指向核心素養(yǎng)的高中物理教學(xué)微設(shè)計(jì)

徐永明

(江蘇省濱海中學(xué),江蘇 鹽城 224500)

教學(xué)微設(shè)計(jì),是指在課程標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)下,根據(jù)教學(xué)對象和教學(xué)目標(biāo),確定合適的教學(xué)起點(diǎn)與終點(diǎn),從課堂教學(xué)內(nèi)容解構(gòu)出某些特定微主題,對微主題精準(zhǔn)設(shè)計(jì).微主題素材的選用、組織、展示要與學(xué)生的認(rèn)知能力、生活經(jīng)驗(yàn)、學(xué)科思維特點(diǎn)、已儲(chǔ)備知識(shí)和技能相匹配,滿足學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展的要求,體現(xiàn)人文情懷.

微設(shè)計(jì)具有目標(biāo)明確、內(nèi)容精簡、主題突出、預(yù)設(shè)可期等特點(diǎn),是整體教學(xué)設(shè)計(jì)的重要組成部分.良好的微設(shè)計(jì)針對性強(qiáng),能為學(xué)生提供更多的質(zhì)疑與探究機(jī)會(huì),撥動(dòng)物理學(xué)科教育與核心素養(yǎng)生成的觸發(fā)點(diǎn)、聯(lián)結(jié)點(diǎn)和落實(shí)點(diǎn),使教學(xué)整體設(shè)計(jì)趨向完善、便于操作.微設(shè)計(jì)的內(nèi)容豐富多彩,可以是一句話、一個(gè)手勢,也可以是情境創(chuàng)設(shè)、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)和創(chuàng)新、教學(xué)程序等.根據(jù)課程理念,本文從以下幾個(gè)方向思考教學(xué)微設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)教學(xué)效果最優(yōu)化.

1 增強(qiáng)實(shí)踐意識(shí),發(fā)展學(xué)生物理觀念

物理觀念主要包括物質(zhì)觀念、運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念、能量觀念等要素.這些要素素養(yǎng)只有在真實(shí)情境中解決問題時(shí)才能表現(xiàn)出來,因此,學(xué)生的物理觀念也應(yīng)在解決實(shí)際問題中形成.

案例1.夏天開空調(diào)時(shí),教室里有一盞懸線日光燈因空調(diào)風(fēng)吹而來回?cái)[動(dòng),擺角可達(dá)15°左右,學(xué)生感到很不安全,光線搖曳,眼睛不舒服.后來班主任用鐵絲和釘子把日光燈固定,很不美觀.

微設(shè)計(jì)意圖:發(fā)展物理觀念、培養(yǎng)遷移能力和解決實(shí)際問題能力.

學(xué)習(xí)相關(guān)內(nèi)容時(shí),問學(xué)生:去掉鐵絲后,怎樣才能做到開空調(diào)而日光燈不擺動(dòng)?

開始學(xué)生不知怎么辦,很難將所學(xué)的知識(shí)與方法遷移到處理日常生活遇到的物理現(xiàn)象,經(jīng)啟發(fā)引導(dǎo),有學(xué)生想到共振.當(dāng)教師確認(rèn)應(yīng)用共振相關(guān)知識(shí)解決問題時(shí),學(xué)生立即活躍起來,提出方案:改變懸線長度,改變燈的質(zhì)量.

圖1

次日,如圖1所示,在日光燈盒上多了幾本厚書(如不仔細(xì)看,還真發(fā)現(xiàn)不了),固定燈的鐵絲不見了,燈也恢復(fù)了往日的平靜.

圖2

評價(jià):把應(yīng)用知識(shí)和訓(xùn)練能力的重心轉(zhuǎn)移到實(shí)踐中去.[1]微設(shè)計(jì)應(yīng)多給學(xué)生實(shí)踐機(jī)會(huì),在解決實(shí)際問題中內(nèi)化物理概念和規(guī)律,提升學(xué)生提出問題、分析問題和解決問題的能力,增強(qiáng)實(shí)踐意識(shí).

2 創(chuàng)新改進(jìn)實(shí)驗(yàn),培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維

質(zhì)疑創(chuàng)新是科學(xué)思維的重要要素,創(chuàng)新或改進(jìn)實(shí)驗(yàn),使現(xiàn)象更明顯,可視化程度更高,更能精彩呈現(xiàn),學(xué)生不僅覺得“有意思”,而且能為學(xué)生提供良好的思考問題情境,掃除思維障礙,對培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維起到潛移默化的作用.

圖3

案例2. 如圖3所示,這是人教版選修3-2教材的習(xí)題實(shí)驗(yàn),左管是完整的鋁管,(a)管是開縫的鋁管,管長約1m.圓柱形強(qiáng)磁鐵輕輕放入左鋁管上管口,約6s從管的下端落出,同樣操作,磁鐵在(b)管中約0.5s就落出.現(xiàn)象明顯,學(xué)生驚訝不已,引發(fā)思考與討論.學(xué)生疑問:鋁管不透明,鋁管中有沒有機(jī)關(guān)?磁鐵在鋁管中怎樣運(yùn)動(dòng)?是否受到管壁的摩擦作用?

微設(shè)計(jì)意圖1:讓學(xué)生觀察到磁鐵在鋁管內(nèi)運(yùn)動(dòng).

如圖4所示,在鋁管側(cè)壁開些小孔,可以觀察到磁鐵在管中慢慢經(jīng)過小孔.學(xué)生疑問:磁鐵不在小孔處是否受到管壁的摩擦作用?

圖4 圖5

微設(shè)計(jì)意圖2:通過對比實(shí)驗(yàn),說明下落延緩是電磁阻尼作用而不是摩擦作用.

如圖5所示，強(qiáng)磁鐵在1m長豎直透明有機(jī)玻璃管中下落時(shí)間約0.5s;在有機(jī)玻璃管外再套上完整的鋁管后,磁鐵在玻璃管中下落時(shí)間約6s;完整鋁管再換成開縫鋁管套在玻璃管外,強(qiáng)磁鐵下落時(shí)間約0.5s.學(xué)生疑問:仍然不能直接觀察強(qiáng)磁鐵究竟在玻璃管中做怎樣運(yùn)動(dòng).通過鋁管的縫隙觀察強(qiáng)磁鐵,強(qiáng)磁鐵下落不延時(shí).

微設(shè)計(jì)意圖3:讓學(xué)生觀察到磁鐵在電磁阻尼作用下的真實(shí)運(yùn)動(dòng)情況.

圖6

如圖6所示,取1m長的玻璃管,下半截用銅線纏繞,中間留有間隙,當(dāng)玻璃管適當(dāng)傾斜時(shí),磁鐵輕放入上管口,先是加速運(yùn)動(dòng),進(jìn)入線圈部分,立即減速,以極慢的速度下滑,阻尼現(xiàn)象直接曝露眼前．學(xué)生疑問:摩擦力起多大作用?玻璃管豎直放置,磁鐵又怎樣運(yùn)動(dòng)?豎直放置,由于線圈的電阻等因素,磁鐵延緩下落并不明顯.

微設(shè)計(jì)意圖4:讓學(xué)生觀察到磁鐵在電磁阻尼作用下豎直下落的運(yùn)動(dòng)情況.

圖7

如圖7所示,在玻璃管上固定一系列銅環(huán),圓柱形強(qiáng)磁鐵輕輕放入上管口,可看到強(qiáng)磁鐵立即以極慢的速度做勻速運(yùn)動(dòng),磁鐵與管壁幾乎不接觸,延時(shí)效果明顯,磁鐵運(yùn)動(dòng)情況一覽無余,盡收眼底.

評價(jià):新穎的、生動(dòng)的、驚險(xiǎn)的和富有懸念的實(shí)驗(yàn)有利于學(xué)生萌發(fā)熱愛物理學(xué)的情感,激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī),產(chǎn)生旺盛的求知欲．[3]這4個(gè)微設(shè)計(jì)是筆者和學(xué)生不斷探索、改進(jìn)創(chuàng)新的成果,微設(shè)計(jì)過程很好地培養(yǎng)了學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新精神.

3 突破探究困境,確保務(wù)實(shí)科學(xué)探究

科學(xué)探究是人類探索和了解自然、獲得科學(xué)知識(shí)的主要方法,主要包括問題、證據(jù)、解釋、交流等要素.以證據(jù)為基礎(chǔ),運(yùn)用各種信息分析和邏輯推理得出結(jié)論,公開研究結(jié)果,接受質(zhì)疑,不斷更新和深入,是科學(xué)探究的主要特點(diǎn).[2]教學(xué)中要避免讓學(xué)生按教師或教材的既定步驟進(jìn)行虛假“探究”,[3]務(wù)必把科學(xué)探究落到實(shí)處.

案例3.學(xué)習(xí)人教版普通高中物理選修3-2教材“楞次定律”時(shí),教師一般處理方法是通過如圖8所示實(shí)驗(yàn)繪制表1.教材指出根據(jù)圖表信息很難概括感應(yīng)電流方向跟磁通量的變化有什么關(guān)系,于是強(qiáng)行地引入“中介”——感應(yīng)電流的磁場.從課堂反應(yīng)看,學(xué)生覺得“中介”很突然,有假探究之嫌,也有教師提出類似質(zhì)疑.[4]

圖8

微設(shè)計(jì)意圖:基于證據(jù),教師引導(dǎo),分析相關(guān)現(xiàn)象,師生以老子哲言分析和邏輯推理,調(diào)控探究方向.

指導(dǎo)學(xué)生分析表1,正常情況下學(xué)生得不出感應(yīng)電流方向的判定方法,探究陷入困境.此時(shí)出示老子名言:“天之道,損有余而補(bǔ)不足”.意思是“自然規(guī)律是減損有余的而彌補(bǔ)不足的”,這里可以理解為“自然規(guī)律,增加的就得減少,減少的就得增加,即阻礙變化”.請學(xué)生們觀察表1中“N極插入”列,問: (1) 什么量在增加? (2) 怎么減少這個(gè)量增加?答:線圈中磁通量增加,唯有感應(yīng)電流的磁場才能阻礙這個(gè)磁通量的增加.學(xué)生自然地想到感應(yīng)電流的磁場及其方向,在表1下方再加兩行,如表2(課堂教學(xué)時(shí)表1與表2合并在一起),學(xué)生在“天之道,損有余而補(bǔ)不足”引導(dǎo)下很快填好表2中的所有信息(此是筆者2017年江蘇省優(yōu)課一等獎(jiǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)片段).

表1

表2

評價(jià):貫徹落實(shí)科學(xué)探究,務(wù)必認(rèn)真設(shè)計(jì)好科學(xué)探究的每一個(gè)要素,設(shè)計(jì)好每一個(gè)細(xì)節(jié).學(xué)生能從“損有余而補(bǔ)不足”遷移到“感應(yīng)電流的磁場阻礙線圈中原來磁通量的增加或減少”.設(shè)計(jì)一句名言,引領(lǐng)探究方向.

4 回歸科學(xué)本質(zhì),培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度

物理學(xué)作為科學(xué),學(xué)習(xí)時(shí)必須抓住科學(xué)本質(zhì),不能死記硬背一堆公式,更不能記住一些二級結(jié)論隨便套用.

圖9

案例4.如圖9所示,A和B兩顆衛(wèi)星分別在圓軌道和橢圓軌道繞地球運(yùn)動(dòng),在圖中位置哪顆衛(wèi)星速率大?

微設(shè)計(jì)意圖:回歸科學(xué)本質(zhì),避免濫用、亂用一些結(jié)論.

有的學(xué)生往往根據(jù)教輔資料中“越高越慢”錯(cuò)答為A速率大,正確答案是無法比較.

“越高越慢”的本質(zhì)是衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),萬有引力提供向心力,得到軌道半徑越大速率越小.而對于一個(gè)是圓軌道,另一個(gè)是橢圓軌道的情況就復(fù)雜了.

圖10

再如,如圖10所示,長直螺線管AB中通以恒定電流,閉合銅環(huán)放置在螺線管正中間,當(dāng)恒定電流突然加倍時(shí),則銅環(huán)有收縮還是擴(kuò)張趨勢?

當(dāng)電流加倍時(shí),螺線內(nèi)外磁場都增強(qiáng),穿過銅環(huán)的磁通量變大,所以絕大部分學(xué)生立即根據(jù)“增縮減擴(kuò)”得到錯(cuò)誤結(jié)論:銅環(huán)有收縮趨勢.

磁通量是指凈磁通量,螺線管內(nèi)外磁感線疏密和方向不同,圖中銅環(huán)具有向上的磁通量,當(dāng)電流加倍時(shí),銅環(huán)中順時(shí)針電流(俯視),而銅環(huán)所在處磁場方向向下,根據(jù)左手定則得到銅環(huán)有擴(kuò)張趨勢.

銅環(huán)的收縮和擴(kuò)張,本質(zhì)是感應(yīng)電流在磁場中受到安培力的作用,效果是阻礙磁通量的變化,此題中銅環(huán)有擴(kuò)張趨勢,擴(kuò)張阻礙磁通量增加.

評價(jià):科學(xué)本質(zhì)是指對于科學(xué)知識(shí)、科學(xué)研究過程、科學(xué)方法等方面最基本特點(diǎn)的認(rèn)識(shí).在教學(xué)中通過知識(shí)的學(xué)習(xí)和探究,讓學(xué)生逐步理解科學(xué)本質(zhì),并能從科學(xué)本質(zhì)出發(fā)解決和處理問題(包括應(yīng)試),而不是讓學(xué)生記住或套用一些二級結(jié)論.微設(shè)計(jì)這兩道題,希望能正本清源,從本質(zhì)出發(fā)認(rèn)識(shí)事物,培養(yǎng)正確的科學(xué)態(tài)度.

5 結(jié)語

不論是改進(jìn)的還是原創(chuàng)的微設(shè)計(jì),都是筆者從教學(xué)實(shí)際情況出發(fā),使物理情境更合理,激發(fā)學(xué)生求知欲,讓學(xué)困生不討厭物理,一般生喜歡物理,優(yōu)等生著迷物理.有針對性的教學(xué)微設(shè)計(jì),有利于培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任,更能把科學(xué)探究落到實(shí)處,促進(jìn)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的全面發(fā)展,也有利于教師業(yè)務(wù)的發(fā)展和學(xué)校辦學(xué)軟實(shí)力的提升.