基于核心素養(yǎng)培養(yǎng)的物理規(guī)律教學(xué)設(shè)計研究

黃劍??

摘要：本文結(jié)合物理學(xué)科核心素養(yǎng)的內(nèi)涵，結(jié)合《實驗：探究碰撞中的不變量》的教學(xué)設(shè)計，提出課堂教學(xué)中為提升學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，在教學(xué)物理規(guī)律的教學(xué)中，要以創(chuàng)設(shè)問題的情景為切入點，以提升學(xué)生探究能力為重點。

關(guān)鍵詞：物理學(xué)科核心素養(yǎng)；物理規(guī)律教學(xué)；探究能力

中圖分類號：G633.7文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1992-7711（2017）16-062-2

一、高中物理核心素養(yǎng)是物理學(xué)科教學(xué)的價值所在

隨著新課程改革進入“后課改時代”，以學(xué)科知識結(jié)構(gòu)為核心的傳統(tǒng)課程標(biāo)準(zhǔn)體系逐步向以個人終身發(fā)展、終身學(xué)習(xí)能力為主體的核心素養(yǎng)的培養(yǎng)轉(zhuǎn)化，核心素養(yǎng)的培養(yǎng)成為新課程改革深化的新目標(biāo)。按照學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展的自然順序，物理學(xué)科核心素養(yǎng)的可以分為三個層次：

1.物理學(xué)的核心知識：指物理學(xué)的核心概念、核心規(guī)律、重要物理實驗、重要的思維方法。

2.物理學(xué)的核心能力：指理解能力，推理能力，分析、綜合能力，利用數(shù)學(xué)工具解決物理問題的能力，實驗探究能力等。

3.物理學(xué)科學(xué)品質(zhì)：學(xué)生對科學(xué)興趣、態(tài)度、情感、價值觀，具備的科學(xué)精神與合作態(tài)度。

在這三個層次中，核心知識是基礎(chǔ)，核心能力、科學(xué)品質(zhì)是目標(biāo)。

德國著名物理學(xué)家、諾貝爾獎獲得者馮.勞厄就曾說過：教育給予人們的無非是當(dāng)一切已學(xué)過的東西都忘記后所剩下的東西。那么物理教學(xué)希望是什么？物理學(xué)研究的思想和方法、研究的態(tài)度才是學(xué)生忘記已經(jīng)學(xué)過的東西后最后剩下的。

二、基于物理學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的物理規(guī)律教學(xué)中學(xué)生活動的設(shè)計

1.物理規(guī)律教學(xué)課的特征

物理規(guī)律教學(xué)需要關(guān)注四個方面：

（1）關(guān)注學(xué)生的現(xiàn)有認知水平。

奧蘇貝爾曾說過：“影響學(xué)習(xí)的唯一重要因素，就是學(xué)習(xí)者已經(jīng)知道了什么，要探明這一點并應(yīng)據(jù)此進行教學(xué)。”同樣，物理規(guī)律的教學(xué)應(yīng)該建立在學(xué)生已有的知識水平和認知實際基礎(chǔ)上，以及學(xué)生所具備的心理、思維能力等發(fā)展水平。

（2）關(guān)注物理規(guī)律的形成過程。

著名教育家波利亞曾經(jīng)指出：在教一個學(xué)科的分支（或一個理論、一個概念）時，我們應(yīng)讓孩子們重蹈人類思想發(fā)展中那些關(guān)鍵性的步子。這就啟發(fā)我們在教學(xué)時，應(yīng)該重視物理規(guī)律的形成過程，讓教學(xué)的邏輯更加明晰，避免“輕過程，重結(jié)論”。

（3）關(guān)注物理規(guī)律的深化理解。

物理規(guī)律的深化理解要多角度挖掘，不僅要搞清規(guī)律本身的內(nèi)涵，還應(yīng)使學(xué)生弄清各種相關(guān)規(guī)律間的聯(lián)系，從而整體上把握物理規(guī)律。

（4）關(guān)注物理規(guī)律的應(yīng)用價值。

學(xué)習(xí)的真正目的在于應(yīng)用。物理規(guī)律的學(xué)習(xí)理應(yīng)與其相關(guān)的應(yīng)用聯(lián)系起來，一方面讓學(xué)生體會到規(guī)律學(xué)習(xí)有其存在的價值，另一方面，通過對規(guī)律的應(yīng)用，也能進一步深化對規(guī)律的理解。

2.《實驗：研究碰撞中的不變量》的教材分析

《實驗：探究碰撞中的不變量》是《動量守恒定律》的第一節(jié)內(nèi)容，是學(xué)生學(xué)習(xí)動量及后續(xù)知識的基礎(chǔ)。教材遵循物理科學(xué)的發(fā)展歷程，由探究碰撞中的“不變量”的實驗作為基礎(chǔ)，探究出在碰撞前后質(zhì)量和速度乘積這一矢量保持不變，從而發(fā)現(xiàn)這個乘積是個特殊量，因此將其定義為動量，這更加符合新教材的注重學(xué)生探究能力培養(yǎng)的理念，也避免了學(xué)生對動量這一抽象概念的死記硬背。

3.《實驗：研究碰撞中的不變量》的教學(xué)設(shè)計

（1）以創(chuàng)設(shè)問題的情景為切入點。

創(chuàng)設(shè)情境的目的是引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注物理現(xiàn)象、物理狀態(tài)或物理事實的某一方面的特征，讓學(xué)生置身于問題情境中，自主發(fā)現(xiàn)問題存在的客觀性和規(guī)律探究的價值性。

在實際的教學(xué)中，不少教師常以播放視頻，讓學(xué)生觀察生活中的碰撞現(xiàn)象（如奧運會中女子冰壺比賽中，冰壺的碰撞前后速度的變化、斯諾克比賽中臺球的碰撞后，臺球運動）作為引入，盡管冰壺之間的碰撞以及臺球之間的碰撞場面精彩，但是，如果創(chuàng)設(shè)實驗情景，讓學(xué)生動手體驗碰撞的過程，觀察碰撞后小球的運動，則更加能夠激發(fā)學(xué)生的探究愿望。

新課的導(dǎo)入，可以這樣進行。教師在課前將班級分成若干小組，每一組安排以下實驗器材：A.兩個等大小球用等長的細線懸掛在鐵架臺的橫桿上，組成兩個單線擺；B.兩個等質(zhì)量等大的相同的鋼球各用兩根細線懸掛在鐵架臺的橫桿上，組成兩個雙線擺；C.兩個等質(zhì)量不等，但大小的相同的鋼球各用兩根細線懸掛在鐵架臺的橫桿上，組成兩個雙線擺。讓學(xué)生動手實驗，提起一個鋼球從某一高度釋放，與靜止的另外一個鋼球碰撞，觀察鋼球碰撞后的運動。學(xué)生們發(fā)現(xiàn)：使用A組實驗器材，兩個小球碰撞后的運動不一定在同一豎直平面內(nèi)，說明碰撞后小球的速度方向不一定在一條直線上；使用B組實驗器材，兩個小球發(fā)生碰撞后，小球的運動在同一豎直平面內(nèi)，而且基本上交換速度；使用C組實驗器材如果讓重球撞擊靜止的輕球，碰撞后兩小球向同一個方向運動，但是，如果讓輕球撞擊靜止的重球，碰撞后重球向前以較小的速度運動，而輕球則反彈回來。……….由此，學(xué)生發(fā)現(xiàn)，兩個物體碰撞前后的速度都會發(fā)生變化，而且碰撞物體的質(zhì)量與速度影響碰撞的結(jié)果。

在一維碰撞中不變量是什么，設(shè)兩個物體的質(zhì)量分別為m1、m2碰撞前的速度分別為v1、v2，碰撞后的速度分別為v′1、v′2，學(xué)生提出自己的猜想：可能有①兩個物體各自的質(zhì)量與自身速度的乘積之和不變，即m1v1+m2v2=m1v′1+m2v′2；

②兩個物體各自的質(zhì)量與自身速度的二次方的乘積之和保持不變，即：m1v21+m2v22=m1v'21+m2v'22；

③兩個物體的速度與自身質(zhì)量的比值之和保持不變，即：v1m1+v2m2=v′1m1+v′2m2

④兩個物體的質(zhì)量與自身質(zhì)速度的比值之和保持不變，即m1v1+m2v2=m1v′1+m2v′2……。endprint

⑤兩個物體速度的和不變，即v1+v2=v′1+v′2；

對于猜想，是否合理？大家討論后發(fā)現(xiàn)，由于碰撞前后物體的速度可能為零，因此猜想④是不正確的；由于碰撞后物體的速度與碰撞時兩物體質(zhì)量的大小有關(guān)，猜想⑤也是不正確的。猜想一定要以實驗事實為依據(jù)，要符合客觀實際。有了猜想，探究就有了方向。

（2）以提升學(xué)生探究能力為重點。

物理教學(xué)中的所說的科學(xué)探究是指“學(xué)生在建構(gòu)知識、領(lǐng)悟科學(xué)研究方法、形成科學(xué)觀念的過程中所進行的各種活動。”

有了猜想，如何判斷猜想的正確性？實驗探究的方法是判斷猜想正確與否的最好方法。

i）讓學(xué)生設(shè)計實驗方案是提高探究能力的基礎(chǔ)。

由于氣墊導(dǎo)軌水平時，滑塊“漂浮”在氣墊上，可自由滑動，消除了摩擦的影響，可以很好的保證一條直線上的碰撞，也可以進行多種可能性的碰撞研究。

為了充分反應(yīng)碰撞的多種可能性，按照由簡單到復(fù)雜，探究：①運動的滑塊與靜止的靜止的滑塊碰撞（包括等質(zhì)量的兩個滑塊的碰撞、以及不等質(zhì)量的滑塊的碰撞）②兩個運動的滑塊相互碰撞③運動的滑塊與靜止的滑塊碰撞后共同運動。

ii）讓學(xué)生親歷探究的全過程是提高探究能力的保證

在本節(jié)課的教學(xué)中。在只有一臺氣墊導(dǎo)軌的情況下，教師可以采取小組合作學(xué)習(xí)的方式，以學(xué)習(xí)小組為單位，做好分工。保證學(xué)生人人有事做，個個參與。

為了節(jié)省時間，第一小組探究猜想①，第二小組探究猜想②，第三小組探究猜想③。第四小組探究其他猜想。將相關(guān)數(shù)據(jù)記錄事先設(shè)計好的表格中。

iii）讓學(xué)生從實驗數(shù)據(jù)中得出結(jié)論是提高學(xué)生探究能力的關(guān)鍵

在本節(jié)課的教學(xué)中，對實驗數(shù)據(jù)的分析可以發(fā)現(xiàn)：在運動的滑塊與靜止的靜止的滑塊碰撞（包括等質(zhì)量的兩個滑塊的碰撞、以及不等質(zhì)量的滑塊的碰撞），兩個運動的滑塊相互碰撞的過程中，在實驗誤差范圍內(nèi)，猜想①和②都是正確的，猜想③是不正確的。在這種情況下，教師引導(dǎo)學(xué)生在進一步分析運動的滑塊與靜止的滑塊碰撞后共同運動的數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)，猜想①是正確的，猜想②是不正確的。從而得出結(jié)論：碰撞過程中的不變量是質(zhì)量與速度的乘積mv。

總之，基于提升學(xué)生物理核心素養(yǎng)的教學(xué)是體現(xiàn)物理教學(xué)價值的追求，每一個物理教師都應(yīng)該在教學(xué)中不斷探索與思考，創(chuàng)設(shè)符合學(xué)生認知特點與物理學(xué)科特點的情景引入，組織蘊含有利于學(xué)生核心素養(yǎng)提升的學(xué)習(xí)情境，真正體現(xiàn)全面提升全體學(xué)生的物理核心素養(yǎng)的教學(xué)追求。

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