四川 寇大武

注重知行合一、學(xué)以致用，有自主探究和發(fā)現(xiàn)、解決問題的意識(shí)和能力是物理教學(xué)的關(guān)鍵，中學(xué)物理教學(xué)要致力于培養(yǎng)學(xué)生物理觀念、科學(xué)探究、科學(xué)思維、科學(xué)態(tài)度和責(zé)任等物理核心素養(yǎng)。

2022年1月10日，教育部印發(fā)的《普通高中學(xué)校辦學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)指南》指出：堅(jiān)持以習(xí)近平新時(shí)代中國特色社會(huì)主義思想為指導(dǎo)，全面貫徹黨的教育方針，健全立德樹人的落實(shí)機(jī)制，引領(lǐng)升華教育教學(xué)改革，全面提高普通高中辦學(xué)質(zhì)量，遵循教育規(guī)律和人才成長規(guī)律，培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會(huì)主義建設(shè)者和接班人。要培養(yǎng)學(xué)生：“注重知行合一、學(xué)以致用，有自主探究和發(fā)現(xiàn)、解決問題的意識(shí)和能力?！苯虒W(xué)的主陣地在課堂，如何在課堂上有效提高學(xué)生的物理觀念、科學(xué)探究、科學(xué)思維、科學(xué)態(tài)度和責(zé)任等物理核心素養(yǎng)是關(guān)鍵。

一、營造教學(xué)情境，激發(fā)思維活力

《學(xué)記》中有言“故安其學(xué)而親其師，樂其友而信其道。是以雖離師輔而不反也?！睆?qiáng)調(diào)了學(xué)生的遷移能力，學(xué)生親近師長，樂于與群眾交朋友，雖然遠(yuǎn)離了教師，卻仍然可以學(xué)習(xí)?！墩撜Z·為政》中“學(xué)而不思則罔，思而不學(xué)則殆”強(qiáng)調(diào)了學(xué)生的思考能力，學(xué)習(xí)應(yīng)該是知識(shí)的內(nèi)化過程。意大利教育家瑪利婭·蒙臺(tái)梭利則認(rèn)為“我聽過了，我就忘了；我看見了，我就記得了；我做過了，我就理解了”，強(qiáng)調(diào)了動(dòng)手能力的重要性。從古至今，從國內(nèi)到國外，教學(xué)采取的形式可以是多樣的，教學(xué)的核心在于學(xué)生，只有學(xué)生“親其師”才能“思其道”，只有“我做過了”才能“悟其道”。因此，物理課堂教學(xué)應(yīng)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出問題，通過課堂學(xué)習(xí)，解決問題，最后形成物理觀念。如下以《超重與失重》中部分教學(xué)片斷為例簡要說明。

1.1 實(shí)踐體驗(yàn)，感受超重現(xiàn)象

將彈簧測力計(jì)豎直放置，末端固定重物，如圖1所示。

圖1 彈簧測力計(jì)與重物

實(shí)踐體驗(yàn)：請(qǐng)同學(xué)們小組合作完成實(shí)驗(yàn)

1.1.1 讓彈簧測力計(jì)和重物處于靜止?fàn)顟B(tài)，記下彈簧測力計(jì)的讀數(shù)

1.1.2 讓彈簧測力計(jì)和重物緩慢勻速上升，記下彈簧測力計(jì)的讀數(shù)

1.1.3 讓彈簧測力計(jì)和重物豎直向上做加速直線運(yùn)動(dòng)，觀察彈簧測力計(jì)的讀數(shù)，讀數(shù)會(huì)變大還是變??？

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：當(dāng)彈簧測力計(jì)和重物豎直向上做加速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察彈簧測力計(jì)的讀數(shù)會(huì)變大(激發(fā)學(xué)生興趣，思考現(xiàn)象產(chǎn)生的原因)。

設(shè)計(jì)意圖：通過分組實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生切身感受向上加速的物體，拉力會(huì)大于重力，形成基本物理概念，超重就是指物體對(duì)支持物(或懸掛物)的作用力大于物體所受重力的現(xiàn)象。激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，大膽地運(yùn)用牛頓第二定律解釋現(xiàn)象，有利于培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。

任務(wù)驅(qū)動(dòng)：是否是向上運(yùn)動(dòng)的物體就一定會(huì)處于超重狀態(tài)呢？是否有同學(xué)注意觀察彈簧測力計(jì)在即將停止時(shí)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象？

1.2 建立模型，分析超重、失重現(xiàn)象的原因

將力學(xué)傳感器(如圖2所示)與數(shù)據(jù)采集器連接，數(shù)據(jù)采集器與電腦連接。將重物固定在力學(xué)傳感器下端，運(yùn)行相關(guān)軟件。

圖2 力學(xué)傳感器

實(shí)驗(yàn)探究：請(qǐng)一名同學(xué)將力學(xué)傳感器和重物一起由靜止向上加速，通過軟件描繪圖像(如圖3所示)，其他同學(xué)觀察實(shí)驗(yàn)圖像，思考圖像變化產(chǎn)生的原因。

圖3 向上加速實(shí)驗(yàn)圖像

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：在力學(xué)傳感器和重物一起由靜止向上加速的過程中，力學(xué)傳感器測量出拉力先要大于重力，而后又要小于重力。

任務(wù)驅(qū)動(dòng)：向上加速過程中會(huì)出現(xiàn)拉力先大于重力，而后又小于重力的現(xiàn)象的原因。

建立模型：對(duì)重物受力分析(如圖4所示)。

圖4 重物受力分析

分析推理：由牛頓第二定律可得F-mg=ma，當(dāng)F>mg時(shí)，物體處于超重狀態(tài)，加速度a方向向上。物體向上運(yùn)動(dòng)，初速度v0方向向上，加速度a方向也向上，則物體向上加速運(yùn)動(dòng)；當(dāng)即將停止運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體處于減速階段，速度v方向仍向上，但加速度a方向向下，由牛頓第二定律可得mg-F=ma，則F

建構(gòu)知識(shí)：物體是處于超重狀態(tài)還是失重狀態(tài)，決定因素不是物體的運(yùn)動(dòng)方向，而是物體的加速度方向，當(dāng)物體具有向上的加速度時(shí)處于超重狀態(tài)，物體具有向下的加速度時(shí)處于失重狀態(tài)。

設(shè)計(jì)意圖：通過實(shí)驗(yàn)探究，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用牛頓第二定律解決問題，通過建立模型，從受力分析的角度解決超重與失重概念的難點(diǎn)，有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力和科學(xué)思維能力。

二、精心設(shè)計(jì)課堂提問，細(xì)分思維層次

物理學(xué)習(xí)中，學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)在哪里？學(xué)生的學(xué)習(xí)難點(diǎn)在哪里？學(xué)生需要什么樣的腳手架？教師可以通過有效設(shè)計(jì)課堂提問來搭建這些腳手架，這些問題應(yīng)該具有層次性、關(guān)聯(lián)性、邏輯性和創(chuàng)造性。

例如《楞次定律》中，教師提出的具有層次的問題：1.靈敏電流計(jì)電流的流入方向與輸入電流方向的關(guān)系。2.在螺線管中電流的方向是順時(shí)針還是逆時(shí)針。3.同學(xué)們覺得感應(yīng)電流的方向取決于哪些因素。4.可不可以引入一個(gè)和“中介”感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場。5.能把剛剛總結(jié)的規(guī)律歸納成一句話嗎。

設(shè)計(jì)意圖：其中問題1與問題2是為右手螺旋定則做鋪墊；問題3引導(dǎo)學(xué)生分析感應(yīng)電流的方向取決于哪些因素，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，提出自己的猜想；問題4引導(dǎo)學(xué)生思考感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場這一關(guān)鍵“中間量”，問題5則是對(duì)規(guī)律的最終總結(jié)。本節(jié)課屬于實(shí)驗(yàn)規(guī)律探究課，需要的是根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)規(guī)律，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

三、創(chuàng)設(shè)認(rèn)知沖突，培養(yǎng)創(chuàng)造能力

質(zhì)疑的行為大致可以分為兩個(gè)層次，一是對(duì)知識(shí)了解不夠，無法解決具體問題，提出疑問，這是低層次的；二是發(fā)現(xiàn)所觀察到的現(xiàn)象與已有認(rèn)知不吻合，或者發(fā)現(xiàn)其與已有認(rèn)知之間不能自洽，從而對(duì)現(xiàn)有認(rèn)知的科學(xué)性和合理性提出疑問，以至于萌發(fā)出新的猜想，這是高層次的。應(yīng)倡導(dǎo)高層次的質(zhì)疑行為，物理學(xué)的重大發(fā)現(xiàn)都是由高層次的質(zhì)疑行為引發(fā)的。發(fā)現(xiàn)、質(zhì)疑、猜想、分析、設(shè)計(jì)，都是創(chuàng)造的基本要素，課堂上讓學(xué)生經(jīng)歷這些行為，就是在培養(yǎng)創(chuàng)造能力。

例如將一玻璃缸裝水后放在臺(tái)秤上，將一綁有小鐵塊的塑料小球放入水底，外部用一個(gè)電磁鐵吸住。記錄斷電后小球上浮過程中，臺(tái)秤示數(shù)與斷電前的變化，并進(jìn)行理論分析。

設(shè)計(jì)意圖：在完成實(shí)驗(yàn)前，絕大多數(shù)學(xué)生認(rèn)為加速上升的小球處在了超重的狀態(tài)，因此他們會(huì)認(rèn)為臺(tái)秤示數(shù)會(huì)增大。但是實(shí)際的實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻與他們的分析完全相反。正是利用了這種完全相反的答案來形成強(qiáng)烈的反差，讓學(xué)生產(chǎn)生質(zhì)疑，在問題的驅(qū)動(dòng)下，進(jìn)行猜想和分析，最終了解到是加速上升的塑料小球與加速下降的水共同作用后讓示數(shù)變小。學(xué)生通過對(duì)現(xiàn)有認(rèn)知的科學(xué)性和合理性提出疑問，通過萌發(fā)出新的猜想，真正的在體驗(yàn)、質(zhì)疑和探究中形成科學(xué)思維。

四、為題目創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停囵B(yǎng)建模能力

如圖5所示，在光盤下掛一物體，如圖6所示，在水槽中裝滿水，四周用紙板遮住(防止從側(cè)面看到水下的物體)，將光盤置于水中，從水面上觀察，能否看到物體。改變物體與光盤中心的距離，能否看到物體。

圖5

圖6

建立模型如圖7所示，計(jì)算過程如下：

圖7

設(shè)計(jì)意圖：通過以下的實(shí)驗(yàn)步驟提出問題。①在圓形水槽中裝滿水，四周用紙板遮住，放入光盤；②用攝像頭代替“眼睛”，可以發(fā)現(xiàn)在水面上任何位置都看不到物體。提出問題：看不見能否代表沒有呢？請(qǐng)同學(xué)們猜一猜到底有什么樣的物體；③取下四周紙板，用攝像頭代替“眼睛”，發(fā)現(xiàn)光盤下有物體，提出問題：為什么有物體，剛剛從水面上看不到，從側(cè)面卻能看到；④改變物體距離光盤中心的距離，用攝像頭代替“眼睛”，可以發(fā)現(xiàn)從水面能夠看到物體，提出問題：改變物體與光盤中心的距離，我們實(shí)現(xiàn)了從不能看到物體到能看到物體的轉(zhuǎn)變，請(qǐng)問這個(gè)距離的臨界值是多少？學(xué)生通過對(duì)模型的轉(zhuǎn)換，建立光的全反射模型，提升學(xué)生的科學(xué)建模能力。

五、總結(jié)