關(guān)春虹

摘? ?要：物理學(xué)科能力一直是學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)過(guò)程中物理教育研究與實(shí)踐的核心議題。物理學(xué)科能力主要表現(xiàn)在由三個(gè)能力維度構(gòu)成：學(xué)習(xí)理解，應(yīng)用實(shí)踐，遷移創(chuàng)新。本文以高考中高頻考點(diǎn)動(dòng)量守恒中的碰撞模型的教學(xué)為例，闡述如何在課堂上物理教學(xué)中以指向核心素養(yǎng)的學(xué)科能力的教學(xué)實(shí)施。

關(guān)鍵詞：學(xué)科核心素養(yǎng);學(xué)科能力;動(dòng)量守恒定律中碰撞模型

學(xué)科核心素養(yǎng)是指學(xué)科教育給予學(xué)生未來(lái)發(fā)展所需要的關(guān)鍵能力和必備品格[ 1 ]。學(xué)科能力活動(dòng)又是將知識(shí)轉(zhuǎn)化為能力素養(yǎng)的重要途徑。在課堂教學(xué)中，如何通過(guò)學(xué)科能力活動(dòng)將知識(shí)轉(zhuǎn)化為能力素養(yǎng)，本文以高考中的高頻考點(diǎn)及高三復(fù)習(xí)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)知識(shí)“動(dòng)量守恒中碰撞模型”的復(fù)習(xí)教學(xué)為例，談?wù)務(wù)n堂教學(xué)中如何實(shí)施指向核心素養(yǎng)的物理學(xué)科能力的教學(xué)。

1? 指向核心素養(yǎng)的物理學(xué)科能力的表現(xiàn)及評(píng)價(jià)

學(xué)科知識(shí)轉(zhuǎn)化為能力素養(yǎng)，經(jīng)過(guò)“學(xué)習(xí)理解”“應(yīng)用實(shí)踐”“遷移創(chuàng)新”等關(guān)鍵能力活動(dòng)。物理觀念的形成就是經(jīng)過(guò)“學(xué)習(xí)理解”“應(yīng)用實(shí)踐”過(guò)程，而在學(xué)習(xí)實(shí)踐中又不斷提升了學(xué)生的科學(xué)思維及探究能力。最后經(jīng)過(guò)“遷移創(chuàng)新”形成新的科學(xué)知識(shí)和觀點(diǎn)，新知識(shí)又能促進(jìn)新技術(shù)的發(fā)明，有助于形成學(xué)生良好的科學(xué)態(tài)度并增強(qiáng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感，從而有效地提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。從知識(shí)能力到素養(yǎng)發(fā)展能力的進(jìn)階和教學(xué)轉(zhuǎn)化的模型如圖1所示。

2? 指向核心素養(yǎng)的教學(xué)意圖

動(dòng)量守恒中的碰撞模型經(jīng)常涉及多物體，多階段運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，綜合性較強(qiáng)，涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，在學(xué)習(xí)中能較好地測(cè)評(píng)學(xué)生物理學(xué)科能力，所以在歷年高考中反復(fù)出現(xiàn)，是高頻考點(diǎn)，在高三復(fù)習(xí)中，既是難點(diǎn)也是重點(diǎn)。

2.1? 教學(xué)目標(biāo)

（1）物理觀念：回顧碰撞三種類(lèi)型特點(diǎn)，讓學(xué)生觀察、體會(huì)運(yùn)動(dòng)觀，相互作用觀及能量觀，歸納多物體，多階段運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的一般解題規(guī)律和方法。

（2）科學(xué)思維：在復(fù)習(xí)中進(jìn)行科學(xué)推理論證，并對(duì)碰撞模型建構(gòu)，通過(guò)訓(xùn)練，提高學(xué)生分析綜合能力，處理復(fù)雜問(wèn)題能力。

（3）科學(xué)探究：對(duì)所提的問(wèn)題利用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)結(jié)果進(jìn)行交流反思。

（4）科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)精神，形成勇于創(chuàng)新的科學(xué)態(tài)度。

2.2? 教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)

重點(diǎn)：掌握碰撞中多物體，多階段運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的一般解題規(guī)律和方法。

難點(diǎn)：能根據(jù)不同階段的運(yùn)動(dòng)受力特點(diǎn)，合理選擇動(dòng)力學(xué)、能量觀點(diǎn)或動(dòng)量觀點(diǎn)解決問(wèn)題。

2.3? 教學(xué)方法

問(wèn)題情景法、實(shí)驗(yàn)探究法、信息技術(shù)融合法。

2.4? 教具

DIS數(shù)字傳感器等、希沃手機(jī)同屏。

3? 指向核心素養(yǎng)的物理學(xué)科能力的教學(xué)實(shí)施

3.1? 教學(xué)流程圖（見(jiàn)表1）

3.2? 新課教學(xué)

3.2.1? 回顧知識(shí)方法（“學(xué)習(xí)理解”能力維度教學(xué)的實(shí)施）

為了讓學(xué)生能夠順利地進(jìn)行知識(shí)回顧和學(xué)習(xí)理解知識(shí)，在這一環(huán)節(jié)教學(xué)中，教師在課前提出問(wèn)題，課上利用問(wèn)題導(dǎo)向，回顧動(dòng)量守恒中碰撞的知識(shí)、模型和解題方法，同時(shí)利用希沃爾手機(jī)同屏功能進(jìn)行有效復(fù)習(xí)。問(wèn)題如下：（1）畫(huà)出碰撞模型的思維導(dǎo)圖。（2）“一動(dòng)碰一靜”完全彈性碰撞碰后速度的推導(dǎo)過(guò)程。（3）試證明完全非彈性碰撞動(dòng)能損失最大。在問(wèn)題的驅(qū)動(dòng)下，學(xué)生能很快理解碰撞的類(lèi)型及特點(diǎn)。為了加深理解，進(jìn)一步提出問(wèn)題：能不能用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證完全非彈性碰撞動(dòng)能損失最大？引導(dǎo)學(xué)生利用手邊的 DIS數(shù)字傳感器等進(jìn)行實(shí)驗(yàn)論證，通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲取的信息，得出結(jié)論，并進(jìn)行交流反思，培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)探究精神。利用這些問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生在復(fù)習(xí)中進(jìn)行觀察記憶，對(duì)本章知識(shí)進(jìn)行概括論證并進(jìn)行關(guān)聯(lián)整合。

在回顧知識(shí)環(huán)節(jié)，“學(xué)習(xí)理解”能力維度的教學(xué)實(shí)施，使學(xué)生順利地完成知識(shí)的回憶和提取、辨識(shí)和確認(rèn)、概括和關(guān)聯(lián)、說(shuō)明和論證的學(xué)習(xí)理解活動(dòng)。

3.2.2? 典型問(wèn)題，規(guī)范求解（“應(yīng)用實(shí)踐”能力維度教學(xué)的實(shí)施）

教學(xué)中隨著“學(xué)習(xí)理解”能力的實(shí)施，物理觀念的不斷形成，如何進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力，這就需要一個(gè)應(yīng)用實(shí)踐的過(guò)程。

教學(xué)中進(jìn)一步提問(wèn)：如何用我們剛才回顧的知識(shí)和方法，解決碰撞過(guò)程中多物體，多階段運(yùn)動(dòng)問(wèn)題？教師用如下例題引入典型問(wèn)題。

例1：固定在同一懸點(diǎn)O的兩根長(zhǎng)均為L(zhǎng)的輕繩分別系著兩個(gè)小球質(zhì)量分別為M、m，如圖2所示。它們?cè)谕回Q直面內(nèi)相向先后從不同高度無(wú)初速擺下，在最低點(diǎn)相碰后粘在一起，恰能一起擺到小球M的出發(fā)點(diǎn)。小球m的出發(fā)點(diǎn)與最低點(diǎn)的高度差為■，重力加速度為g，不計(jì)空氣阻力，兩小球均視為質(zhì)點(diǎn)。

（1）求小球m剛擺到最低點(diǎn)時(shí)對(duì)繩的拉力大小。

（2）若兩球從小球M的出發(fā)點(diǎn)一起無(wú)初速擺下，到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)由于小球M上的彈力裝置啟動(dòng)，小球M把小球m彈開(kāi)，為了使小球m恰能回到其最初出發(fā)點(diǎn)，小球M應(yīng)對(duì)小球m做多少功？

問(wèn)題提出后，讓學(xué)生分析題中出現(xiàn)的多物體多階段運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，確定每一個(gè)過(guò)程的研究對(duì)象及每一個(gè)過(guò)程中所需的核心知識(shí)。確立解題方向如下：

解（1）小球m下擺到最低點(diǎn)過(guò)程：

在最低點(diǎn)時(shí)：

聯(lián)立，得：

根據(jù)牛頓第三定律：

（2）小球M下擺到最低點(diǎn)過(guò)程：

兩小球 在最低點(diǎn)時(shí)：

它們上擺又下擺到最低點(diǎn)過(guò)程：

在最低點(diǎn)時(shí)，小球M對(duì)小球m做功：

小球m，恰好擺回初發(fā)點(diǎn)過(guò)程：

聯(lián)立，得：

在這環(huán)節(jié)“應(yīng)用實(shí)踐”能力維度教學(xué)中，把問(wèn)題細(xì)化分析，引導(dǎo)學(xué)生逐一思考、分析解釋?zhuān)瑥膯?wèn)題情境中提取關(guān)鍵信息，根據(jù)信息調(diào)用相應(yīng)的物理觀念、模型、規(guī)律進(jìn)行分析，并推論預(yù)測(cè)，最終達(dá)到了學(xué)生能應(yīng)用動(dòng)量守恒、能量守恒這一核心知識(shí)和科學(xué)思維解決了多過(guò)程問(wèn)題，多知識(shí)的提取與綜合應(yīng)用這一教學(xué)目標(biāo)。即讓學(xué)生體會(huì)了多物體、多階段運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的解題方法：

①明過(guò)程，明對(duì)象;

②會(huì)分析，找規(guī)律;

③列方程，找聯(lián)系，也明確了如何規(guī)范求解。

3.2.3? 難點(diǎn)問(wèn)題，深入剖析（“應(yīng)用實(shí)踐”能力維度教學(xué)的進(jìn)一步實(shí)施）

綜合應(yīng)用是在“應(yīng)用實(shí)踐”能力中各項(xiàng)能力的融合，是實(shí)踐維度的最高要求。為了進(jìn)一步訓(xùn)練學(xué)生的綜合應(yīng)用能力，在學(xué)生明確了動(dòng)量守恒中碰撞模型的知識(shí)及模型建構(gòu)，能規(guī)范解題后，在“應(yīng)用實(shí)踐”能力實(shí)施環(huán)節(jié)再拋出新的問(wèn)題，對(duì)難點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行深入分析。

例2：在光滑水平面上有一個(gè)質(zhì)量為M的弧形凹槽光滑滑塊，如圖3所示，凹槽半徑為R，A點(diǎn)為凹槽最低點(diǎn)?，F(xiàn)有一個(gè)質(zhì)量為m的小球以速度v0從A點(diǎn)水平向左沖上凹槽，已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣却笮間。問(wèn)：

（1）當(dāng)v0=時(shí)，小球能否到達(dá)B點(diǎn)？

（2）如果小球的速度足夠大，小球?qū)⒆鲈鯓拥倪\(yùn)動(dòng)？

這題也是多物體，多過(guò)程問(wèn)題，而且是水平動(dòng)量守恒的典型題型，同時(shí)也是能量觀和動(dòng)量觀的綜合應(yīng)用，難度較大，為了突破難點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生建立表2進(jìn)行分析，提取相應(yīng)的物理概念和規(guī)律。

在這一教學(xué)環(huán)節(jié)中，進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)多物體多階段運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的解題方法。學(xué)生在解題中理清楚復(fù)雜情境中的各個(gè)步驟及各種關(guān)系，構(gòu)建出相應(yīng)的物理過(guò)程及模型，同時(shí)在分析過(guò)程中綜合多方面的知識(shí)對(duì)難點(diǎn)問(wèn)題，深入剖析，提升了解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

3.2.4? 復(fù)雜問(wèn)題，靈活處理（“遷移創(chuàng)新”能力維度教學(xué)的實(shí)施）

遷移創(chuàng)新能力是學(xué)生在應(yīng)用實(shí)踐中形成的知識(shí)和能力，是更高層次的能力表現(xiàn)，是學(xué)生利用已學(xué)的知識(shí)和方法進(jìn)行遠(yuǎn)距離聯(lián)想和遷移應(yīng)用至新情境，創(chuàng)建新的模型，以解決相關(guān)新的問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)新的知識(shí)和新的方法的能力。

在上一問(wèn)題情境下，進(jìn)一步提出問(wèn)題：小球在返回A點(diǎn)時(shí)的運(yùn)動(dòng)方向？這種問(wèn)題看似陌生及不確定性，這時(shí)如果能根據(jù)物體運(yùn)動(dòng)時(shí)水平方向動(dòng)量守恒，系統(tǒng)機(jī)械能守恒等特點(diǎn)進(jìn)行直接聯(lián)想，可以知識(shí)遷移水平方向彈性碰撞模型，再結(jié)合“學(xué)習(xí)理解”實(shí)施環(huán)節(jié)中的問(wèn)題（2）“一動(dòng)碰一靜”完全彈性碰撞碰后速度的推導(dǎo)過(guò)程，那么這個(gè)問(wèn)題就迎刃而解了。同時(shí)進(jìn)一步知識(shí)遷移提出問(wèn)題：根據(jù)這個(gè)例題，還能提出什么物理問(wèn)題？如提出以下問(wèn)題①求小球到達(dá)B點(diǎn)的最小速度v0;②求M得最大速度v2等，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探尋新知識(shí)和新方法，主動(dòng)合理構(gòu)建新模型，針對(duì)新的問(wèn)題情境，在質(zhì)疑和批判的基礎(chǔ)上，通過(guò)理論創(chuàng)新進(jìn)而有效地解決了碰撞中的難點(diǎn)和重點(diǎn)問(wèn)題。

4? 教學(xué)反思

本節(jié)課在課堂教學(xué)過(guò)程中充分給學(xué)生提供了自主合作學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，順利生成課堂教學(xué)目標(biāo)：①規(guī)范格式：格式、思維、計(jì)算。②問(wèn)題生成：收集、分析、反思、鞏固。③課堂生成：資源、問(wèn)題、錯(cuò)題。同時(shí)也培養(yǎng)了物理學(xué)科能力：學(xué)習(xí)理解，應(yīng)用實(shí)踐，遷移創(chuàng)新。從“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”四個(gè)方面有效地提升了學(xué)生的核心素養(yǎng)。是指向核心素養(yǎng)的物理學(xué)科能力的教學(xué)的一次實(shí)踐。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭玉英. 基于學(xué)生核心素養(yǎng)能力研究[M]. 北京：北京師范大學(xué)出版社，2017：9-10.