析悟问题情境 导向核心素养

收稿日期：2023-11-28

作者简介：郑思妍（2000-），女，硕士研究生，主要研究物理学科教学。

*通信作者：皮飞鹏（1965-），男，副教授，主要研究物理课程与教学论。

摘   要：教材“问题”栏目的情境设置直接反映课标要求，是情境素材的重要来源。参考马扎诺的教育目标分类理论，通过调整已有的情境类型学分析框架，对2019年人教版高中物理选择性必修教材“问题”栏目的情境特点进行了量化分析。结果表明，三本教材的问题情境具有“贴近生活实际”“以培养学生的高阶思维为主”等特点。在教学实践中，可通过再现情境、增补情境、修改情境、关联情境等手段，更有效地发挥“问题”栏目的教学功能，促进学生核心素养的全面发展。

关键词：高中物理教材；“问题”栏目；情境类型学；教学建议

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2024）4-0029-5

随着新课程改革的发展，情境教育已经成为引领教学改革的重要概念之一［１］。《普通高中物理课程标准（２０１７年版）》（以下简称“新课标”）强调了情境在教学中的重要性及其在培养学生物理学科核心素养方面的关键作用［２］。教材根据课程标准编制而成，为落实新课标，２０１９年人教版高中物理教材在每节内容的开头特别设计了“问题”栏目，旨在构建真实情境，激发学生学习兴趣，通过问题解决培养学生高阶思维，促进核心素养的发展。

教材的“问题”栏目是情境素材的重要来源，所提供的问题情境在教学中具有重要价值。目前，国内的问题情境分析框架多种多样［３－４］，但较少涉及思维层级的分析。本文参考马扎诺的教育目标分类学，构建了包含“问题”栏目所致力于发展的思维水平在内的情境类型学分析框架，从辨别参数、内容参数和装扮参数三个方面对新人教版高中物理选择性必修教材“问题”栏目的情境特点进行量化分析，以期得到真实可靠的情境分析结果，从而为该栏目的使用提供参考。

1    “问题”栏目情境分析框架的构建

比利时教育学家罗日叶提出的情境类型学理论框架包含辨别参数、内容参数和装扮参数三个方面。辨别参数侧重于对情境的外部特征进行分析，包括情境来源、涉及的学科领域等；内容参数则聚焦于解决问题时所涉及的内部因素，其中包括问题之间的关联性等；而装扮参数指的是解决问题时起到引导或阻碍作用的因素，如问题与情境的结合程度等［５］。为了确保情境分析的科学性，本文以情境类型学为基础，借鉴了马扎诺的教育目标分类理论，契合新课标的要求，聚焦物理学科特点，重新构建了问题情境分析框架。

首先，学科核心素养是构建学生必备品格与关键能力的基石，素养立意的情境设计才更具价值。因此，在已有的情境分析框架基础上［６］，在内容参数的二级维度中引入了“物理学科核心素养”这一要素，以深化对“问题”栏目在培养学科核心素养方面的价值分析。其次，学科教育的目标之一是发展学生的高阶思维，而知识是学生认知加工的必备条件，为分析“问题”栏目所致力于发展的思维水平以及在运用知识类型上的着重点，修订原有的情境分析框架，借鉴马扎诺的教育目标分类理论的二维模型，对辨别参数、内容参数下的两个二级指标进行调整，分别改为“致力于发展的思维水平”和“被运用的知识类型”［７］。最终，得到包含３个一级维度、１２个二级维度和３７个三级维度的分析框架，如表１所示。

考虑到每个一级维度下二级维度和三级维度的数量差异，为了便于对比分析，采用我国学者提出的加权平均的分析方法来处理数据［８］：先计算每个二级维度的加权平均值，如情境来源a=■，其中n１，n２，n３，n4分别是情境来源为学科知识（a1）、生产生活（a2）、自然现象（a3）、科技前沿（a4）的问题数，且ａｔ＝ｔ；在此基础上计算每个一级维度的平均值，如辨别参数S1=■，其中ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ， ｆ分别为“情境来源”“涉及的学科领域”“情境任务”“情境的开放程度”“教学功能”和“致力于发展的思维水平”的值，x为二级维度的个数。与此同时，为更好地说明二级维度得分的高低，采用编码赋值的中间值■=■作为基准值进行比较。

2    “问题”栏目的情境分析

2．１    辨别参数的分析

辨别参数主要用于对情境的外部特征进行定性分析，其数值越大，说明该问题的情境化程度越高，对学生的抽象建模能力以及思维能力的要求越高。通过对三本教材的辨别参数进行比较分析（表２），可以看出选择性必修１和选择性必修３的辨别参数相近，而选择性必修２的辨别参数明显较高，说明选择性必修２的问题情境化程度较高，学生在解决问题过程中所需要调动的高阶思维较多。

表２  “问题”栏目的辨别参数比较

■

具体到二级维度，如图１所示，从“情境来源”方面来看，三本教材的情境来源得分均低于中间值an＝２．５，说明“问题”栏目的情境大多数来源于生产生活和学科知识，而自然现象和科技前沿的问题情境较少涉及。这一编排具有合理性，通过创设熟悉的生产生活情境，激发学生的学习动机，帮助学生从生活走向物理，从物理走向社会，契合了注重与生活实际相结合的课程理念。从“涉及的学科领域”来看，三本教材的得分均低于中间值bn＝1．５，这表明问题情境涉及的学科领域主要以物理学科为主，较少与其他学科建立联系，而跨学科的问题情境更有利于培养学生的跨学科思维和综合素养。从“情境任务”来看，选择性必修１和选择性必修３的得分均低于中间值cn＝３.0，选择性必修２的得分高于中间值cn＝３.0，选择性必修２的情境任务以问题解决和设计方案居多，问题解决的情境任务有利于引发学生思考，提高学生的迁移创新能力，从而促进其科学思维的发展。

从“情境的开放程度”来看，三本教材的得分均接近但未达到中间值dn＝１．５，说明以传统的封闭性问题为主。封闭性问题有利于突出教学目标，促进学生的高层次思考；而开放性的问题情境有利于发散学生的思维，促进学生的深度学习。从“教学功能”来看，三本教材的得分均高于中间值en＝２.0，以探测学生的前概念为主。由此可见，此栏目融合了建构主义学习理论，通过问题解决引发认知冲突，帮助学生对前概念进行解构与重构。这一设计有助于促使学生主动参与学科探究，提高其学科认知水平。从“致力于发展的思维水平”来看，三本教材的得分均高于中间值fn＝２．５，表明三本教材的“问题”栏目对学生的思维水平要求较高，特别是选择性必修１和选择性必修２，致力于培养学生的高阶思维，这与课程目标相吻合。

■

图１  “问题”栏目辨别参数的二级维度比较

2．２    内容参数的分析

内容参数是指在解决问题过程中所涉及的内部因素，该值越高表明该问题对学生的综合能力要求越高。通过对三本教材的内容参数进行比较分析（表３），可以看出选择性必修２和选择性必修３的内容参数相近，而选择性必修１的内容参数明显高于其他两本教材，这说明选择性必修１对学生的综合能力要求较高，考查学生多方面的能力与素质。

表３  “问题”栏目的内容参数比较

■

具体到内容参数的二级维度，如图２所示，从“物理学科核心素养”方面来看，三本教材的学科核心素养得分均低于中间值gn＝２．５，可见教材的“问题”栏目以培养学生的物理观念和科学思维为主，其余两方面占比较少。这一设计的原因在于物理观念和科学思维是学科核心素养的基石，“问题”栏目注重培养学生基于事实经验建立物理模型，促进科学推理能力的发展。从“问题之间的关联性”来看，三本教材的得分均低于中间值hn＝２.0，说明大多数问题都是以单个问题的形式出现。相比于单个问题，具有层次性的问题链更有利于降低学生的理解难度，调动学生的高阶思维，促进深度学习。

从“被运用的知识类型”来看，选择性必修２和选择性必修３的得分均低于中间值in＝１．５，可见“问题”栏目主要关注物理问题内容，即物理概念、规律等，学生的具体解题过程少量涉及。从“数学使用技巧”来看，三本教材的得分均低于中间值jn＝２.0，说明三本教材用到的数学技巧偏少。但选择性必修１的得分最高，因为选择性必修１的主体内容是振动与波动，此内容常用数形结合的思想描述相关概念，这也是选择性必修１的内容参数高于选择性必修２和选择性必修３的主要原因。

■

图２  “问题”栏目内容参数的二级维度比较

2．３    装扮参数的分析

装扮参数指的是解决问题时起到引导或阻碍作用的因素，该值越高，表明该问题对学生的提取与整合信息的能力有更高要求。通过对三本教材的装扮参数进行比较分析（表４），可以看出选择性必修１和选择性必修３的装扮参数相近，选择性必修２的装扮参数较低，说明选择性必修１和选择性必修３的问题和情境的结合程度更高，更注重培养学生的信息整合能力。

表４   “问题”栏目的装扮参数比较

■

具体到二级维度，如图３所示，从“问题与情境的结合程度”来看，三本教材的问题与情境的关联性得分均高于中间值kn＝２.0，可见问题与情境的耦合程度都较高，大部分为情境嵌入型和情境结合型，需要学生在充分理解情境的基础上才能进行解答，体现了问题与情境的高质量融合。从“对已知信息的处理”来看，三本教材对已知信息的处理的得分均高于中间值ln＝１．５，说明学生在解决问题时需要深入挖掘情境中的隐含条件，对背景信息作出一定的改变，如设定物理量、几何作图等。

■

图３  “问题”栏目装扮参数的二级维度比较

2．４    总体结果分析

从辨别参数方面来看，“问题”栏目的情境主要来源于生产生活，以单学科和封闭性的问题情境居多，教学功能主要是探测学生的前概念。此外，该栏目也通过提供合理的深度学习情境和设计合适的深度学习问题，让学生在解决问题过程中经历提出问题、猜想假设、模型建构等一系列过程，从而培养其高阶思维能力。在内容参数层面，“问题”栏目以问题引导学生转化前概念进而建立物理观念，以问题发展科学思维，提高其科学探究能力，在问题情境中渗透科学态度与责任，将情境设计的价值体现得淋漓尽致。在装扮参数上，“问题”栏目所设计的情境与问题高度融合，培养学生的信息提取与处理能力，以情境为载体去解决问题，提高学生的情境转化能力。

3    “问题”栏目的教学使用建议

3．１    再现问题情境，建立物理观念

教材依据课程标准编制而成，充分考虑学生的认知发展规律。作为宝贵的教学资源，“问题”栏目设计的情境大多来源于生活实际，教师可直接利用这一“问题”栏目进行教学导入，引发学生的认知冲突，激发他们的学习兴趣，并在解决问题的过程中逐步构建物理观念。以“认识传感器”一节的“问题”栏目为例，情境设计如下：盒子的侧面露出一个小灯泡，盒外没有开关，将一磁铁放在盒子上方，灯泡发光，将磁铁拿走，灯泡熄灭。学生需要思考盒子里可能有什么装置能够导致这种现象。此情境的趣味性较强，教师可以在课堂上进行实验演示，引发学生的好奇心和求知欲，在解决问题的过程中，学生逐步建立起对传感器这一物理概念的理解。

3．２    增补问题情境，发展科学思维

教材的“问题”栏目创设了大量的真实情境，但大多数都是以单一情境的形式出现，而高阶思维的培养需要丰富的问题情境作为载体［９］，并且多样化的问题情境可以将抽象概念融合到具体实例中，让学生经历模型建构的过程，逐步发展学生的科学思维。因此，教师可以对“问题”栏目的情境进行补充，创设丰富的情境群，并设计具有层次性的问题链，以引导学生由易到难地理解和掌握知识。例如，“动量”一节的“问题”栏目展示了两个完全相同的钢球的碰撞情况。为了加强学生对碰撞的物理模型的理解，教师可在此问题情境之前引入更多生活中的碰撞实例，使学生能够从日常生活中抽象出物理模型的概念。此外，“问题”栏目中的两个小球是完全相同的，在探究碰撞过程中的不变量时，学生难以联想到质量这一影响因素。因此，教师可在此问题情境的后面补充演示两个质量不同钢球的碰撞情况。在此情境群下，拟定一系列结构化问题，在解决结构化问题的过程中实现培养问题意识、发展科学思维的教学诉求。