高中物理學(xué)習(xí)路徑獲取的三個維度

摘要：根據(jù)物理學(xué)習(xí)路徑的“起點、過程和終點”，提出了物理學(xué)習(xí)路徑獲取的三個維度，這是優(yōu)化物理學(xué)習(xí)路徑發(fā)展學(xué)生物理核心素養(yǎng)的重要基礎(chǔ).

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng)；物理學(xué)習(xí)路徑；獲取維度

基金項目：2017年度浙江省教科規(guī)劃重點研究課題“高中物理‘微課程群的構(gòu)建與實施”（項目編號：2017SB073）；2018年浙江省教研規(guī)劃課題“高中物理‘情境—問題—活動教學(xué)法的探索”（項目編號：G18267）.

作者簡介：蔡千斌（1976-），男，浙江溫嶺人，碩士，正高級教師，研究方向：高中物理教育.

基于學(xué)生學(xué)習(xí)路徑的高中物理教學(xué)是發(fā)展學(xué)生物理核心素養(yǎng)的重要途徑.因為學(xué)生物理學(xué)習(xí)路徑的“起點、過程和終點”分別對應(yīng)著“學(xué)生已有知識經(jīng)驗、學(xué)生思維過程和學(xué)生知識表征”這三個要素[1]，所以學(xué)生物理學(xué)習(xí)路徑的獲取就應(yīng)著眼于學(xué)生已有知識經(jīng)驗、學(xué)生思維過程和學(xué)生知識表征這三個維度.

1學(xué)生已有知識經(jīng)驗

學(xué)生已有知識經(jīng)驗需從“初中教材”和“學(xué)生原有物理知識的熟練程度”這兩個方面去獲取.

11初中教材

教師不能憑經(jīng)驗來確定學(xué)生的知識經(jīng)驗，教學(xué)前需查閱初中教材，看看學(xué)生在初中學(xué)了哪些內(nèi)容？因為學(xué)生所用教材的版本會發(fā)生變化，所學(xué)的內(nèi)容相應(yīng)地跟著改變.例如，對于電源和電流的內(nèi)容.有些教師沒有查閱初中教材，誤認(rèn)為學(xué)生在初中學(xué)過電流的定義式I=Qt.實際上，對于近幾屆浙江省初中畢業(yè)的學(xué)生來說，他們所學(xué)的初中教材中已經(jīng)刪掉了這部分內(nèi)容.教師如果不去查閱初中教材，對學(xué)生知識經(jīng)驗的判斷會缺失把握.

12學(xué)生原有物理知識的熟練程度

學(xué)生原有物理知識的熟練程度怎么樣，是知道這一知識，還是能夠靈活應(yīng)用這一知識？知道的情況怎么樣，是比較完善的，還是存在較多紕漏？教師讓學(xué)生說一說頭腦中印象深刻的物理知識，畫一畫對應(yīng)的物理知識結(jié)構(gòu)圖，做一做相關(guān)的物理問題，就可以獲取學(xué)生對已有知識的熟練情況.例如，關(guān)于重力的說法，學(xué)生能夠說出三點：（1）重力的大?。篏=mg；（2）重力的方向：豎直向下；（3）重力的施力物體：地球.據(jù)此，教師可以判斷：學(xué)生關(guān)于重力的說法是清晰的，但站在一個結(jié)構(gòu)完備的角度上來看，學(xué)生關(guān)于重力的圖式是有缺陷的.存在的缺陷有：（1）重力的產(chǎn)生原因是什么？（2）重力大小計算公式G=mg中的g與必修1第二章中的重力加速度g一樣嗎？（3）重力的大小能否測量，用什么工具來測量？（4）重力的方向豎直向下是一個什么樣的方向，如斜面上的物體所受重力的方向豎直向下是指垂直斜面向下嗎？（5）一個物體的每一部分都受到重力的作用嗎？等等.

2學(xué)生思維過程

學(xué)生思維過程可從“問題解決”和“課堂教學(xué)中的互動”這兩個方面去獲取.

21問題解決

通過問題解決，讓學(xué)生呈現(xiàn)自己的思維過程，教師從中獲取學(xué)生思維過程中存在的問題.例如，電磁感應(yīng)中的焦耳熱問題.例如，相距L=15m的足夠長金屬導(dǎo)軌豎直放置，質(zhì)量為m1=1kg的金屬棒ab和質(zhì)量為m2=027kg的金屬棒cd均通過棒兩端的套環(huán)水平地套在金屬導(dǎo)軌上，如圖1（a）所示，虛線上方磁場方向垂直紙面向里，虛線下方磁場方向豎直向下，兩處磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相同.ab棒光滑，cd棒與導(dǎo)軌間動摩擦因數(shù)μ=075，兩棒的電阻相等，均為09Ω，導(dǎo)軌電阻不計，ab棒在方向豎直向上、大小按圖1（b）所示規(guī)律變化的外力F作用下，從靜止開始，沿導(dǎo)軌向上做勻加速運動，同時cd棒也由靜止釋放，g取10m/s2.已知在2s內(nèi)外力F做功40J，求此過程中ab棒所產(chǎn)生的焦耳熱.

學(xué)生呈現(xiàn)自己的思維過程：（1）對ab棒：F-m1g-BIL=m1a，I=BLvR總，v=at，F(xiàn)-11=146-112t，則a=1+173t-152B2a18t.當(dāng)t=0時，a=1m/s2.

（2）對ab棒，由動能定理得WF-m1gx-W安=12m1v2-0，v=at=2m/s，x=12at2，Qab=W安，則Qab=18J.據(jù)此，教師可以獲取到學(xué)生思維中存在的問題：學(xué)生誤認(rèn)為ab棒克服安培力所做功的大小就是ab棒產(chǎn)生的焦耳熱.

22課堂教學(xué)中的互動

通過師生互動的方式，教師可以獲取學(xué)生問題解決的思維過程.

例如，針對上述“電磁感應(yīng)中的焦耳熱問題”，教師在課堂教學(xué)中可以采用問題鏈的形式開展課堂互動，以獲取學(xué)生的思維過程.

教師：功是能量轉(zhuǎn)化的量度.做了多少功，就表明有多少能量發(fā)生了轉(zhuǎn)化.安培力對ab棒所做負(fù)功的絕對值大小等于電路中什么能量的變化大??？（學(xué)生：等于ab棒電流發(fā)熱產(chǎn)生內(nèi)能的大小）

教師：ab棒上有電流通過時，cd棒上也有電流通過，那么cd棒電流發(fā)熱產(chǎn)生的內(nèi)能對應(yīng)的是哪個安培力所做負(fù)功的大??？（學(xué)生：cd棒所受的安培力）

教師：cd棒所受的安培力指向哪里？（學(xué)生：垂直紙面向內(nèi)）

教師：cd棒所受的安培力對cd棒做功嗎？（學(xué)生：不做功）

教師：既然cd棒所受的安培力不做功，我們就不能說“cd棒電流發(fā)熱產(chǎn)生的內(nèi)能等于cd棒受到安培力所做負(fù)功的大小”.那么，cd棒電流發(fā)熱產(chǎn)生的內(nèi)能應(yīng)該對應(yīng)哪個安培力所做負(fù)功的大??？（學(xué)生：只能是ab棒）

教師：這樣的話，說明安培力對ab棒所做負(fù)功的絕對值大小應(yīng)當(dāng)?shù)扔陔娐分姓l產(chǎn)生的焦耳熱？（學(xué)生：安培力對ab棒所做負(fù)功的絕對值大小等于ab棒、cd棒產(chǎn)生的總的焦耳熱）

教師：Qab應(yīng)該等于多少？（學(xué)生：Q總=W安=18J，Qab=Q總2=9J）

再如，在“磁感應(yīng)強(qiáng)度”概念的教學(xué)中，教師提出問題：“在磁場中垂直于磁場方向的通電導(dǎo)線，所受的磁場力F跟電流I和導(dǎo)線長度L的乘積IL的比值叫磁感應(yīng)強(qiáng)度.”在磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義中，為什么要求磁場方向與通電直導(dǎo)線垂直？此時，學(xué)生無言以對.

針對這一問題，教師在課堂教學(xué)中可以采用啟發(fā)的形式開展課堂互動，以獲取學(xué)生的思維過程.

教師啟發(fā)：磁場與通電直導(dǎo)線平行的話是否可以呢，為什么？（學(xué)生：不可以.平行時，通電直導(dǎo)線所受的力為0，無法判斷磁場的強(qiáng)弱.）

教師再啟發(fā)：磁場方向與通電直導(dǎo)線既不平行也不垂直的話是否可以呢，為什么？（學(xué)生1：這時通電直導(dǎo)線所受的力不是最大，無法試探出磁場最強(qiáng)的一面.學(xué)生2：只有磁場方向與通電直導(dǎo)線相垂直時，磁場最強(qiáng)的一面才能表現(xiàn)出來.學(xué)生3：要試探磁場的強(qiáng)弱，就應(yīng)該讓磁場最強(qiáng)的一面表現(xiàn)出來，因此試探磁場強(qiáng)弱時，磁場方向與通電直導(dǎo)線必須垂直.）

3學(xué)生知識表征

關(guān)于知識表征我們要明確三點.首先是知識表征的特征.從心理學(xué)角度來看，知識表征是靜態(tài)的，也有人稱之為一個狀態(tài)量；其次是知識表征的形式.學(xué)生的知識表征有多種形式，包括語言、文字、圖象、公式、概念圖和知識結(jié)構(gòu)圖等形式；第三是知識表征的獲取角度.學(xué)生知識表征可從“學(xué)之前的知識表征”和“學(xué)之后的知識表征”這兩個方面去獲取.

31學(xué)之前的知識表征

獲取學(xué)生學(xué)之前的知識表征，目的是確定教學(xué)的基點.例如，學(xué)生在學(xué)高中“摩擦力”之前的知識表征是這樣的：（1）摩擦力分為滑動摩擦力和靜摩擦力；（2）只有運動的物體才會受到滑動摩擦力，靜止物體受到的摩擦力是靜摩擦力不是滑動摩擦力；（3）滑動摩擦力的方向與物體的運動方向相反.

32學(xué)之后的知識表征

獲取學(xué)生學(xué)之后的知識表征，目的是評估教學(xué)的終點，看看是否達(dá)成了學(xué)習(xí)的目標(biāo)，如沒有，則需作出相應(yīng)的調(diào)整以彌補(bǔ)學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果.例如，學(xué)生學(xué)了高中“摩擦力”之后的知識表征發(fā)生了變化：（1）運動的物體、靜止的物體都能受到滑動摩擦力的作用.如用黑板擦擦黑板時，黑板擦與黑板之間發(fā)生了相對滑動，黑板擦受到的是滑動摩擦力.反之，相對地面靜止的黑板也受到黑板擦對它滑動摩擦力的作用；（2）運動的物體、靜止的物體都能受到靜摩擦力的作用.比如，用大拇指和食指夾著一支豎直方向的鉛筆處于靜止?fàn)顟B(tài)，靜止的鉛筆受到靜摩擦力的作用.這個靜摩擦力與鉛筆的重力是一對平衡力.又如，用大拇指和食指夾著一支豎直方向的鉛筆勻速向上運動，鉛筆處于平衡狀態(tài)，與鉛筆重力相平衡的是手指對它的摩擦力.由于手指與鉛筆之間沒有發(fā)生相對滑動，鉛筆所受的摩擦力是靜摩擦力.可見，運動的物體也可受到靜摩擦力的作用；（3）滑動摩擦力的方向與物體相對運動的方向相反，而與物體的運動方向可以相同也可以相反.如圖2所示，傳送帶沿順時針方向勻速轉(zhuǎn)動，傳送帶的速度為v1，小物體以速度v2滑上傳送帶的左端.如v2小于v1，小物體相對傳送帶的運動方向向左，則傳送帶對小物體的滑動摩擦力水平向右，與小物體的運動方向相同.如v2大于v1，小物體相對傳送帶的運動方向向右，則傳送帶對小物體的滑動摩擦力水平向左，與小物體的運動方向相反.

總之，從“學(xué)生已有知識經(jīng)驗、學(xué)生思維過程、學(xué)生知識表征”這三個維度去獲取高中物理學(xué)習(xí)路徑的“起點、過程和終點”，這是優(yōu)化高中物理學(xué)習(xí)路徑，實現(xiàn)學(xué)生物理素養(yǎng)發(fā)展的重要基礎(chǔ).

參考文獻(xiàn)：

[1]蔡千斌.物理學(xué)習(xí)路徑的特征與尋找方法[J].物理教師，2018（3）：23.

[2]蔡千斌.基于學(xué)生學(xué)習(xí)路徑的高中物理教學(xué)模式[J].物理教師，2017（6）：19-22.