指向核心素養的物理學科能力的教學實施

關春虹

摘? ?要：物理學科能力一直是學生發展核心素養過程中物理教育研究與實踐的核心議題。物理學科能力主要表現在由三個能力維度構成：學習理解，應用實踐，遷移創新。本文以高考中高頻考點動量守恒中的碰撞模型的教學為例，闡述如何在課堂上物理教學中以指向核心素養的學科能力的教學實施。

關鍵詞：學科核心素養;學科能力;動量守恒定律中碰撞模型

學科核心素養是指學科教育給予學生未來發展所需要的關鍵能力和必備品格[ 1 ]。學科能力活動又是將知識轉化為能力素養的重要途徑。在課堂教學中，如何通過學科能力活動將知識轉化為能力素養，本文以高考中的高頻考點及高三復習中的重點和難點知識“動量守恒中碰撞模型”的復習教學為例，談談課堂教學中如何實施指向核心素養的物理學科能力的教學。

1? 指向核心素養的物理學科能力的表現及評價

學科知識轉化為能力素養，經過“學習理解”“應用實踐”“遷移創新”等關鍵能力活動。物理觀念的形成就是經過“學習理解”“應用實踐”過程，而在學習實踐中又不斷提升了學生的科學思維及探究能力。最后經過“遷移創新”形成新的科學知識和觀點，新知識又能促進新技術的發明，有助于形成學生良好的科學態度并增強學生的社會責任感，從而有效地提升學生的核心素養。從知識能力到素養發展能力的進階和教學轉化的模型如圖1所示。

2? 指向核心素養的教學意圖

動量守恒中的碰撞模型經常涉及多物體，多階段運動問題，綜合性較強，涉及的知識點較多，在學習中能較好地測評學生物理學科能力，所以在歷年高考中反復出現，是高頻考點，在高三復習中，既是難點也是重點。

2.1? 教學目標

（1）物理觀念：回顧碰撞三種類型特點，讓學生觀察、體會運動觀，相互作用觀及能量觀，歸納多物體，多階段運動問題的一般解題規律和方法。

（2）科學思維：在復習中進行科學推理論證，并對碰撞模型建構，通過訓練，提高學生分析綜合能力，處理復雜問題能力。

（3）科學探究：對所提的問題利用實驗進行驗證。收集實驗數據，對結果進行交流反思。

（4）科學態度與責任：培養學生實事求是的科學精神，形成勇于創新的科學態度。

2.2? 教學重點、難點

重點：掌握碰撞中多物體，多階段運動問題的一般解題規律和方法。

難點：能根據不同階段的運動受力特點，合理選擇動力學、能量觀點或動量觀點解決問題。

2.3? 教學方法

問題情景法、實驗探究法、信息技術融合法。

2.4? 教具

DIS數字傳感器等、希沃手機同屏。

3? 指向核心素養的物理學科能力的教學實施

3.1? 教學流程圖（見表1）

3.2? 新課教學

3.2.1? 回顧知識方法（“學習理解”能力維度教學的實施）

為了讓學生能夠順利地進行知識回顧和學習理解知識，在這一環節教學中，教師在課前提出問題，課上利用問題導向，回顧動量守恒中碰撞的知識、模型和解題方法，同時利用希沃爾手機同屏功能進行有效復習。問題如下：（1）畫出碰撞模型的思維導圖。（2）“一動碰一靜”完全彈性碰撞碰后速度的推導過程。（3）試證明完全非彈性碰撞動能損失最大。在問題的驅動下，學生能很快理解碰撞的類型及特點。為了加深理解，進一步提出問題：能不能用實驗驗證完全非彈性碰撞動能損失最大？引導學生利用手邊的 DIS數字傳感器等進行實驗論證，通過實驗獲取的信息，得出結論，并進行交流反思，培養了學生科學探究精神。利用這些問題引導學生在復習中進行觀察記憶，對本章知識進行概括論證并進行關聯整合。

在回顧知識環節，“學習理解”能力維度的教學實施，使學生順利地完成知識的回憶和提取、辨識和確認、概括和關聯、說明和論證的學習理解活動。

3.2.2? 典型問題，規范求解（“應用實踐”能力維度教學的實施）

教學中隨著“學習理解”能力的實施，物理觀念的不斷形成，如何進一步培養學生的科學思維和科學探究能力，這就需要一個應用實踐的過程。

教學中進一步提問：如何用我們剛才回顧的知識和方法，解決碰撞過程中多物體，多階段運動問題？教師用如下例題引入典型問題。

例1：固定在同一懸點O的兩根長均為L的輕繩分別系著兩個小球質量分別為M、m，如圖2所示。它們在同一豎直面內相向先后從不同高度無初速擺下，在最低點相碰后粘在一起，恰能一起擺到小球M的出發點。小球m的出發點與最低點的高度差為■，重力加速度為g，不計空氣阻力，兩小球均視為質點。

（1）求小球m剛擺到最低點時對繩的拉力大小。

（2）若兩球從小球M的出發點一起無初速擺下，到達最低點時由于小球M上的彈力裝置啟動，小球M把小球m彈開，為了使小球m恰能回到其最初出發點，小球M應對小球m做多少功？

問題提出后，讓學生分析題中出現的多物體多階段運動問題，確定每一個過程的研究對象及每一個過程中所需的核心知識。確立解題方向如下：

解（1）小球m下擺到最低點過程：

在最低點時：

聯立，得：

根據牛頓第三定律：

（2）小球M下擺到最低點過程：

兩小球 在最低點時：

它們上擺又下擺到最低點過程：

在最低點時，小球M對小球m做功：

小球m，恰好擺回初發點過程：

聯立，得：

在這環節“應用實踐”能力維度教學中，把問題細化分析，引導學生逐一思考、分析解釋，從問題情境中提取關鍵信息，根據信息調用相應的物理觀念、模型、規律進行分析，并推論預測，最終達到了學生能應用動量守恒、能量守恒這一核心知識和科學思維解決了多過程問題，多知識的提取與綜合應用這一教學目標。即讓學生體會了多物體、多階段運動問題的解題方法：

①明過程，明對象;

②會分析，找規律;

③列方程，找聯系，也明確了如何規范求解。

3.2.3? 難點問題，深入剖析（“應用實踐”能力維度教學的進一步實施）

綜合應用是在“應用實踐”能力中各項能力的融合，是實踐維度的最高要求。為了進一步訓練學生的綜合應用能力，在學生明確了動量守恒中碰撞模型的知識及模型建構，能規范解題后，在“應用實踐”能力實施環節再拋出新的問題，對難點問題進行深入分析。

例2：在光滑水平面上有一個質量為M的弧形凹槽光滑滑塊，如圖3所示，凹槽半徑為R，A點為凹槽最低點。現有一個質量為m的小球以速度v0從A點水平向左沖上凹槽，已知當地重力加速度大小為g。問：

（1）當v0=時，小球能否到達B點？

（2）如果小球的速度足夠大，小球將做怎樣的運動？

這題也是多物體，多過程問題，而且是水平動量守恒的典型題型，同時也是能量觀和動量觀的綜合應用，難度較大，為了突破難點引導學生建立表2進行分析，提取相應的物理概念和規律。

在這一教學環節中，進一步強調多物體多階段運動問題的解題方法。學生在解題中理清楚復雜情境中的各個步驟及各種關系，構建出相應的物理過程及模型，同時在分析過程中綜合多方面的知識對難點問題，深入剖析，提升了解決實際問題的能力。

3.2.4? 復雜問題，靈活處理（“遷移創新”能力維度教學的實施）

遷移創新能力是學生在應用實踐中形成的知識和能力，是更高層次的能力表現，是學生利用已學的知識和方法進行遠距離聯想和遷移應用至新情境，創建新的模型，以解決相關新的問題，發現新的知識和新的方法的能力。

在上一問題情境下，進一步提出問題：小球在返回A點時的運動方向？這種問題看似陌生及不確定性，這時如果能根據物體運動時水平方向動量守恒，系統機械能守恒等特點進行直接聯想，可以知識遷移水平方向彈性碰撞模型，再結合“學習理解”實施環節中的問題（2）“一動碰一靜”完全彈性碰撞碰后速度的推導過程，那么這個問題就迎刃而解了。同時進一步知識遷移提出問題：根據這個例題，還能提出什么物理問題？如提出以下問題①求小球到達B點的最小速度v0;②求M得最大速度v2等，引導學生進行探尋新知識和新方法，主動合理構建新模型，針對新的問題情境，在質疑和批判的基礎上，通過理論創新進而有效地解決了碰撞中的難點和重點問題。

4? 教學反思

本節課在課堂教學過程中充分給學生提供了自主合作學習的機會，順利生成課堂教學目標：①規范格式：格式、思維、計算。②問題生成：收集、分析、反思、鞏固。③課堂生成：資源、問題、錯題。同時也培養了物理學科能力：學習理解，應用實踐，遷移創新。從“物理觀念”“科學思維”“科學探究”“科學態度與責任”四個方面有效地提升了學生的核心素養。是指向核心素養的物理學科能力的教學的一次實踐。

參考文獻：

[1]郭玉英. 基于學生核心素養能力研究[M]. 北京：北京師范大學出版社，2017：9-10.