駱文洲 傅可欽
浙江義烏中學(xué)(322000)
[摘 要]深化課程改革業(yè)已從知識導(dǎo)向、能力導(dǎo)向走向了素養(yǎng)導(dǎo)向，相應(yīng)的課程目標(biāo)也從原來的雙基目標(biāo)、三維目標(biāo)走向了核心素養(yǎng)?；谂嘤龑W(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的物理教學(xué)，必須對原有的教育觀念、課程內(nèi)容、教學(xué)方式等進(jìn)行變革，以進(jìn)一步優(yōu)化物理教學(xué)過程，從而切實(shí)凸顯物理學(xué)科的本質(zhì)，體現(xiàn)物理學(xué)科獨(dú)特的育人價值。
[關(guān)鍵詞]課堂教學(xué)，核心素養(yǎng)；牛頓運(yùn)動定律；物理課堂教學(xué)
人民教育出版社黃海旺主任曾指出：高中物理學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生在接受物理教育過程中逐步形成的適應(yīng)個人終身學(xué)習(xí)和社會發(fā)展需要的基礎(chǔ)知識、關(guān)鍵能力、科學(xué)態(tài)度等方面的表現(xiàn)，是學(xué)生通過物理學(xué)習(xí)集中體現(xiàn)的帶有物理特征的品質(zhì)。而學(xué)生進(jìn)行物理學(xué)習(xí)的重要途徑就是物理課堂教學(xué)，因此，基于培育學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的物理課堂教學(xué)應(yīng)該如何進(jìn)一步優(yōu)化就顯得非常重要了。下面以人教版物理必修一《牛頓運(yùn)動定律》的教學(xué)為例，談?wù)勅绾瘟⒆阄锢韺W(xué)科核心素養(yǎng)優(yōu)化高中物理課堂教學(xué)。
“科學(xué)思維”素養(yǎng)指的是從物理學(xué)視角對客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認(rèn)識方式，是基于經(jīng)驗(yàn)事實(shí)構(gòu)建理想模型的抽象概括過程，是分析綜合、推理論證等科學(xué)思維方法的內(nèi)化，是基于事實(shí)證據(jù)和科學(xué)推理對不同觀點(diǎn)和結(jié)論質(zhì)疑、批判，進(jìn)而提出創(chuàng)造性見解的能力與品質(zhì)?！翱茖W(xué)思維”主要包括模型構(gòu)建、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素。
牛頓第一定律是經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)，在理論系統(tǒng)中處于前提地位。顯然，“牛頓第一定律”的教學(xué)對培育學(xué)生的“科學(xué)思維”具有重要的作用。那么，教師應(yīng)該如何優(yōu)化教學(xué)，才能有效培育學(xué)生的“科學(xué)思維”素養(yǎng)呢？首先，從生活感受和歷史回顧，提出亞里士多德的觀點(diǎn)“力是維持物體運(yùn)動的原因”，引發(fā)學(xué)生的質(zhì)疑和討論。在學(xué)生討論的基礎(chǔ)上，通過舉例、實(shí)驗(yàn)等方式反駁并形成初步正確的觀點(diǎn)。其次，通過嚴(yán)密的科學(xué)論證和推理，充分發(fā)揮理性思維的邏輯力量，師生共同感受伽利略“理想實(shí)驗(yàn)”的魅力，認(rèn)識到“運(yùn)動不需要力來維持”。再次，通過笛卡兒等人的觀點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步完善和補(bǔ)充學(xué)習(xí)，認(rèn)識到“力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因”，并總結(jié)形成牛頓第一定律：前半句含義指的是一切物體都有慣性，后半句指的是力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因。最后，通過實(shí)例分析，知道慣性的普遍性和固有性，從而真正理解慣性的實(shí)質(zhì)和量度。
值得注意的是，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)在回顧分析亞里士多德觀點(diǎn)時的教學(xué)環(huán)節(jié)往往忽視了質(zhì)疑創(chuàng)新等“科學(xué)思維”的培育。立足物理學(xué)科核心素養(yǎng)，教師可進(jìn)行如下教學(xué)設(shè)計(jì)。
師：對于力和運(yùn)動的關(guān)系，早在兩千多年前就已經(jīng)引起了人們的關(guān)注。生活中常有這樣的感受：一個物體，用力拉它，它就運(yùn)動；不拉了，它就停。亞里士多德根據(jù)類似經(jīng)驗(yàn)提出觀點(diǎn)：力是維持物體運(yùn)動的原因。你對這個觀點(diǎn)有異議嗎？
生：給小車一個初速，沒有力，物體也可以運(yùn)動。
師：可為什么物體運(yùn)動一段時間后，最終都要停下來呢？
生：小車受到了摩擦的作用。
師：如果減小摩擦，會怎么樣呢？
演示：滑得遠(yuǎn)了。
師：如果進(jìn)一步減小摩擦，小車的運(yùn)動又有什么變化呢？
生：冰面上就比較遠(yuǎn)了(視頻：冰壺運(yùn)動；實(shí)驗(yàn)：氣墊導(dǎo)軌)。
師：如果沒有摩擦，物體將會怎樣呢？
生：沒有摩擦的話，將運(yùn)動到無窮遠(yuǎn)處。
師：真的嗎？我們不可能創(chuàng)造一個絕對沒有摩擦的環(huán)境，即使在科技如此發(fā)達(dá)的今天也不能做到，但在三百多年前的大科學(xué)家伽利略卻采用了一種非常巧妙的方法，讓我們不得不心服口服地認(rèn)同他的觀點(diǎn)，那他采用的是什么方法呢？請同學(xué)們閱讀“理想實(shí)驗(yàn)的魅力”，自己先體會令人嘆服的伽利略實(shí)驗(yàn)方法……
“實(shí)驗(yàn)探究”素養(yǎng)指的是提出物理問題，形成猜想和假設(shè)，獲取和處理信息，基于證據(jù)得出結(jié)論，并做出解釋，以及對實(shí)驗(yàn)探究過程和結(jié)果進(jìn)行交流、評估、反思的能力?！皩?shí)驗(yàn)探究”主要包括問題、證據(jù)、解釋、交流等要素。
“牛頓第二定律”是一個重要的實(shí)驗(yàn)定律，涵蓋了科學(xué)探究的主要要素和多種實(shí)驗(yàn)方法。那么，教師應(yīng)該如何優(yōu)化教學(xué)，才能有效培養(yǎng)學(xué)生的“實(shí)驗(yàn)探究”素養(yǎng)呢？主要步驟如下。
傳統(tǒng)的教學(xué)一般也重視科學(xué)探究的過程，但常常忽視了對牛頓第二定律的理解，從而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)探究過程不完整，學(xué)生對規(guī)律的理解不深刻，“實(shí)驗(yàn)探究”素養(yǎng)的培育效果大打折扣。那么，規(guī)律的理解包含了哪些方面呢？一是F=kma中系數(shù)k為何可以取1？這是因?yàn)樵诖酥傲Φ膯挝粵]有確定，為了公式簡化，我們可以規(guī)定使質(zhì)量為1 kg的物體產(chǎn)生1 m/s2的加速度的力是1 N，此時k=1。但在以后學(xué)習(xí)到庫侖定律時，k就不能再取1了。二是對牛頓第二定律公式中等號“=”的理解，它包含了因果關(guān)系(力是原因，加速度是結(jié)果)、方向關(guān)系(F的方向決定著a的方向)、數(shù)量關(guān)系(F、m、a三者的大小關(guān)系)、單位關(guān)系(1 N=1kg·m/s2)等四大關(guān)系。
“物理觀念”素養(yǎng)指的是從物理學(xué)視角形成的關(guān)于物質(zhì)、運(yùn)動與相互作用、能量等的基本認(rèn)識，是物理概念和規(guī)律等在頭腦中的提煉和升華?！拔锢碛^念”包括物質(zhì)觀念、運(yùn)動觀念、相互作用觀念、能量觀念及其應(yīng)用等要素。
通過“牛頓第三定律”的學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生在初中物理的基礎(chǔ)上進(jìn)一步理解“力是物體對物體的相互作用”——物質(zhì)性、相互性、同時性等，為今后學(xué)習(xí)“碰撞”等奠定基礎(chǔ)，更為學(xué)生形成正確的相互作用觀起到基礎(chǔ)性和根本性的作用，甚至影響學(xué)生世界觀、人生觀和價值觀的形成。那么，教師應(yīng)該如何優(yōu)化教學(xué)，才能有效培育學(xué)生的“物理觀念”素養(yǎng)呢？以教師的演示實(shí)驗(yàn)和DIS數(shù)字化實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，結(jié)合生活實(shí)例，在教師的思維點(diǎn)撥下，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和提出疑問，引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，讓學(xué)生獲得豐富的感性認(rèn)識，讓學(xué)生逐步認(rèn)識到相互作用的普遍性和規(guī)律性，在潛移默化中培育“相互作用觀”等核心素養(yǎng)。
教學(xué)流程如右邊方框圖。
需要強(qiáng)調(diào)的是，為了更好地理解相互作用的性質(zhì)、培育“相互作用觀”這一核心素養(yǎng)，教學(xué)中一定要把作用力和平衡力加以細(xì)致辨析：作用對象、力的大小、力的方向、力的性質(zhì)、作用時間等。
“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”素養(yǎng)指的是在認(rèn)識科學(xué)本質(zhì)，理解科學(xué)·技術(shù)·社會·環(huán)境(STSE)的關(guān)系基礎(chǔ)上逐漸形成的對科學(xué)和技術(shù)應(yīng)有的正確態(tài)度以及責(zé)任感?！翱茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任”主要包括科學(xué)本質(zhì)、科學(xué)態(tài)度、科學(xué)倫理、STSE等要素。
應(yīng)用牛頓運(yùn)動定律解題，有兩大類題型：一是已知受力情況求解運(yùn)動情況，二是已知運(yùn)動情況求解受力情況。不論哪一種題型，加速度是中間橋梁，運(yùn)動學(xué)公式和牛頓第二定律是紐帶。需要注意的是，應(yīng)用牛頓運(yùn)動定律解題，不僅僅是為了解題本身，還是為了在規(guī)律的應(yīng)用中更好地培育審題的嚴(yán)謹(jǐn)、求解的細(xì)致、答題的規(guī)范等“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”素養(yǎng)。那么，教師應(yīng)該如何優(yōu)化教學(xué)，才能有效培育學(xué)生的“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”素養(yǎng)呢？以2016年四川高考題為例。
避險車道是避免惡性交通事故的重要設(shè)施，由制動坡床和防撞設(shè)施等組成，如上圖所示。豎直平面內(nèi)，制動坡床視為與水平面夾角為θ的斜面。一輛長12 m的載有貨物的貨車因剎車失靈從干道駛?cè)胫苿悠麓?，?dāng)車速為23 m/s時，車尾位于制動坡床的底端，貨物開始在車廂內(nèi)向車頭滑動，當(dāng)貨物在車廂內(nèi)滑動了4 m時，車頭距制動坡床頂端38 m，再過一段時間，貨車停止。已知貨車質(zhì)量是貨物質(zhì)量的4倍，貨物與車廂間的動摩擦因數(shù)為0.4；貨車在制動坡床上運(yùn)動受到的坡床阻力大小為貨車和貨物總重的0.44倍。貨物與貨車分別視為小滑塊和平板。求：(1)貨物在車廂內(nèi)滑動時加速度的大小和方向；(2)制動坡床的長度。
分析：
我們知道，“審題嚴(yán)謹(jǐn)”的基本要領(lǐng)是“轉(zhuǎn)化”，具體如上表。相應(yīng)的，應(yīng)用牛頓運(yùn)動定律解題的步驟應(yīng)該如下：
明確對象→受力(運(yùn)動)分析→建立坐標(biāo)→列式求解→驗(yàn)證。
當(dāng)然，在每一環(huán)節(jié)中又有具體的要求，才能真正做到“求解細(xì)致”。比如，受力分析要求“按序分析”，外力→重力→彈力→摩擦力等。顯然，答題的規(guī)范有利于科學(xué)態(tài)度的培育，而良好的科學(xué)態(tài)度也促進(jìn)了答題的規(guī)范。
綜上所述，為了更好地培育學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)，優(yōu)化物理課堂教學(xué)永遠(yuǎn)在路上?！翱茖W(xué)思維”“實(shí)驗(yàn)探究”“物理觀念”和“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”等四個核心素養(yǎng)本身是一個有機(jī)的、密切關(guān)聯(lián)的整體，課堂教學(xué)中可著力凸出培育其中的一個或多個核心素養(yǎng)，但不能厚此薄彼。
[ 參 考 文 獻(xiàn) ]
[1] 李建冬.淺談中學(xué)物理有效教學(xué)策略[J].知音勵志，2017(6).
[2] 林欽,陳峰,宋靜.關(guān)于核心素養(yǎng)導(dǎo)向的中學(xué)物理教學(xué)的思考[J].課程·教材·教法，2015(12).
(責(zé)任編輯 易志毅)
[中圖分類號] G633.7
[文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A
[文章編號] 1674-6058(2017)29-0041-03
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