高中物理问题解决策略的探究

一、研究背景

《普通高中物理课程标准（2017 年版 2020 年修订）》明确提出，物理教学需以核心素养培养为核心，注重通过真实问题情境考查学生知识运用与问题解决能力。然而，当前高中物理教学中，学生在问题解决方面普遍存在诸多困境。东江中学作为区域内高中教学改革的试点学校，针对上述问题，推出 “三基于课堂” 教学改革，以 “发现式预习 — 互动课堂 — 分层测试链” 三维教学模型为核心，试图打破传统教学局限，为学生物理问题解决能力培养提供新路径。

二、“三基于课堂”的创新架构

（一）系统化设计理念

东江中学“三基于课堂”，“三基”是基于发现问题的有效预习、基于问题解决的互动课堂、基于分层的限时测试链。“三基于课堂” 的系统化设计理念贯穿教学全流程，强调预习、课堂、测试三大环节的关联性与逻辑性，形成 “课前铺垫 — 课中突破 — 课后巩固” 的闭环教学体系。这种系统化设计打破了传统教学中 “预习随意化、课堂碎片化、测试单一化” 的问题，使每个教学环节都紧扣 “问题解决能力培养” 这一核心目标，确保教学资源高效利用，教学效果层层递进

（二）操作性定义

（1）基于问题发现的有效预习模式：

旨在激活元认知监控能力，构建包含“通读建构—问题识别—预研确认”三个阶段的训练体系。首先，通读教材内容并完成思维导图绘制，以此实现知识框架的初步构建；接着借助 “红绿灯疑问卡” 精准捕捉学习卡点，其中红灯标注完全不懂的内容、黄灯标记部分模糊的疑点、绿灯标识已掌握的知识点；最后通过完成基础层学案进行预研验证，整个过程中，始终贯穿‘问题扫描 $$ 关键障碍标注 $$ 预解决方案构想’的思维训练路径。

（2）基于问题解决的互动课堂流程：

采用 “预习反馈校准、焦点问题攻坚、策略生成迭代、迁移应用验证、素养内化评估” 五步教学法推动深度学习。

（3）基于分层教学理念的限时测试体系：

设计动态测试包实现学业水平的梯度检测，测试内容按 “基础巩固（ 60% ） + 能力跃迁（ 30% ） + 创新突破（ 10% ）” 的比例配置，每个教学单元配套 3 级递进式测试，全面覆盖知识掌握、技能运用

与创新思维等核心素养维度。

三、问题解决策略培养体系

当前，提升学生物理问题解决能力的策略已形成多元路径，例如通过启发式教学引导学生主动探究、系统传授解题思路与技巧、指导学生构建物理模型以简化复杂问题等。其中，“三基于课堂”作为契合课标理念的教学模式，在提升学生物理问题解决能力方面展现出较大的可行性与实践价值，为核心素养导向下的物理教学提供了新的抓手。

（一）预习策略的系统孵化

▲ 表1 预习任务单设计范式

以《力的合成》预习阶段为例的 " 问题扫描－障碍标注 - 预解决方案" 实践描述：

1. 问题扫描阶段

学生在填写预习任务单的过程中，会按照以下步骤进行认知探索：

通读教材：聚焦粤教版必修一第三章第四节，重点关注" 合力与分力的等效替代关系" 及" 平行四边形定则" 的推导过程

思维导图建构：绘制包含" 矢量叠加本质 $$ 实验探究方法→数学表达式推导" 的知识网络图

问题雷达启动：在预习学案标注3 处认知困惑：

疑惑1：为何实验中强调必须同时拉动两根弹簧测力计？疑惑2：分力夹角θ 与合力大小F 的定量关系难以直观理解？疑惑3：对" 力的合成" 与" 代数加减" 的本质区别存在混淆？

2. 障碍标注阶段 高频障碍点

①65% 学生无法正确推导 1②42% 学生误将合力方向判定为两分力方向的算术平均个性误区标注（示例学生A）：误判案例：将 F₁=3N 、 F₂=4N 、 θ=90^∘ °的合力计算为 7N（未意识矢量性）

标注等级： （五星难度标定系统）

可视化障碍：生成三维力矢量动态图，暴露学生思维断点：

3. 预解决方案建构

学生依托已有知识储备展开自主攻关：

方案1：类比迁移法

借鉴速度合成经验：将力矢量与速度矢量进行类比，建立" 矢量三角形" 认知模型

方案2：数学建模法

建立直角坐标系：推导分力在 x 、y 轴的投影表达式：

通过几何画板动态演示：当 α+β=6 时，合力矢端轨迹构成椭圆特性；

方案3：元认知反思填写KWL 反思表：

预习成效反馈：

通过预习题检测，正确率从初期的 48% 提升至 72% ，课堂焦点问题精准度提高，同时教师二次备课将教学重心调整为“矢量运算的数学本质”，生成新型教学资源。该实践体现“认知冲突 $$ 策略激活 $$ 元认知监控”的深度学习闭环，为《力的合成》新课教学奠定精准的认知锚点。

（二）课堂策略的动态生成

1. 预习反馈校准

检查发现： 84% 的学生无法解释为何在 θ=90^∘ 时合力 F 合=5N 而不是 7N，通过生成三维力矢量热力图，可以揭示学生在力的合成理解上的核心认知冲突点。

个案追踪：有同学提出 " 合力可能小于分力 " 的猜想，但缺乏数学验证；

动态调整：教师将原定的 " 平行四边形定则推导 " 调整为 " 矢量运算本质探究"，投放问题包：

【焦点问题】如何用代数运算解释 ？

【认知阶梯】从标量叠加误区切入，引发矢量性思考

2. 焦点问题攻坚（20 分钟）

实验突围：分组使用作图法和数据拟合完成三组关键实验：

思维碰撞：

学生发现实验 B 组实测值远小于直觉预判，触发关于 " 矢量方向性 " 的深度讨论，教师通过“平行四边形演示仪”演示实验结果，让学生理解：两个力的合力，不管夹角是锐角、直角、钝角都可以通过平行四边形法则求解。

3. 策略生成迭代策略孵化：

第 1 小组提出 " 三角函数解构法 "：通过构建辅助直角三角形计算分量

第 2 小组开发 " 矢量分解坐标系 "：建立 x-y 轴投影方程推导

公式

优化升级：

结合两种策略形成复合方案：

F_-{ 合

4. 迁移应用验证

工程情境：呈现2023 港珠澳大桥索塔受力分析真实案例：

给定钢索拉力 要求计算横向风载下的合力大小与方向

验证突破：

学生运用迭代策略计算得 F 合 ≈7.21×10⁵N ，与工程实测值7.19×10⁵N 误差仅 0.28% ，证实策略可靠性

课堂策略的动态生成是问题解决能力培养的关键环节，通过预习反馈校准、焦点问题攻坚、策略生成迭代、迁移应用验证四个步骤，实现学生解题策略的内化与优化。

（三）测试链的反馈迭代（1）基础层测试与诊断反馈

限时测试：5 道基础题（分力夹角 Θ=0^∘ 、 120^∘ 、 180^∘ 的合成计算；平行四边形作图法验证）样例题目：已知 F₁=5N 、 ， θ=90^∘ °时，求合力大小及方向（考察平行四边形法则的应用）（2）能力层测试与动态调整（周末）测试设计：分层组卷青铜卷（ Θ=60^∘ 的合力计算）白银卷（三力合成问题： F₁=3N 、 F₂=4N 、 F₃=5N 互成 120^∘ ）黄金卷（斜面上物体的合力分析）创新模块：设置动态角度调整题（通过滑块实时改变 θ 值，观察合力变化规律）

（3）创新层测试与素养培育（月末）测试设计：

PBL 项目测试：《设计班级门窗推拉系统力学优化方案》

要求：分析推拉过程中的受力变化，提出摩擦力和合力的调控方案评价维度：模型建构（ 40% ）、策略创新（ 30% ）、工程伦理（ 30% ）

反馈迭代实效（两轮周期后）

未来，可从三方面进一步完善：一是丰富预习任务形式，结合线上学习平台，设计互动式预习课件、虚拟实验预习任务，提升预习的趣味性与实效性；二是细化分层测试标准，结合学生实时学习数据，构建动态分层机制，实现测试与教学的更精准匹配；三是加强跨学科融合，在物理问题设计中融入数学、化学、生物等学科知识，培养学生跨学科问题解决能力，进一步提升核心素养培育质量。