增強(qiáng)教學(xué)關(guān)聯(lián)意識 提升學(xué)生思維能力 *
——以“曲線運(yùn)動”教學(xué)為例

印曉明

(江蘇省南菁高級中學(xué)，江蘇 無錫 214437)

科學(xué)思維是物理學(xué)科核心素養(yǎng)的核心內(nèi)容，而在傳統(tǒng)物理教學(xué)中豐富的學(xué)習(xí)內(nèi)容往往與有限的課堂時間相矛盾，為了加快學(xué)習(xí)的進(jìn)程，會出現(xiàn)重知識而輕思維的傾向，過多著眼于學(xué)習(xí)的結(jié)果而不是學(xué)習(xí)過程。在知識爆炸的信息化時代，知識永遠(yuǎn)也學(xué)不完，百科全書式的人才并不能適應(yīng)未來的發(fā)展。正如杜威所言：“對于學(xué)校來說，它所能做的或需要做的一切，就是培養(yǎng)學(xué)生的思維能力”，而“持久地改進(jìn)教學(xué)方法和學(xué)習(xí)方法的唯一直接途徑，在于把注意力集中在要求思維、促進(jìn)思維和檢驗思維的種種條件上”。

1 指向?qū)W生思維發(fā)展的教學(xué)設(shè)計架構(gòu)

思維的出發(fā)點與目標(biāo)是“各種行動、各種事實、各種事件和各種事物的種種關(guān)系”，超越基礎(chǔ)學(xué)力、圍繞“為思維而教”設(shè)計和組織物理教學(xué)，需要立足于整體，增強(qiáng)教學(xué)過程中的關(guān)聯(lián)意識，逐步形成教學(xué)的最優(yōu)化路徑。根據(jù)物理學(xué)科的本質(zhì)特征和學(xué)生思維發(fā)展的一般規(guī)律，以學(xué)生已有的知識經(jīng)驗及直觀的表象認(rèn)識為起點，引導(dǎo)學(xué)生通過觀察、實驗、分析等活動，在問題解決中體驗知識獲得和運(yùn)用的過程，掌握物理學(xué)科的“知識結(jié)構(gòu)框架”及“研究方法框架”，而不僅僅是零碎的、靜態(tài)的知識、經(jīng)驗，可以使學(xué)生在獲得知識和技能的同時，得到思維的鍛煉與發(fā)展，在學(xué)“會”中生“慧”，體現(xiàn)物理學(xué)科的育人價值。基于上述思考，指向?qū)W生思維發(fā)展的教學(xué)設(shè)計架構(gòu)如圖1所示。

圖1

2 “曲線運(yùn)動”的教學(xué)實踐

2.1 聯(lián)想與整合：梳理學(xué)習(xí)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)

“曲線運(yùn)動”是人教版高中物理必修2的首章內(nèi)容，在課堂引入時，精心設(shè)計系列問題，組織學(xué)生回顧必修1中所學(xué)的各個章節(jié)的內(nèi)容，梳理章節(jié)間的邏輯關(guān)系，學(xué)生可以猜測出必修2第一章的學(xué)習(xí)內(nèi)容，大致梳理出對應(yīng)的研究思路(圖2)。

圖2

表1

在必修1中主要研究直線運(yùn)動，學(xué)生學(xué)習(xí)了研究物體運(yùn)動的一般方法，先從運(yùn)動學(xué)的角度，用位移、速度、加速度等物理量去描述物體運(yùn)動，再從動力學(xué)的角度研究力和運(yùn)動的關(guān)系，分析物體為什么會做這樣的運(yùn)動，這是由表及里、由現(xiàn)象到本質(zhì)的研究過程。我們也是按照這個思路來研究比直線運(yùn)動更加復(fù)雜的曲線運(yùn)動。

每一門學(xué)科都有自己獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，用簡潔、清晰的結(jié)構(gòu)來統(tǒng)領(lǐng)紛繁復(fù)雜的學(xué)科內(nèi)容，逐漸達(dá)成對知識結(jié)構(gòu)的體系化，避免知識等在頭腦中的無序化堆積，是學(xué)生思維能力得以發(fā)展的前提和基礎(chǔ)。教材作者在編寫教材時，對知識點間的結(jié)構(gòu)關(guān)系、邏輯關(guān)系、呈現(xiàn)順序等都已經(jīng)過反復(fù)仔細(xì)的研究，因此，在教學(xué)設(shè)計的過程中，需讀懂教材給予的教學(xué)暗示，以一種有利于學(xué)生學(xué)習(xí)的方式顯化新舊知識間的結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)，使前后知識互相蘊(yùn)含、自然推演，為學(xué)生的思維搭建從已知到未知的通路。

2.2 活動與體驗：激活學(xué)生的認(rèn)知系統(tǒng)

在研究曲線運(yùn)動的速度方向時，為了引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷關(guān)鍵知識的形成過程，筆者將學(xué)習(xí)過程設(shè)計為層層深入的如表1所示的4個階段：(1) 引領(lǐng)學(xué)生觀察生活中的曲線運(yùn)動，猜想瞬時速度的方向；(2) 觀察小球沿圓軌道運(yùn)動的現(xiàn)象；(3) 分組做小球沿曲線軌道運(yùn)動的實驗；(4) 通過理論分析，得出結(jié)論。用問題鏈創(chuàng)設(shè)思維的載體，以學(xué)生的感受為出發(fā)點設(shè)計實驗與理論探究過程，引導(dǎo)他們合理設(shè)計實驗方案，觀察、分析實驗現(xiàn)象，思考實驗現(xiàn)象背后蘊(yùn)含的物理原理，幫助他們找到用以“踏腳”的動手動腦的“臺階”，充分調(diào)動學(xué)生的多維認(rèn)知系統(tǒng)，為他們思維能力的發(fā)展提供必要的支撐與幫助。

表2

2.3 邏輯與本質(zhì)：揭示研究問題的一般方法

表2展示了探究物體做曲線運(yùn)動的條件的學(xué)習(xí)過程設(shè)計，在明了曲線運(yùn)動速度方向的基礎(chǔ)上，通過對層層深入的問題串的思考，可自然過渡到探究“物體做曲線運(yùn)動的條件”,學(xué)生會初步認(rèn)識到：合力與速度方向不在同一直線上時，物體就要做曲線運(yùn)動，此后筆者為學(xué)生提供了帶有傾斜軌道的木板、白紙、小鐵球、紅墨水、磁鐵等，請學(xué)生利用所給的器材設(shè)計實驗，讓小球做曲線運(yùn)動，邀請一組學(xué)生利用實物展臺展示探究成果(小球沾上紅墨水，在白紙上留下運(yùn)動軌跡)。借助學(xué)生的實驗演示，教師在實物展臺上用簽字筆與學(xué)生一起畫出小球的受力圖，從理論角度分析小球做曲線運(yùn)動的原因。

在“曲線運(yùn)動物體的速度方向”“物體做曲線運(yùn)動的條件”這兩個核心教學(xué)內(nèi)容的過程設(shè)計中(表1、2)，采用了物理學(xué)常規(guī)的研究思路：提出問題、觀測、實驗探究、推測答案、理論分析、得出結(jié)論。在一節(jié)課中，讓兩個不同內(nèi)容體現(xiàn)出相似的研究邏輯，目的是超越課堂教學(xué)的“知識裝載”功能，向?qū)W生傳授知識背后更深層次的科學(xué)研究方法，讓學(xué)生在解決問題的過程中獲得對科學(xué)方法的感性認(rèn)識，體悟到從特殊到一般、從現(xiàn)象到本質(zhì)的研究邏輯，提升學(xué)生的科學(xué)論證和科學(xué)推理能力。

2.4 遷移與應(yīng)用：重視生活情境的課堂呈現(xiàn)

按照研究機(jī)械運(yùn)動的一般方法，學(xué)生用運(yùn)動量描述曲線運(yùn)動規(guī)律、用動力學(xué)理論解釋曲線運(yùn)動成因，在本節(jié)課的遷移與應(yīng)用環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生研究兩個生活實例。

生活實例一：觀看視頻，在建筑工地上用塔吊運(yùn)送建材，使建材在豎直向上做勻速直線運(yùn)動的同時水平向外勻速移動，若已知水平、豎直勻速運(yùn)動的速度分別為vx、vy。(1) 思考與討論：建材運(yùn)動的軌跡是曲線還是直線？可以用哪些方法判斷？(2) 提出拓展性問題：如果要讓建材的運(yùn)動軌跡是一條曲線，可以怎么做？

生活實例二：為自行車的前后輪設(shè)計擋泥板。重視科學(xué)的學(xué)習(xí)與工程的學(xué)習(xí)相結(jié)合，提高科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)(STEM)的綜合素養(yǎng)，對于學(xué)生的未來發(fā)展有著重要的意義。在課堂教學(xué)中，我們需要將物理知識和實際生活情境相關(guān)聯(lián)(圖3)，更好地體現(xiàn)知識從建構(gòu)到應(yīng)用的整體進(jìn)程，采用長期的、浸潤式的教學(xué)方法，有意識地培養(yǎng)學(xué)生建構(gòu)物理模型的能力和解決實際問題的能力。

圖3

3 教學(xué)反思

教學(xué)最根本的價值是“育人”，基于核心素養(yǎng)的高中物理教學(xué)需立足生命立場，倡導(dǎo)參與體驗，注重思維培育，可從以下方面增強(qiáng)學(xué)習(xí)內(nèi)容與學(xué)生發(fā)展的關(guān)聯(lián)度，實現(xiàn)學(xué)生高品質(zhì)的學(xué)習(xí)。

(1) 從知識點教學(xué)轉(zhuǎn)向知識結(jié)構(gòu)教學(xué)。圍繞一個知識點或課時的微觀層面教學(xué)，需立足整體進(jìn)行設(shè)計，充分體現(xiàn)部分與整體在知識、方法等方面的關(guān)聯(lián)度，用簡潔、清晰、進(jìn)階式的“結(jié)構(gòu)”來統(tǒng)領(lǐng)教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)習(xí)內(nèi)容和基于學(xué)習(xí)者體驗的感悟彼此相關(guān)、發(fā)生聯(lián)動。

(2) 思維力與實踐力的培養(yǎng)是關(guān)鍵。物理教學(xué)不能僅僅停留在“博學(xué)”這個層面，還需關(guān)注“審問、慎思、明辨、篤行”等目標(biāo)的達(dá)成。指向核心素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計可以挑選思維力和實踐力的培養(yǎng)作為著力點，設(shè)計系列化的真實情境與任務(wù)，提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。

(3) 科學(xué)性與人文性并重，育“美”的人。任何學(xué)習(xí)活動都不會是單純的智育過程，都承載了培養(yǎng)“完整的生命個體”的使命，在物理教學(xué)中有意識地注重人文精神的關(guān)照，可以讓學(xué)生在不斷完善自我的同時，也完成對客觀事物的價值判斷、轉(zhuǎn)換，提升學(xué)生的價值需求和精神境界。