【摘 要】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、適合個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的關(guān)鍵能力和必備品格，是物理學(xué)科育人價(jià)值的集中體現(xiàn)。本文以“共點(diǎn)力的平衡”為例，基于核心素養(yǎng)設(shè)計(jì)了任務(wù)導(dǎo)向型教學(xué)方案，以期為廣大教師提供參考。

【關(guān)鍵詞】核心素養(yǎng);共點(diǎn)力平衡;學(xué)習(xí)任務(wù)

【中圖分類號(hào)】G633.7? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A? 【文章編號(hào)】1671-8437（2021）22-0094-02

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）》指出，物理學(xué)科核心素養(yǎng)由“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)方面組成。筆者以“共點(diǎn)力的平衡”一課為例，淺談在課堂教學(xué)中落實(shí)培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的策略。

以往在設(shè)計(jì)“共點(diǎn)力的平衡”的教學(xué)內(nèi)容時(shí)，教師通常會(huì)分三個(gè)環(huán)節(jié)，先情境引入，再理論分析三力平衡的條件并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，最后通過簡(jiǎn)化后的事例來運(yùn)用共點(diǎn)力平衡條件解決實(shí)際問題。然而在實(shí)際教學(xué)中，筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生基于所學(xué)的牛頓第一定律已經(jīng)能夠清楚地認(rèn)識(shí)到物體要處于平衡狀態(tài)，它所受的合外力必須為零。因此在教學(xué)設(shè)計(jì)中，如果在分析平衡條件的環(huán)節(jié)上分配較多課時(shí)，課堂效率將會(huì)變低，也無法激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，因而也難以在課堂上滲透學(xué)科核心素養(yǎng)。此外，在運(yùn)用共點(diǎn)力平衡條件解決實(shí)際問題的環(huán)節(jié)中，教材中往往以簡(jiǎn)化后的事例為情境，更強(qiáng)調(diào)學(xué)生要掌握運(yùn)用平衡條件的基本方法，但簡(jiǎn)化后的事例與現(xiàn)實(shí)生活相比具有較大出入，不利于培養(yǎng)學(xué)生學(xué)以致用的能力。因而如何對(duì)現(xiàn)實(shí)的情境進(jìn)行科學(xué)合理的簡(jiǎn)化與建模，也是教師需要認(rèn)真思考的問題。

基于以上問題，筆者在教學(xué)設(shè)計(jì)上做了新的嘗試，采用以多個(gè)學(xué)習(xí)任務(wù)為引導(dǎo)的方式，以期在完成任務(wù)的過程中鍛煉學(xué)生的科學(xué)思維，從而促進(jìn)其核心素養(yǎng)的形成和發(fā)展。

1? ?基于物理學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)

物理觀念：初步形成運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念，能從平衡的視角解釋簡(jiǎn)單的力學(xué)現(xiàn)象。科學(xué)思維：能對(duì)較簡(jiǎn)單的平衡現(xiàn)象進(jìn)行分析推理，能基于證據(jù)對(duì)研究的問題進(jìn)行描述、解釋和推測(cè)?？茖W(xué)探究：能基于實(shí)驗(yàn)證據(jù)得出結(jié)論并作出解釋，能對(duì)科學(xué)探究的過程和結(jié)果進(jìn)行交流、評(píng)估?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任：能基于證據(jù)和邏輯發(fā)表自己的見解，實(shí)事求是[1]。

2? ?教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1? 學(xué)習(xí)任務(wù)一：結(jié)合實(shí)際情境分析物體處于靜止?fàn)顟B(tài)的條件

教師利用多媒體展示四張生活中的情境圖片，并做簡(jiǎn)單說明。

師：圖片中的人或者物都處于靜止?fàn)顟B(tài)，請(qǐng)大家結(jié)合圖片分析一下，物體處于靜止?fàn)顟B(tài)需要滿足什么條件。

生：合外力為零，力不為零會(huì)改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

師：大家都從力的作用效果得出了靜止物體合力要等于零的結(jié)論。然而在這四幅畫中物體的受力情況都不相同，那么實(shí)際情境中這些不同的力是如何表現(xiàn)出合力為零的呢？

生：畫受力分析圖，討論、分析，確定——無論物體怎樣受力，最終通過力的合成，這些力的合力一定為零。

【設(shè)計(jì)意圖】基于所學(xué)的牛頓第一定律，學(xué)生能夠逆向思維分析得出——如果合力不為零，物體是無法保持運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變的。因此學(xué)生在理解物體靜止需要滿足合力為零的條件上不存在障礙。然而，許多學(xué)生在思考物理問題時(shí)往往會(huì)脫離實(shí)際情境。這也是學(xué)生能準(zhǔn)確表述物理規(guī)律，但遇到實(shí)際問題卻一籌莫展的原因。因此在這一環(huán)節(jié)中筆者沒有安排過多的知識(shí)復(fù)習(xí)，而是將重點(diǎn)放在如何讓學(xué)生將合力為零的條件與實(shí)際的生活情境相結(jié)合，通過對(duì)這四張圖片的受力分析，在受力分析的基礎(chǔ)上來理解這些力之間的關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生初步建立運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念，學(xué)會(huì)從簡(jiǎn)單的力學(xué)現(xiàn)象中挖掘物體受力關(guān)系。

2.2? 學(xué)習(xí)任務(wù)二：實(shí)驗(yàn)分析物體在勻速直線運(yùn)動(dòng)中的受力情況

將一輛小車放在傾斜的導(dǎo)軌上，在小車上固定位移傳感器和力傳感器，并在力傳感器上固定一個(gè)水平儀。調(diào)節(jié)力傳感器使其保持水平，保證傳感器上的拉力和掛上鉤碼后的重力在同一直線上。然后拉動(dòng)小車，讓鉤碼隨小車一起運(yùn)動(dòng)，通過位移傳感器可以測(cè)得小車和鉤碼的運(yùn)動(dòng)情況，通過力傳感器可以獲得鉤碼受到的拉力情況，再利用DIS通用軟件中的示波功能，得到物體位移隨時(shí)間變化的s-t圖和拉力隨時(shí)間變化的F-t圖。

師：請(qǐng)大家觀察鉤碼運(yùn)動(dòng)的s-t圖和受力的F-t圖，思考鉤碼的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和受力情況之間存在怎么樣的關(guān)系？

生：在靜止時(shí)受到的拉力和重力等大反向，在勻速階段的受力情況和靜止時(shí)相同，而在加速或減速的過程中，鉤碼受到的拉力和重力大小不等。

師：通過剛才的分析可以發(fā)現(xiàn)，物體在做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，即便受力和運(yùn)動(dòng)不在同一直線上，物體受到的合力仍然應(yīng)該為零。因此，物體受到的合力為零就是共點(diǎn)力作用下物體平衡的條件，這里的平衡既可以是靜止，也可以是沿任意方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)。

【設(shè)計(jì)意圖】從物理觀念來看，和靜止相比，學(xué)生理解勻速直線運(yùn)動(dòng)中物體的受力情況會(huì)相對(duì)困難，尤其是受力方向和運(yùn)動(dòng)方向不在同一直線上的時(shí)候，學(xué)生的受力分析常常出錯(cuò)。因此在這一環(huán)節(jié)筆者設(shè)計(jì)了演示實(shí)驗(yàn)。讓學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)過程、分析實(shí)驗(yàn)圖像，進(jìn)而理解物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，無論沿什么方向運(yùn)動(dòng)，所受的合力必然也為零這一規(guī)律。這能幫助學(xué)生形成正確的運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念。

從科學(xué)探究的角度出發(fā)，這一實(shí)驗(yàn)旨在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的素養(yǎng)。對(duì)于只接觸了高中物理前兩章節(jié)學(xué)習(xí)內(nèi)容的學(xué)生而言，讀懂實(shí)驗(yàn)中的圖像，并建立圖像之間的聯(lián)系，進(jìn)而將圖像中的信息和實(shí)驗(yàn)中的物理過程相對(duì)應(yīng)，是具有一定的挑戰(zhàn)的。而這恰好能培養(yǎng)學(xué)生分析處理信息的能力，讓學(xué)生基于證據(jù)對(duì)實(shí)驗(yàn)作出合理的分析與解釋，實(shí)現(xiàn)科學(xué)探究的教學(xué)目標(biāo)[2]。對(duì)科學(xué)探究素養(yǎng)的培養(yǎng)，并非一定要在探究實(shí)驗(yàn)中才能落實(shí)，利用演示實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生合理地分析數(shù)據(jù)信息，并能有理有據(jù)地作出解釋，也是落實(shí)科學(xué)探究目標(biāo)的有效手段。

2.3? 學(xué)習(xí)任務(wù)三：建模估算推坐輪椅的乘客上車需要用多大的力

師：生活中有很多與平衡相關(guān)的實(shí)例，如新型公交車都在后門配備了無障礙設(shè)施，乘坐輪椅的乘客上車時(shí)，司機(jī)可以將踏板放下形成一個(gè)斜坡，方便陪同人員將輪椅推上車。請(qǐng)大家估算一下，將坐輪椅的乘客推上車需要用多大的力？

生：分組討論建模，說明本組建立模型的依據(jù)，并對(duì)該問題中如何處理摩擦力、推力等問題做出合理的分析解釋。

【設(shè)計(jì)意圖】本環(huán)節(jié)是整個(gè)教學(xué)過程中的難點(diǎn)。重在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，引導(dǎo)學(xué)生將實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為物理模型。學(xué)生以往接觸到的大多是簡(jiǎn)化后的物理模型，而一個(gè)實(shí)際問題如何轉(zhuǎn)換成物理模型，哪些因素需要考慮，哪些是次要因素可以忽略，忽略這些次要因素的依據(jù)是什么，這些都需要學(xué)生通過科學(xué)思維來進(jìn)行分析、判斷。這一學(xué)習(xí)任務(wù)中有足夠多的要素讓學(xué)生進(jìn)行分析和討論。通過觀察，分析能否將輪椅的運(yùn)動(dòng)近似為勻速，如何確定斜面的傾角，如何估算輪椅和人的重量，如何確定推力的方向，如何處理摩擦力等問題，都可以讓學(xué)生展開討論探究，甚至相互辯論。在整個(gè)討論的過程中，教師不需要預(yù)設(shè)最終的結(jié)論，給予學(xué)生充足的空間來解釋建立該模型的依據(jù)，只要發(fā)表的見解有理有據(jù)，符合邏輯，就可以表揚(yáng)該生。遇到不同的觀點(diǎn)或意見時(shí)，也可以讓學(xué)生相互質(zhì)疑、辯論，這也是學(xué)科素養(yǎng)中科學(xué)態(tài)度和責(zé)任的一種體現(xiàn)。

3? ?教學(xué)反思

筆者在教學(xué)中基本實(shí)現(xiàn)了讓學(xué)生多思考、多討論、多表述來滲透落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)的目標(biāo)，但也出現(xiàn)了幾個(gè)課前沒有預(yù)料到的問題。一是在學(xué)習(xí)任務(wù)一中出現(xiàn)受力分析錯(cuò)誤的情況，暴露出學(xué)生基本方法和技能落實(shí)不到位的問題。二是在任務(wù)活動(dòng)三中學(xué)生存在分歧，討論時(shí)間過長(zhǎng)，最終沒能估算出推力的大小，使平衡條件應(yīng)用的運(yùn)算沒有落實(shí)。整節(jié)課相對(duì)開放，學(xué)生積極表達(dá)自身觀點(diǎn)和想法，但沒能預(yù)留一些處理突發(fā)問題的時(shí)間，沒能及時(shí)處理學(xué)生學(xué)習(xí)中暴露出的問題，是這節(jié)課中存在的不足與遺憾。

在新課改的背景下如何開展物理教學(xué)，采用什么樣的方式能更有效地培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)，是教師目前需要迫切思考和解決的問題。學(xué)生現(xiàn)階段的學(xué)科素養(yǎng)水平能夠通過課堂中的說、寫和畫表現(xiàn)出來，因而教師需要設(shè)計(jì)契合學(xué)生能力的學(xué)習(xí)任務(wù)，讓學(xué)生多說、多寫、多畫，在課堂上發(fā)現(xiàn)學(xué)生存在的問題和困難，以期更好地幫助學(xué)生提升學(xué)科核心素養(yǎng)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]格蘭特·威金斯，杰伊·麥克泰格.追求理解的教學(xué)設(shè)計(jì)[M].上海：華東師范大學(xué)出版社，2017.

[2]何元，羅芳秀.基于學(xué)科核心素養(yǎng)的《探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系》教學(xué)設(shè)計(jì)[J].物理教學(xué)探討，2020（12）.

【作者簡(jiǎn)介】

朱肖敏（1983～），男，上海人，本科，中學(xué)一級(jí)教師。研究方向：高中物理教學(xué)。