探討物理概念 培養核心素養①
——以“線速度”教學為例

(1. 廣東省汕頭市實驗學校，廣東 汕頭 515041;2. 廣東省佛岡縣第一中學，廣東 清遠 511600)

探討物理概念培養核心素養①
——以“線速度”教學為例

董友軍1周長春2

(1. 廣東省汕頭市實驗學校，廣東 汕頭 515041;2. 廣東省佛岡縣第一中學，廣東 清遠 511600)

介紹人教版物理課本對線速度概念的相關描述，引導學生發現教材中存在的問題，通過師生合作學習方式，組織學生展開探討，最終建立起線速度的正確概念，從而培養學生的物理核心素養。

線速度；物理概念；核心素養

物理概念是研究物理學的起點，若物理概念的定義不清晰，人們對自然現象的描述就會不準確，從而阻礙物理學的發展。本文以探討“線速度”教學為例，探討在課堂教學中培養學生物理核心素養的策略。

1 教材中“線速度”概念的敘述

筆者查閱了近三十年的人教版物理教材，線速度的概念有以下兩種敘述。

圖1

從以上描述可以看出：人教版教材把線速度都定義為弧長與時間的比值，并指出線速度就是瞬時速度，且是矢量，有大小也有方向。

2 “線速度”概念的邏輯錯誤

筆者要上汕頭市公開課，內容為“圓周運動”，所以備課特別認真，竟然發現人教版線速度概念的描述存在邏輯錯誤：線速度定義為弧長與時間的比值，弧長和時間是標量，線速度應是標量，教材為何說線速度是矢量呢？

筆者的第一反應是直接指出教材的邏輯錯誤，但轉念一想，教材在中學生心中權威最大，若直接指出，估計難以讓學生信服，不如引導學生自己發現教材中的問題，進而更正教材錯誤，從而建立線速度的正確概念，筆者認為這個探討過程比概念本身對學生更有意義。

3 “線速度”概念的教學過程

培養學生的物理核心素養是高中物理教學的方向，探討線速度的概念是培養學生物理核心素養非常寶貴的素材，因此，筆者認真設計教學過程，嘗試在課堂中落實物理核心素養教育目標。

隨后筆者采用合作教學模式，引導學生發現并解決問題。

師：教材對線速度的描述存在一些問題，給大家5分鐘時間，看能否找出？

生：老師，我認為教材中“弧長Δs也就是物體由A到B的位移Δl”的說法是錯誤的。

師：為什么？

生：因為弧長是圓弧的長度，有大小無方向，是標量，而位移是由起點指向終點的有向線段，有大小也有方向，是矢量。所以不能說“弧長Δs也就是物體由A到B的位移Δl”，而應該說“弧長Δs與物體由A到B的位移Δl的大小相等”。

師：非常好！不但發現了問題，而且能夠說明原因，并提出解決方案，給你點贊！

師：大家繼續思考，還有一處錯誤。

幾分鐘過去了，還是沒有學生發現線速度的邏輯錯誤。

師：位移是矢量，時間是標量，位移與時間的比值是速度，速度是矢量，其方向與位移的方向相同。速度的變化是矢量，時間是標量，速度的變化與時間的比值是加速度，加速度是矢量，其方向與速度的變化方向相同。即只有一個是矢量，一個是標量，比值才會為矢量。

生：老師，我發現問題了，弧長是標量，時間是標量，則線速度不可能為矢量。

師：心有靈犀一點通，言之有理！

一石激起千層浪，同學們議論紛紛，物理教材竟然也會出錯！

師：我們既然發現了教材存在邏輯錯誤，那么我們應該如何理順教材邏輯呢？

雖然學生已經發現了教材邏輯錯誤，但要學生自己理順教材的要求太高了。因此筆者采用問答形式，降低思維梯度，幫助學生得出線速度的正確概念。

師：請問速度的定義是什么？

生：位移與發生這段位移時間的比值叫速度。

生：我感覺用弧長與時間的比值表示線速度更容易理解！

師：我也有同感！就是因為用弧長與時間的比值表示線速度容易理解，所以教材的編者也沒有注意到其中的邏輯錯誤。既然更容易理解，那么它們之間是否存在某種隱含的邏輯聯系呢？

學生靜靜思考。

師：當Δt足夠小時，線段AB與弧AB有什么關系？

生：幾乎沒有什么差別，可以認為位移Δl的大小與弧長Δs相同。

生：哦，終于明白了！原來弧長與時間的比值，只是等于線速度的大小，而不是線速度的定義。

師：若物體做勻速圓周運動，已知圓周的半徑為R，周期為T，如何求勻速圓周運動的線速度大小？

師：請同學們總結線速度的定義。

4 “線速度”概念教學的反思

公開課結束后，大家都對公開課表示滿意：聽課教師說“出其不意，備課深入”，本班學生說“積極思考，理解深刻”。本人在教學過程中也有一些感悟，現總結如下。

4.1 熟悉核心素養的內容，是培養學生核心素養的前提條件

物理教師要想培養學生的物理核心素養，首先就要知道其具體內容。培養學生的核心素養，以科學性、時代性和民族性為基本原則，以培養“全面發展的人”為核心，分為文化基礎、自主發展、社會參與三個方面。綜合表現為人文底蘊、科學精神、學會學習、健康生活、責任擔當、實踐創新六大素養，具體細化為國家認同等十八個基本要點。物理核心素養包括物理觀念、科學思維、科學探究以及科學態度與責任。物理觀念包括物質觀念、運動觀念、相互作用觀念、能量觀念及其應用等要素。科學思維包括模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新等要素。科學探究包括問題、證據、解釋、交流等要素。科學態度與責任包括科學本質、科學態度、科學倫理、STSE等要素。

4.2 合理設計教學過程，是培養學生核心素養的必然要求

凡事預則立，不預則廢。要想培養學生核心素養，就要求教師精心設計教學過程，把核心素養滲透在教學的各個環節之中。通過線速度的學習，讓學生明白：無論是描述直線運動還是圓周運動，都可以用速度去表示運動的快慢，以培養學生的物理觀念。運用極限方法，當Δt足夠小時，得出位移的大小與弧長相同，“化直為曲”，達到研究圓周運動的目的。學生們比較熟悉“化曲為直”，卻不知道“化直為曲”，通過本節課的探討，讓研究物理的方法更加充實，從而培養學生科學思維。科學探究包括實驗探究和理論探究，從直線運動的速度公式出發，探究圓周運動的線速度，使線速度的概念更加符合物理邏輯，從而糾正了教材的前后矛盾，培養了學生的理論探究能力。學生通過找出教材存在的問題，形成了實事求是的態度，不迷信權威，敢于向權威挑戰，培養學生的科學態度。

4.3 善于引導學生，是培養學生核心素養的重要保證

運用最近發展區理論，引導學生積極思考，從而培養學生物理核心素養。維果斯基的最近發展區理論認為：學生的發展有兩種水平，一種是學生的現有水平，指獨立活動時所能達到的解決問題的水平；另一種是學生可能的發展水平，也就是通過教學所獲得的潛力，兩者之間的差異就是最近發展區。教學應著眼于學生的最近發展區，為學生提出帶有難度的問題，調動學生的積極性，發揮其潛能，超越其最近發展區而達到下一發展階段的水平，然后在此基礎上進行下一個發展區的發展。在課堂教學中，學生通過認真閱讀，能夠找出“弧長Δs也就是物體由A到B的位移Δl”是錯誤的，老師就不要去引導。當學生找不出線速度概念的邏輯錯誤時，此時老師就應該伸出援手，給予適當提醒，讓學生能根據現有知識，達到恍然大悟的效果。如引導學生關注速度和加速度的定義，讓學生通過類比思維，發現線速度的定義存在錯誤。通過筆者引導，讓學生明白教材編者產生錯誤的根源：在Δt足夠小時，位移大小與時間的比值在數值上等于弧長與時間的比值。筆者發現學生學習有困難時，及時給予學生適當引導，讓學生自己一步步弄清了線速度的本質含義，加深了對知識的理解，促進了物理核心素養的發展。

[1] 人民教育出版社物理室．全日制普通高級中學教科書(試驗修訂本 必修)物理第一冊[M].北京：人民教育出版社,2000：90．

[2] 人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發中心．普通高中課程標準實驗教科書 物理必修2[M].北京：人民教育出版社,2010：16-17．

①本文系廣東省教育研究院2014年度教育研究立項課題“基于粵教版高中物理教材評價與教材教學的研究”(編號：GDJY-2014-A-b301)和汕頭市教育局十三五研究課題“高中物理高效課堂教學策略研究”(編號：2016GHBY021)的研究成果。