基于高中物理核心素養(yǎng)的習(xí)題教學(xué)

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摘要：在我國新一輪課堂教學(xué)改革育人目標(biāo)指向?qū)W生核心素養(yǎng)的大背景下，如何在學(xué)科教學(xué)中落實(shí)核心素養(yǎng)，是一線教師要探究和解決的問題。本文以曲線運(yùn)動的習(xí)題課教學(xué)為例，闡述如何在習(xí)題教學(xué)中提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：高中物理教學(xué)；運(yùn)動的合成與分解；習(xí)題課；物理核心素養(yǎng)

習(xí)題課是中學(xué)物理教學(xué)中一個非常重要的環(huán)節(jié)，它貫穿于整個中學(xué)物理教學(xué)過程中，是提高物理教學(xué)質(zhì)量和實(shí)現(xiàn)學(xué)科育人目標(biāo)的重要途徑之一。新課標(biāo)要求物理教師結(jié)合教學(xué)實(shí)際情況創(chuàng)造性地開展教學(xué)工作，將物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)融入到物理教學(xué)活動的全過程。因此，為順應(yīng)課程改革目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)由單一的學(xué)科知識結(jié)為中心向以個人終身發(fā)展、終身學(xué)習(xí)為主體的核心素養(yǎng)目標(biāo)轉(zhuǎn)化，本文以人教版高中物理必修二第五章第一節(jié)曲線運(yùn)動習(xí)題課——運(yùn)動的合成與分解的教學(xué)片段為例，談如何在習(xí)題教學(xué)中落實(shí)物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

一．精心設(shè)計(jì)教學(xué)活動，促進(jìn)物理觀念形成

問題1：兩個互成角度的勻速直線運(yùn)動的合運(yùn)動是什么運(yùn)動？你能不能用現(xiàn)有的器材設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來證明你的結(jié)論？教師給每個學(xué)習(xí)小組提供有圖釘、直尺、細(xì)線、小球等實(shí)驗(yàn)器材。學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。有的同學(xué)二人配合，一邊沿水平方向的尺子移動鉛筆，一邊推動尺子上移；也有相當(dāng)一部分同學(xué)設(shè)計(jì)出如圖1所示實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行探究并展示。展示的兩名同學(xué)互相配合，其中一人將手中握筆沿著尺子向右勻速移動，另外一人每隔一段時間記錄小球所在位置，這樣就描繪出了合運(yùn)動的軌跡。受此方案啟發(fā)，立即有同學(xué)將刻度尺傾斜，如圖2所示，構(gòu)建出兩個分運(yùn)動所成的角度為任意值，由剛才兩分運(yùn)動互相垂直拓展到一般形式。這樣，研究形式就不僅僅局限于互相垂直的特殊情況，完成了從特殊到一般的研究過程。問題2：兩個互成角度的變速直線運(yùn)動的合運(yùn)動是什么運(yùn)動？仍利用上述方案通過實(shí)驗(yàn)觀察現(xiàn)象，只是將筆沿尺子變速運(yùn)動，仍然每隔一段時間記錄小球所在位置。結(jié)果仍為直線運(yùn)動。問題3：為什么兩次觀察到物體的運(yùn)動軌跡都是直線？經(jīng)過對兩個運(yùn)動過程的比較和思考，并借助于作出的速度矢量示意圖，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)，無論分方向的運(yùn)動是勻速運(yùn)動還是變速運(yùn)動，由于合運(yùn)動的速度方向并沒有發(fā)生改變，因此合運(yùn)動軌跡就是一條直線。問題4：怎樣判斷兩個分運(yùn)動的合運(yùn)動軌跡是直線還是曲線？經(jīng)過問題3的鋪墊，至此這種問題研究方法呼之欲出：即只要判斷合運(yùn)動的速度方向有無變化即可知其軌跡是曲是直。設(shè)計(jì)思路：學(xué)科活動是形成素養(yǎng)的途徑。物理觀念并不是概念和規(guī)律本身，而是在學(xué)習(xí)概念和規(guī)律基礎(chǔ)上知識的內(nèi)化；物理觀念是其他核心素養(yǎng)的基礎(chǔ)，只有形成正確、全面而深刻的物理觀念，才能在此基礎(chǔ)上發(fā)展核心素養(yǎng)的其他三個方面。而所有素養(yǎng)的形成與發(fā)展，必須要蘊(yùn)含在精心設(shè)計(jì)和踏踏實(shí)實(shí)開展的教學(xué)活動中。如果沒有以優(yōu)質(zhì)的學(xué)習(xí)活動過程作為支撐，即使學(xué)生知道了一些概念與規(guī)律，也不能形成全面、深刻而正確的物理觀念，更不能將其自覺應(yīng)用于解釋現(xiàn)象和解決問題當(dāng)中。在這個教學(xué)過程中，教師提供了實(shí)驗(yàn)器材，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)了學(xué)習(xí)探索的問題情境，充分發(fā)揮了情境在轉(zhuǎn)化為素養(yǎng)方面的作用。在這種條件下，學(xué)生根據(jù)需要解決的問題，思考采用何種方案才能達(dá)到解決目的，通過自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、分析現(xiàn)象產(chǎn)生的原因、找出規(guī)律，得出結(jié)論等一系列思維活動，經(jīng)歷了獨(dú)立思考、分析比較、討論交流、相互啟發(fā)的自主學(xué)習(xí)過程，加深了對運(yùn)動的合成與分解規(guī)律的理解，豐富了運(yùn)動與相互作用觀念的組成部分，內(nèi)化與升華了概念體系。同時，四個問題螺旋上升，為學(xué)生思考搭建合理臺階，加強(qiáng)了對學(xué)生思維的引導(dǎo)，凸顯了物理學(xué)科以觀察實(shí)驗(yàn)和物理思維相結(jié)合的學(xué)科特點(diǎn)，使學(xué)生感悟到一個結(jié)論的得出，不能僅靠主觀臆測，必須要以客觀事實(shí)作為依據(jù)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步總結(jié)得出非特殊情況中如何確定合運(yùn)動性質(zhì)。

二、多種研究方法并舉，促進(jìn)科學(xué)思維發(fā)展

問題1：一個物體同時參與兩個互相垂直方向的運(yùn)動，水平方向做勻速直線運(yùn)動，豎直方向做勻加速直線運(yùn)動，那么這個物體的運(yùn)動軌跡是什么樣的？學(xué)生依然想要使用給定器材來通過實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論。發(fā)現(xiàn)無法保證和控制豎直方向物體做勻加直線運(yùn)動。問題2：既然無法用現(xiàn)有器材通過實(shí)驗(yàn)的方法來確定這種復(fù)合運(yùn)動的性質(zhì)，那么你可以用什么辦法來研究這個問題？至此，學(xué)生容易想到還可以采用理論分析的方法來確定兩種運(yùn)動的合運(yùn)動性質(zhì)。即依據(jù)物體做曲線運(yùn)動的條件，由物體運(yùn)動過程中合外力與速度方向是否共線來判斷。設(shè)計(jì)思想：這一教學(xué)片段可以視為第一個教學(xué)片段的延續(xù)。物理觀念不同于概念和規(guī)律本身，而是在概念和規(guī)律在頭腦中的提煉和升華。它反映了人對于概念的加工。同時，觀念獲得后的要應(yīng)用于解釋現(xiàn)象和解決實(shí)際問題，在問題解決和現(xiàn)象解釋中提煉和升華物理觀念。在上問題最后已經(jīng)總結(jié)出如何判斷某兩個互成角度的直線運(yùn)動的合運(yùn)動性質(zhì)的方法，只要能夠確定出物體的合速度方向是否發(fā)生變化即可知軌跡是曲是直。根據(jù)這一結(jié)論進(jìn)行理論分析得出結(jié)果，即從物理學(xué)的視角看待和解決問題。高中學(xué)生較于初中，邏輯思維更加發(fā)展。比如初中還只能用實(shí)驗(yàn)的方法得出串并聯(lián)電路的有關(guān)規(guī)律，高中便可以采用理論推導(dǎo)的方式。本教學(xué)片段中，通過理論推導(dǎo)，與上一環(huán)節(jié)的實(shí)驗(yàn)探究相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了理論與實(shí)驗(yàn)的完美匹配，證明該結(jié)論的可靠性，同時也體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)探究和理論探究都是重要的科學(xué)研究方法，兩者是相輔相成的。二者結(jié)合，可以讓學(xué)生體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的魅力和邏輯的力量。人的發(fā)展在于思維能力的發(fā)展。物理教學(xué)不僅要使學(xué)生掌握表層的物理知識，更重要的是學(xué)會在表層知識背后蘊(yùn)含的更深層次的東西——物理學(xué)的研究思想與方法，以及物理學(xué)習(xí)的內(nèi)核——形成價值取向，提升素養(yǎng)。課程標(biāo)準(zhǔn)中對科學(xué)思維提出了如下目標(biāo)：能運(yùn)用科學(xué)思維方法，從定性和定量兩個方面對相關(guān)問題進(jìn)行科學(xué)推理、找出規(guī)律、形成結(jié)論；具有使用科學(xué)證據(jù)的意識和評估科學(xué)證據(jù)的能力，能運(yùn)用證據(jù)對研究的問題進(jìn)行描述、解釋和預(yù)測。同時，必修二關(guān)于曲線運(yùn)動的學(xué)業(yè)要求表述如下：“體會物理學(xué)中實(shí)驗(yàn)或理論推導(dǎo)的方法”，這與科學(xué)思維教育目標(biāo)一致。上述教學(xué)過程讓學(xué)生感悟到，無論哪一個結(jié)論的得出，無論是采用實(shí)驗(yàn)還是理論的研究方法，都不能憑主觀臆測，都要有相應(yīng)的證據(jù)，以實(shí)證作為論證的依據(jù)，以邏輯作為論證的手段，這也是科學(xué)思維的價值所在。一般認(rèn)為，自伽利略開始，形成了以實(shí)驗(yàn)、邏輯、數(shù)學(xué)方法相結(jié)合為主要內(nèi)容的近代科學(xué)思維方法。而隨著時展與科技進(jìn)步，我們還可以搭上互聯(lián)網(wǎng)+這艘大船。課標(biāo)在基本理念中有這樣的說明：“利用現(xiàn)代信息技術(shù)，引導(dǎo)學(xué)生理解物理學(xué)的本質(zhì)，整體認(rèn)識自然界，形成科學(xué)思維習(xí)慣，增強(qiáng)科學(xué)探究能力和解決實(shí)際問題的能力”。借助于信息技術(shù)，可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，幫助推進(jìn)物理問題的研究過程，促進(jìn)物理結(jié)論和規(guī)律的得出。問題2也可以借助于功能強(qiáng)大的軟件，比如Matlab或者Origin軟件，繪制出兩個方向上運(yùn)動的合運(yùn)動軌跡，從而使規(guī)律呈現(xiàn)更生動直觀，有效地促進(jìn)學(xué)生對于該問題的理解和內(nèi)化。教師接下來引導(dǎo)學(xué)生采用另一種方法來解決這個問題：借助直角坐標(biāo)系描述質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動軌跡（用特殊值作圖的方法）。坐標(biāo)系描述物體位置是數(shù)學(xué)知識在物理學(xué)科中的應(yīng)用。在物理學(xué)中用數(shù)學(xué)知識，會使抽象的數(shù)字變得更加具體和有意義，能使學(xué)生體會到數(shù)理結(jié)合的魅力。本環(huán)節(jié)的教學(xué)過程，并沒有直接將結(jié)論拋給學(xué)生，而是讓學(xué)生嘗試多角度多方法來解決問題。讓學(xué)生感悟到深藏在外顯知識中的思維方法，這是物理文化的重要內(nèi)容。而且也是科學(xué)思維價值取向所在?？傊?，在習(xí)題教學(xué)中，教師要為學(xué)生提供自主學(xué)習(xí)環(huán)境，要通過具體的、有實(shí)際意義的學(xué)習(xí)活動，如結(jié)合實(shí)驗(yàn)，或設(shè)計(jì)學(xué)生參與游戲，或依托互聯(lián)網(wǎng)、信息技術(shù)平臺，讓學(xué)習(xí)過程豐富多彩，這樣才能更好地促進(jìn)學(xué)生的科學(xué)思維發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用物理觀念分析和解決實(shí)際問題的能力，促成核心素養(yǎng)的達(dá)成，從而實(shí)現(xiàn)課程目標(biāo)。

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作者：楊艷 單位：延邊州教育學(xué)院