“影視資源”在高中物理核心素養之科學思維形成中的應用策略

【摘 要】本文利用“影視資源”創設若干個物理情境，讓學生在合作與交流的過程中利用物理觀念提出有效問題，再在解決問題的過程中培養學生科學思維與實驗探究的能力，從而實現物理核心素養的養成。

【關鍵詞】 影視資源 核心素養 物理情景 物理觀念 科學思維 建模能力

物理核心素養是學生在接受物理教育過程中逐步形成的適應個人終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力，是學生通過物理學習內化的帶有物理學科特性的品質，是學生物理核心素養的關鍵成分[1]。高中物理核心素養主要由“物理觀念與應用”“科學思維與創新”“科學探究與交流”“科學態度與責任”等四個方面的要素構成[2]。其中“科學思維”主要指高中物理中重要的思維方法，包括建模的思想、理想化方法、分析綜合、抽象概括、批判性思維、推理論證等思維與方法； 物理課本中的有些知識如電磁場本身就看不見摸不著，很抽象難以感受的到。科學思維方法的形成一方面要在課堂簡單情景中學習時生成，但更需要在新情景的應用中得以提升，特別是建模能力及分析綜合能力的提升需要。

影視作為一門集視聽娛樂于一體的綜合性的現代藝術，也是現實生活的縮影，無論是從制作過程還是從畫面內容上來看，影視中都蘊藏了大量的科學素材，從這些影視資源中鑒別和吸取出有價值的物理素材是一個拓寬課程資源的可行途徑[3]。對于物理學科而言，如何創造性地開發和應用影視中的這些素材，設計出影視資源與中學物理教學整合的有效案例使其在培養學生物理學科核心素養發揮一定的作用呢？經過近兩年的研究，筆者認為影視資源在培養學生科學思維形成中的應用時可采用以下策略：

1、利用影視資源培養建模能力

建模能力的培養過程需要學生使用物理思想方法將物理中的概念、定理和法則等應用于現實生活中。物理思想方法就是我們建立模型的靈魂，物理情景就是材料，物理中的概念、定理和法則就是建模的工具。建模的過程是學生自發的、有策略的將物理知識應用于物理情景的過程。處理物理情景將將其是實現物理知識“四化”的具體體現，這需要學生在完全陌生的環境中建立起物理模型，并將物理知識和物理思想方法運用其中。由此可見，建模能力的培養在物理核心素養養成中的重要地位。物理觀念和物理思想方法融合于物理概念、定理、公式、法則、定義之中，這是它們的精神和靈魂，同時物理思想方法是形成物理觀念的前提。在物理學習中，物理思想方法的掌握、物理觀念的形成是使物理知識條件化、結構化、自動化和策略化的關鍵。

《電磁感應》是高中物理課本中的重要知識，電磁感應現象在實驗室中演示功能很有限，這些實驗僅能有助于讓學生掌握物理知識，但將物理知識轉化為物理觀念的功能有限。但如何才能通過其學習才能將物理知識轉化為物理觀念呢，為了培養學生在知識的應用過程中，利用筆者就借用了《變形金剛》中的一個片段創設了電磁炮的發射情景（圖1），學生很自然的想知道電磁炮工作原理。在激發學生強烈的學習興趣后，讓學生應用已知的物理知識，在新情景中建立物理模型，在利用網絡查找對比物理模型從而驗證建立模型的正確性，圖2為一網絡上的電磁炮模型。

2、將抽象的模型理想化處理

在物理科學的發展過程中理想物理模型的建立是一種重要的物理思想方法。理想物理模型的建立要求建立模型的過程中抓住主要問題，忽略次要矛盾，盡可能的把復雜的問題簡單化，做到科學的抽象。這個過程在教學中往往被老師包辦了，學生的并不知道理想化的目的所在，更談不上理想化處理的策略，可這種理想化處理的策略正是物理核心素養之一。如何才能更好的培養關鍵在于抓住主要問題，下面以電磁炮模型的建立為例談談建立的策略。電磁炮的關鍵在于如何發射，其動力來源在哪里？學生帶著這個問題就會想到滑塊受到安培力，可是磁場從哪里來？從軌道的電流中產生。這就涉及到電流周圍的磁場是非均勻的，且距導線越遠處磁場越弱。可是由于滑塊的長度是較小的，為了抓住主要問題，就可以忽略磁場的變化了，那么還受哪些力呢？自然想到了重力和摩擦力，為了突出主要問題就可以提出金屬桿水平和忽略摩擦力這些理想化條件了，具體處理過程如下表所示。學生只有在這種解決問題的驅動中進行理想化處理才能真正提升其科學思維素養。

表1 理想化處理

理想化處理 處理目的

第1次處理 滑塊所在位置始終可以簡化為勻強磁場 忽略磁場的變化

第2次處理 平行金屬導軌沿水平方向固定 忽略重力在金屬導軌方向上的分力

第3次處理 滑塊可沿導軌無摩擦滑行 忽略摩擦力

經過3次理想處理后，得到了一個處在勻強磁場中水平導軌上運動的單桿模型

3、利用影視資源培養分析綜合能力

理想化模型建立后就需要學生應用所學的物理知識及物理思想方法對模型進行分析綜合、推理論證，能過抽象概括其中的物理現象和規律，甚至批判性的提出一些問題和改進的措施，整個分析過程就是科學思維與創新這一核心素養的形成過程。為了讓學生能夠動手計算推導自己建立的模型，筆者引用了北京市高考題中的關于電磁炮模型（圖3）的一些數據如：勻強磁場，方向垂直于紙面，其強度與電流的關系為B=kI，比例常量k=2.5×10-6T/A。兩導軌內側間距l=1.5cm，滑塊的質量m=30g，滑塊沿導軌滑行5m后獲得的發射速度v=3.0km/s（此過程視為勻加速運動）等， 圖3

同時給學生提出了（1）求發射過程中電源提供的電流強度（2）若電源輸出的能量有4%轉換為滑塊的動能，則發射過程中電源的輸出功率和輸出電壓各是多大？（3）若此滑塊射出后隨即以速度v沿水平方向擊中放在水平面上的砂箱，它嵌入砂箱的深度為s'。設砂箱質量為M，滑塊質量為m，不計砂箱與水平面之間的摩擦。求滑塊對砂箱平均沖擊力的表達式。

在這些問題的分析過程中，讓學生經過建模和理論計算等科學思維過程將牛頓運動定律、能量和動量等等高中物理主干知識應用于電磁炮模型之中，在這個過程中就要利用較高水平的思想活動應用物理知識中蘊含的思想、觀點和方法，從而提升了科學思維與創新這一核心素養。

由影視資源拋出一個現實生活中的場景，學生應用建模、理想化處理及分析綜合等科學思維方式來處理生活中的物理。模型的研究有著開放性的問題和科學的思維方式，有效的提升了科學思維與創新這一核心素養，還更大程度地調動了學生學習的主動性和探索發現的積極性。

參考文獻

[1]林明華. 積極探索基于核心素養理念下的物理教學[J].中學物理，2016（2）.

[2]林明華.高中物理核心素養的內涵與培養途徑[J].福建基礎教育研究，2016（2）.

[3]洪家旺.初中物理視頻資源的開發和利用探析[J].教學研究，2015（9）.

作者簡介

姓名：吳旭東出生年：1980年

性別：男

學歷：研究生學歷

職稱：中學一級

研究方向：中學物理教學研究