不能很好理解物体下落与物体的重量无关，通过牛顿管实验的验证，学生最终发现物体下落快慢受空气阻力的影响但与物重无关。这种带着问题去探究并最终发现事实本质规律的过程，更利于让学生发现他的前概念与事实真相之间的区别，从而建立落体运动的基本概念。在培养了学生的辩证思维能力的同时，也为后面探究自由落体运动的规律、构建自由落体运动的模型打下坚实基础。

3.3探究点三：自由落体运动的规律

教师提出概念：物体只在重力作用下从静止开始下落的运动叫做自由落体运动。

问题设置：通过牛顿管的实验，我们发现自由落体运动是一种加速运动，它是我们熟知的匀加速直线运动吗？如果是，它要符合匀加速直线运动的什么规律？请小组合作验证猜想。

设置意图：通过前面章节的学习，学生已经建立了匀变速直线运动的模型，这些问题的，可以引导学生在熟悉的模型上建构新知识。根据课文中小球做自由落体运动的频闪照片插图的数据，引导学生通过小组的交流讨论与合作探究，最终发现小球在任意两个连续相等时间里的位移之差相同，正符合匀加速直线运动的特征。学生经过小组协作，在思想的交流融合中，逐渐将自由落体运动构建成一种特殊的匀加速直线运动，从而达成新模型的建构。

4.课堂小结

问题设置：学到了什么？

设置意图：课堂小结是课堂教学不可缺少的部分。通过小结，学生不仅将这节课的知识进行汇总，还构架出整节课的探究过程，进一步熟悉模型建构的方法，加强学生建构模型的能力，为学生将来学习新知识、建构新模型提供了基础。

尽管问题是物理模型搭建的导向，但是在实际的物理教学中提问不能随意而为，要有递进有层次，才能让学生紧紧围绕着主题，深入地开展探究性活动。教师所提的问题，要能够结合物理情景，从物理学的角度引发学生探究的欲望，促进物理课堂教学的顺利开展，从而有效落实培育科学探究素养的课程目标。

参考文献：

[1]高洁，房丽敏，潘苏东.落实核心素养的物理教材分析观[J].课程.教材.教法，2021(03):104-109.

[2]金波.高中物理教学中物理模型的构建与运用研究[J].中学生数理化（学研版）,2017(7期):61-61.

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