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(guó)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(xiàn)教師要探究和解決的問(wèn)題。本文以曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，它貫穿于整個(gè)中學(xué)物理教學(xué)過(guò)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(kāi)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(dòng)的全過(guò)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(shí)結(jié)為中心向以個(gè)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(xiàn)運(yùn)動(dòng)習(xí)題課——運(yùn)動(dòng)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(dòng)，促進(jìn)物理觀念形成

問(wèn)題1：兩個(gè)互成角度的勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng)是什么運(yùn)動(dòng)？你能不能用現(xiàn)有的器材設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)證明你的結(jié)論？教師給每個(gè)學(xué)習(xí)小組提供有圖釘、直尺、細(xì)線(xiàn)、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(dòng)鉛筆，一邊推動(dòng)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(dòng)，另外一人每隔一段時(shí)間記錄小球所在位置，這樣就描繪出了合運(yùn)動(dòng)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(gè)分運(yùn)動(dòng)所成的角度為任意值，由剛才兩分運(yùn)動(dòng)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(guò)程。問(wèn)題2：兩個(gè)互成角度的變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng)是什么運(yùn)動(dòng)？仍利用上述方案通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察現(xiàn)象，只是將筆沿尺子變速運(yùn)動(dòng)，仍然每隔一段時(shí)間記錄小球所在位置。結(jié)果仍為直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。問(wèn)題3：為什么兩次觀察到物體的運(yùn)動(dòng)軌跡都是直線(xiàn)？經(jīng)過(guò)對(duì)兩個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)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(huì)發(fā)現(xiàn)，無(wú)論分方向的運(yùn)動(dòng)是勻速運(yùn)動(dòng)還是變速運(yùn)動(dòng)，由于合運(yùn)動(dòng)的速度方向并沒(méi)有發(fā)生改變，因此合運(yùn)動(dòng)軌跡就是一條直線(xiàn)。問(wèn)題4：怎樣判斷兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng)軌跡是直線(xiàn)還是曲線(xiàn)？經(jīng)過(guò)問(wèn)題3的鋪墊，至此這種問(wèn)題研究方法呼之欲出：即只要判斷合運(yùn)動(dòng)的速度方向有無(wú)變化即可知其軌跡是曲是直。設(shè)計(jì)思路：學(xué)科活動(dòng)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(shí)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(gè)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(kāi)展的教學(xué)活動(dòng)中。如果沒(méi)有以?xún)?yōu)質(zhì)的學(xué)習(xí)活動(dòng)過(guò)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(jué)應(yīng)用于解釋現(xiàn)象和解決問(wèn)題當(dāng)中。在這個(gè)教學(xué)過(guò)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(wèn)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(wèn)題，思考采用何種方案才能達(dá)到解決目的，通過(guò)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(dòng)，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(guò)程，加深了對(duì)運(yùn)動(dòng)的合成與分解規(guī)律的理解，豐富了運(yùn)動(dòng)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(shí)，四個(gè)問(wèn)題螺旋上升，為學(xué)生思考搭建合理臺(tái)階，加強(qiáng)了對(duì)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(gè)結(jié)論的得出，不能僅靠主觀臆測(cè)，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(dòng)性質(zhì)。

二、多種研究方法并舉，促進(jìn)科學(xué)思維發(fā)展

問(wèn)題1：一個(gè)物體同時(shí)參與兩個(gè)互相垂直方向的運(yùn)動(dòng)，水平方向做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，豎直方向做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，那么這個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)軌跡是什么樣的？學(xué)生依然想要使用給定器材來(lái)通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論。發(fā)現(xiàn)無(wú)法保證和控制豎直方向物體做勻加直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。問(wèn)題2：既然無(wú)法用現(xiàn)有器材通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)確定這種復(fù)合運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)，那么你可以用什么辦法來(lái)研究這個(gè)問(wèn)題？至此，學(xué)生容易想到還可以采用理論分析的方法來(lái)確定兩種運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng)性質(zhì)。即依據(jù)物體做曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的條件，由物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中合外力與速度方向是否共線(xiàn)來(lái)判斷。設(shè)計(jì)思想：這一教學(xué)片段可以視為第一個(gè)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(duì)于概念的加工。同時(shí)，觀念獲得后的要應(yīng)用于解釋現(xiàn)象和解決實(shí)際問(wèn)題，在問(wèn)題解決和現(xiàn)象解釋中提煉和升華物理觀念。在上問(wèn)題最后已經(jīng)總結(jié)出如何判斷某兩個(gè)互成角度的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng)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(wèn)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(guò)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(shí)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(shí)，更重要的是學(xué)會(huì)在表層知識(shí)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(jià)值取向，提升素養(yǎng)。課程標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)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?jī)蓚€(gè)方面對(duì)相關(guān)問(wèn)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(shí)和評(píng)估科學(xué)證據(jù)的能力，能運(yùn)用證據(jù)對(duì)研究的問(wèn)題進(jìn)行描述、解釋和預(yù)測(cè)。同時(shí)，必修二關(guān)于曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的學(xué)業(yè)要求表述如下：“體會(huì)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(guò)程讓學(xué)生感悟到，無(wú)論哪一個(gè)結(jié)論的得出，無(wú)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(cè)，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(jià)值所在。一般認(rèn)為，自伽利略開(kāi)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(shí)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(shuō)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(shí)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(wèn)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(wèn)題的研究過(guò)程，促進(jìn)物理結(jié)論和規(guī)律的得出。問(wèn)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(gè)方向上運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng)軌跡，從而使規(guī)律呈現(xiàn)更生動(dòng)直觀，有效地促進(jìn)學(xué)生對(duì)于該問(wèn)題的理解和內(nèi)化。教師接下來(lái)引導(dǎo)學(xué)生采用另一種方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題：借助直角坐標(biāo)系描述質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)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(shí)在物理學(xué)科中的應(yīng)用。在物理學(xué)中用數(shù)學(xué)知識(shí)，會(huì)使抽象的數(shù)字變得更加具體和有意義，能使學(xué)生體會(huì)到數(shù)理結(jié)合的魅力。本環(huán)節(jié)的教學(xué)過(guò)程，并沒(méi)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(lái)解決問(wèn)題。讓學(xué)生感悟到深藏在外顯知識(shí)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(jià)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(guò)具體的、有實(shí)際意義的學(xué)習(xí)活動(dòng)，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(tái)，讓學(xué)習(xí)過(guò)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(wèn)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