創新科學思維 促進核心素養養成

摘要：物理學是一門注重實驗探究和思維培養的學科，同時“功”這一節在在高中物理中又占有舉足輕重的地位。既很好的體現了學生初高中思維的銜接，又是物理學中力和能量的結合點，功能關系是整個高中物理教學的重點。本文以“功”的教學設計為例，對功的計算公式提出新的推導方案，對正負功的提出、理解給出不同的方法。關注“物理觀念”、“科學思維”、“科學探究”和“科學態度與責任”四個維度，特別強調科學思維的五水平發展。高中教學中需要創新思維，以生為本，逐漸培養適合學生長期發展的教學思維方式，正真促進學生核心素養的養成。

關鍵詞：創新;科學思維;核心素養;養成;設計

一、背景

關于立德樹人的要求，在黨的十八大和十八屆三中全會均有明確提出，要求能夠落到實處?！蛾P于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務的意見》是教育部在2014年印發的，意見中提出各年段學生均應該具備必備的優秀品格和關鍵能力，對自己今后人身發展有幫助，對社會發展有幫助，即要求研究學生如何更好的發展核心素養體系。

2019年9月浙江省物理教研員梁旭老師在書本《指向學科核心素養的普通高中課堂教學設計》的序言中提到的第一句話就是：高中的教學方式需要轉變！我想高中的物理教學也需要創新思維，創新教學設計。

創新：亦作"剏新"，一指創立或創造新的，二指首先，三指改變。創新思維是指以新穎特有不同的思維來解決碰到的問題，通過新思維突破以往，以完全不同的視角去思考問題，給出與眾不同的思維方法，有效的解決問題，從而產生特有的、新穎的、有社會意義的思維成果。

關于科技創新，我黨在十八大時就明確把科技創新擺到了一定的高度，指出科技創新是國家發展的支撐，是提高生產力的關鍵，必須放到首要的位置。我想十八大的精神之一就是創新。隨著國家的發展，社會的進步，迫切需要創新型人才。而學校正是人才培養的的搖籃，隨著教育改革步伐的邁進，更需要教育創新。

二、《功》教學設計的重點與難點

《功》選自人教版高中物理必修2第七章《機械能守恒定律》中的第二節，學生在初中的時候已經有所接觸，故本堂課的教學先從功和能量的關系入手，讓學生體會功是能量轉化的量度這句話，有力做功必然伴隨著能量的變化。之后回顧初中所學知識，特別是當力的方向和速度在同一方向上，或者互成90°的兩種特殊情形，讓學生體會同向時力是動力，借此先引出如果力的方向和速度方向相反的時候力是否做功。在此前學生知道能量的變化必然有力做功的，自然得出這里力是一個阻力。之后從四種斜拉和推的情形推導出公式的共性，得到功的一般表達式，借此往下提出正負功的概念，并加以解釋和應用。最后再對總功的求解進行探究。故重難點設計上我如此把握。

教學重點：

1.功的概念;2.功的計算;3.正、負功的理解，體會功是標量。

教學難點：

1.力對物體做功的求法推導;2.正、負功的引出和理解。

三、《功》的教學設計（簡化）

（一）導入新課（觀察現象，回顧初中知識，為物理觀念形成奠定基礎）

1.引入：觀看2分鐘視頻，介紹第一次工業革命（18世紀60年代-19世紀40年代）中的主角：蒸汽機。

師：第一次工業革命中蒸汽機的廣泛應用，推動了世界各國之間的聯系，改變的世界格局，最終資產階級率先統治了世界，英國成為了世界的霸主。同學們，你們知道這里面最關鍵的是什么嗎？

生：蒸汽機大大提高的能源的利用率，使能量更容易被人民利用。

師：對，這個過程中化學能轉化為機械能更加容易了，接下去我們看下面三幅圖。

師：圖1中由于牽引力做功使動車的重力勢能增大了;圖2中由于握力做功使握力器的彈性勢能增大了;圖3中由于起重機拉力做功使木材的重力勢能增大了。

學生參與演示實驗：橡皮繩套腰間，拉的過程，采訪拉皮筋的同學有什么感受？

生：累！也許我的化學能在消耗，拉力阻礙了我前進。

師：同學們，通過以上所有的分析我們發現，如果物體在力的作用下能量發生了變化，則這個力一定對物體做了功。法國科學家科里奧利在19世紀20年代就提出了功的概念（圖片展示）。

功：力和受力點沿力的方向上的距離的乘積。

2.做功的兩個必要條件：

①作用在物體上的力;②物體在力的方向上移動的距離。

3.回顧初中功的計算方法：

（二）新課教學

師：進入高中之后，我們把兩個做功條件中的“距離”改成“位移”。

1.做功的兩個必要條件：

①作用在物體上的力;②物體在力的方向上移動的位移。

2.再次通過橡皮繩的實驗，引導學生體會以下兩種情形中力的效果不同，情形一中力為動力，情形二中力為阻力。提出對于阻力做功為了表示效果不同，我們加個“-”。

師：那么現實生活中力僅僅有以上兩種情形嗎？

生：還有斜拉或者斜推的各種情形。

師：我們不難發現甲乙兩種情形中拉力為動力，相反丙丁兩圖中拉力為阻力，那么怎么來求這幾種情況下拉力對物體的做功呢？

生：由于拉力和位移方向不在同一直線上，我們可以利用以前所學的分解的辦法把拉力分解到位移的方向及與位移垂直的方向。

師：分析甲、丙兩圖可知F2和F4不做功。

師：同理我們可以分析乙和丁這兩種情形下拉力做功情況，乙類似甲，丁類似丙。但問題是功的公式不可能有這樣兩種情況，我們相信科學是和諧統一的，能否統一為一個公式呢？

師：如果我們假設力和位移方向上的夾角為α，那么對于丙圖中。那么乙情形中拉力做功也就可以這樣寫：

師：完美的統一！我們發現其實甲和丙中拉力做功可以統一為一個公式：

其中α為拉力和位移方向上的夾角。

3.功的計算：

4.正功和負功：

①正負功的意義：

正功：表明力作用的效果促進物體的運動，是動力。

負功：表明力作用的效果是阻礙物體運動，是阻力。

師：正功、負功不表示方向相反，僅表示不同做功的效果。

師：-8J的功與5J的功誰大？

②功是標量

5.應用：

6.總功的計算：

①求出各個力所做的功，則總功等于各個力所做功的代數和：

W總=W1+W2+W3+···

②求出各個力的合力，則總功等于合力所做的功：

W總=F合Lcosα

（三）課后反思：

本堂教學設計經過3次實踐，在本校上課2節，到外校學術節上展示一節?？傮w來看學生接受起來比以前更加順暢，不過有幾點需要改進：其一，重視教材、重視教材上的例題，采用教材上的例題的時候務必重視例題的形式，解題的規范;其二，教學過程中要革新教法，聚焦學生，以學生為主體，創新科學思維的培養;其三，重視物理實驗過程，比如在正功負功出來后可以加入物理實驗，讓學生體會動力和阻力帶來的不同效果;最后，形成評價體系，讓學生形成科學態度和責任，體會到思維創新帶來的優勢。

二、與傳統《功》的公式推導的區別

物理核心素養中的維度之一便是：科學思維。要求學生能把現象模型化，具有物理建模的感覺和能力;能使用學到的物理觀念、物理規律來構建物理模型，并應用已有知識對模型進行分析、解釋、歸納、證明等。敢于大膽的對碰到的問題提出不同意見，追求科技創新、學習創新、思路創新、教育創新。

（一）傳統《功》的教學設計

我在前10年的物理教學工作中一般采取以上的教學設計過程，這里給人感覺最突兀的地方，如圖7，也是每當我上到《功》這一節課的時候最糾結的地方：就是為什么從α是銳角的情形推導出來功的計算公式，可以推廣到所有的情形，并且是不是真的直接就可以從α來決定W的正負，然后得出正、負功的概念。當然教師在得出概念之后一定會對概念進行再解釋，也會用很多的例題、或者一些實驗來予以說明和幫助學生理解。但是本人總認為思維上欠缺連貫性，也沒有遵循學生的思維發展規律。

傳統教學設計往往遵循下面的流程：

為此，我想在國家大力提倡發展學生核心素養的情況下，我們老師是否能夠站在學生的角度來思考問題，以生為本，尋找學生解決問題的基本思維方式，然后創新我們教學方法？

（二）創新思維、以生為本

創新思維的本質在于用新的角度、新的思考方法來解決現有的問題。

如圖8，本課例尋找創新的突破口，首要想法是老師先引導學生在初中的基礎上，通過物理實驗，讓學生感受α為0°和180°時拉力做功所產生的不同效果，進而再把動力和阻力的概念留給學生，對學生來說這也是順其自然的。這時候我們得到了0°和180°時拉力做功的求法，再結合以前力的分解的知識把拉力進行分解，結合三角函數知識：當180°時，滿足，自然而然把四種普通的情形的做功求法歸納為一種求法。愛因斯坦畢生追求完美，在他最后幾年的科研中一心希望能夠把四種相互作用進行完美的統一，我想這也正是我們希望學生獲得的科學素養。

（三）核心素養之“五水平”落實

物理學科核心素養分為四個維度，每一維度進行了五個水平的劃分，比如科學思維：僅僅從模型建構角度來看，水平一要求知道物理學的研究需要建構模型;水平二要求知道常見的物理模型;水平三要求能使用簡單的物理模型解決實際問題;水平四要求能根據解決問題的需要建構物理模型;水平五要求能根據解決問題的需要建構恰當的物理模型。

本課例通過分析一般情況下力做功的特點，把四種拉、推物體的模型統一到一種物理模型，最后得出做功的一般規律，把公式進行了統一化。我想如果學生自己能夠建構這樣的物理模型，不政體現了能夠建構恰當的物理模型這一水平嗎？也許核心素養真能達到水平五的要求了。正好比一個聽完課后的同學說的一句話：原來思維是跳躍的！

三、結束語

特別感謝本校物理教師對該課例的指導與打磨，也特別感謝一起參與同課異構的老師，一起認真的對該課進行了討論和設計，把老的教學思路和新的創新思維進行了對比與實踐。本課把教學重點主要放在了兩個方面：一個是功的公式W=Flcosα得到過程嘗試了另外一種方法;二是正負功的理解上，怎么樣讓學生更容易理解。本課例為學生發展科學思維、老師創新教學思路提供了一種很好的參考，相信會是有用的范例。整個課堂下來老師受益匪淺，本組教師一致認為物理課堂教學應該遵循學生的身心發展規律、遵循物理規律的構建過程、更要以學生為本，慢慢引導并幫助學生逐步形成和發展物理科學思維，培養學生的物理核心素養，為學生的今后發展奠定堅實的基礎。

參考文獻

1.基于物理學科核心素養的教學研究;何麗亞;云南師范大學碩士論文; 2019-06-03

2.依學定教 注重反思 打造生態高效課堂——以《功》的教學設計為例;趙亞兵;物理教學探討;2014-09-10

3.基于核心素養背景下物理探究的優化與創新;王薇;中國現代教育裝備;2020-02-25。

作者信息：

姓名：章順東?出生年月：1984年03月21日 性別：男 民族：漢