原始物理問題的課堂教學實施過程

曹振邦

摘 要 通過結合實例，以原始物理問題的六個表征層次為依據，探討在教師主導學生主體的課堂教學模式下如何來開展原始物理問題的實踐教學，探尋出提高學生核心素養能力的有效途徑。

關鍵詞 原始物理問題 學科核心素養 課堂教學

中圖分類號：G424? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2020.02.053

Abstract Based on the six levels of representation of the original physical problems， this paper discusses how to carry out the practical teaching of the original physical problems under the classroom teaching mode in which the teacher leads the students， and explores the effective ways to improve the students' core literacy ability.

Keywords original physical problems; core quality of discipline; classroom teaching

1 課堂教學過程

由于原始物理問題具有隱蔽性、開放性和趣味性等特點，學生在解決原始物理問題過程中能夠充分感受到學習物理帶來的樂趣，但由于問題中沒有已知的物理量和數據，學生往往不知該從何下手。為了提升學生解決原始物理問題的能力，促進學生物理學科核心素養的發展，教師需要科學設計基于原始物理問題的課堂教學案例，逐漸引導使學生具備解決原始物理問題的表征能力，最終達到能舉一反三，獨立解決此類問題的目的。 學生在學完人教版必修1“相互作用與運動定律”部分中的牛頓運動定律之后，教師可以在課堂上安排進行原始物理問題教學，具體的教學流程如圖1所示。

1.1 生成原始物理問題階段

在課堂上，首先教師向學生展示男孩推木箱和拉木箱的圖片，如圖2所示。

在學生觀察圖片之后，教師緊接著提出下面的問題。

教師：請同學們用文字描述所觀察到的圖片情景。

學生：左圖中的男孩在推木箱，右圖中的男孩在拉木箱。

教師：很好，同學們描述的都很準確。那么，哪一幅圖中的男孩感到省力，哪一幅圖中的男孩感到費力呢？

同學之間開始相互討論交流，并形成了不同的答案，教師聽取同學們的發言后進行匯總。

教師：剛才同學們都給出了各自所在學習小組的討論結果，總共有三種不同的答案：左圖省力，右圖費力;左圖費力，右圖省力;左圖與右圖所用的力是一樣的。在這三種答案中哪一種是正確的呢？我們需要按照下面的步驟和方法逐步找到問題的答案。首先，請同學們用物理學上的語言習慣來對這個問題進行描述。

學生在思考之后給出了各自所在學習小組的問題描述方式，教師選出最佳的問題表達方式并在黑板上進行板書。這個問題應該表述成這樣的形式：生活中，我們經常見到推木箱和拉木箱的情況，根據自己所學的知識判斷一下是推木箱省力還是拉木箱省力，并解釋出具體原因。教師告訴學生這個問題就屬于原始物理問題。至此，第一階段的課堂實踐教學已經完成，學生親身經歷了從問題情境出發到生成原始物理問題的整個課堂教學過程，印象也更加深刻。

設計意圖：在教師的逐漸引導下，學生切身體驗生成原始物理問題的過程，學會用物理學上的語言文字來描述生活中場景的方法。

1.2 演化成物理習題階段

在解決原始物理問題的過程中，需要用到自組織表征理論。該理論包含的六個層次是原始物理問題解決中依次出現且不可逾越的過程。教師根據自組織表征理論中抽象表征、賦值表征和圖像表征的特點來設計這個階段的課堂教學活動。

教師：在前面的課程中，同學們已經學過了對物體進行受力分析的方法。那么，如何對這個木箱進行受力分析呢？請同學們畫出這個木箱的受力分析示意圖。

學生開始思考并嘗試畫出木箱的受力分析示意圖。經各學習小組討論后，教師收集各組的最終結果，并及時做出相應的反饋和評價。最后，教師進行木箱受力分析示意圖的演示教學，引導學生掌握正確畫木箱受力分析示意圖的方法。

教師：剛才同學們畫的木箱受力分析示意圖中有人將木箱畫成長方形或長方體，這個做法是非常正確的。在畫木箱受力分析示意圖之前，需要先將木箱抽象成長方形。

學生意識到將木箱抽象成長方形是正確畫出受力分析示意圖的前提，并進一步明確思維發展的方向。

教師：請同學們正確說出木箱受到哪些力的作用。

學生：左圖中的木箱受到重力，平面支持力，摩擦力和推力;右圖中的木箱受到重力，平面支持力，摩擦力和拉力。

教師：很好。這些力都可以用相應的符號來表示。

學生：重力用G，平面支持力用N，摩擦力用f，推力和拉力用F。

教師：非常正確。另外，還需要知道推力或拉力與水平方向之間的夾角 和木箱與地面之間的摩擦系數 。

教師：結合受力分析，并將設置的各個物理量引入到之前的原始物理問題中，就可以得到熟悉的物理習題了。已知水平地面上放置了一個木箱，左圖中木箱受到重力G，平面支持力N，摩擦力f和推力F;右圖中的木箱受到重力G，平面支持力N，摩擦力f和拉力F。推力和拉力與水平方向的夾角都為 ，木箱與水平地面之間的摩擦系數均為 。請根據所學的知識判斷一下，是推物體省力，還是拉物體省力？并解釋具體原因。這道題就是同學們平常遇到的物理習題，通過抽象、賦值和畫圖這些方法就可以實現將原始物理問題轉化為物理習題的目的了。

設計意圖：借助于這個階段的教學過程，學生掌握從原始物理問題開始演化生成物理習題的步驟和方法，逐漸具備抽象表征能力、賦值表征能力和圖像表征能力，同時抽象思維、形象思維和假設思維等科學思維能力得到進一步加強。

1.3 計算出結果與評價階段

在這個階段的教學過程中，教師需要繼續引導學生通過方法表征、物理表征和數學表征去獲得最終的結果。最后，教師總結出適合于學生的原始物理問題解決方案，并留置原始物理問題作為學生的課后作業，已達到鞏固提升的目的。

教師：黑板上的這道題就是一道物理習題，請同學們利用正交分解的方法，以水平方向和豎直方向為坐標軸，畫出左圖和右圖中力的分解示意圖。

學生在先前受力分析示意圖上進行力的合成與分解操作，教師要針對各學習小組的完成情況及時給出相應的反饋和評價。

教師：應該用哪些知識來判斷是推物體省力還是拉物體省力呢？

學生：需要用到牛頓第二定律。

教師：非常正確，需分別對左圖和右圖中的木箱使用牛頓第二定律。根據這個思路，下面請三個同學在黑板上進行板書，寫出詳細的數學推導過程。

學生完成解題過程后，教師進行評價，對學生遇到的共同性問題給予重點講解，還要特別強調在相同的力的作用下，物體的加速度越大運動狀態就越容易改變。最后，教師在黑板上書寫完整的推導過程，幫助學生形成正確的推理思維。具體的數學推導過程如下：

當F為推力時，將推力F正交分解，豎直方向上的合力為零，即（），水平方向上的合力不為零。根據牛頓第二定律，可知物體在水平方向上的加速度大小為

當為拉力時，將拉力正交分解，堅直方向上的合力為零，即），水平方向上的合力不為零。根據牛頓第二定律，可知物體在水平方向上的加速度大小為

由于，考慮到加速度是表示物體運動速度改變快慢的物理量，加速度越大的物體越容易改變其運動狀態，所以用相同的力拉木箱比用相同的力推木箱要省力一些。

設計意圖：學生已經習慣于原有的思維方式解答物理習題，而并非嚴格按照原始物理問題表征設置層次去分析問題，只有演算和推導的訓練很難全面提升學生的思維品質。通過教師引導學生經歷方法表征、物理表征和數學表征等思維訓練過程，可加深學生對原始物理問題的認識，增強學生的自我效能感，促進學生物理問題表征能力與科學思維能力的協同發展。

課堂案例教學的最后階段，教師需要總結出基于學生認知規律的原始物理問題解決方法，流程為：文字描述現象→問題抽象→繪制圖像→自行設置物理量→選取正確的方法分析問題→合理選擇物理公式→數學演算和推導。接下來，教師還需要強調流程圖中“自行設置物理量”的重要性，學生進一步明確原始物理問題中沒有直接的已知量和數據的特征，幫助學生成功辨別出原始物理問題和習題。為了鞏固和提升課堂教學內容，教師還需另外布置原始物理問題作為學生的課外作業。

2 結語

高中物理課程應在義務教育的基礎上，進一步促進學生物理學科核心素養的養成和發展。原始物理問題教學是培養學生物理學科核心素養的有效途徑。教師應當以學生為主體，充分發揮課堂主導作用，將原始物理問題的理論體系應用于具體的實踐教學中，探索出適合開展原始物理問題教學的有效路徑，幫助學生構建表征思維能力，達到提升學生解決原始物理問題能力的目的。教師還需要注意課堂評價體系的建設，不斷加強課程資源的開發，積極探索開發與利用數字媒體課程資源，全方位多渠道開展原始物理問題教學，從而在更大程度上促進學生物理學科核心素養的發展。

參考文獻

[1] 付興鋒.運用原始問題促進中學生物理思維品質發展的研究[D].首都師范大學，2007.

[2] 邢紅軍.自組織表征理論：一種物理問題解決的新理論[J].課程.教材.教法，2009.29（04）：60-64.