讓物理關(guān)鍵能力在復(fù)習(xí)課上真實(shí)提升
——以“物體的運(yùn)動(dòng)”為例

顧炳峰

（無錫市華莊中學(xué)，江蘇 無錫 214125）

中考復(fù)習(xí)，應(yīng)以課標(biāo)為指導(dǎo)，兼顧知識(shí)梳理、方法回顧、能力提升.中考第一輪復(fù)習(xí)的重點(diǎn)也許是知識(shí)與方法的再現(xiàn)，而制高點(diǎn)卻應(yīng)該是能力的提升，尤其是關(guān)鍵能力的培養(yǎng)，是有利于學(xué)生終身發(fā)展的.本課例以我國航天事業(yè)的熱點(diǎn)——天問一號(hào)探索火星為背景來激發(fā)學(xué)生的愛國情感、對(duì)科學(xué)的熱愛、對(duì)宇宙的好奇心，同時(shí)，面對(duì)新的情境，提出新的問題，實(shí)施全面評(píng)價(jià)，提升物理關(guān)鍵能力，可以說是巧妙高效的.

1 在真實(shí)情境中激發(fā)物理關(guān)鍵能力

全新的真實(shí)情境是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的需要，也是教學(xué)評(píng)價(jià)的需要，更是激發(fā)學(xué)生的關(guān)鍵能力的需要.真實(shí)的情境有助于促進(jìn)學(xué)生建模、辨析，激活學(xué)生的概括理解能力；有助于促進(jìn)學(xué)生測量、論證，激活學(xué)生的科學(xué)探究能力；有助于促進(jìn)學(xué)生分析、方法運(yùn)用，激發(fā)學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力；有助于促進(jìn)學(xué)生遷移、質(zhì)疑，激發(fā)學(xué)生的求實(shí)創(chuàng)新能力.

本課例以我國天問一號(hào)探火工程為背景，自制“天問”模型教具，如圖1所示.模型的原型是蘇教版物理教材8年級(jí)上冊(cè)圖5－24“噴氣火箭”.設(shè)計(jì)的難點(diǎn)：（1）如何使模型運(yùn)動(dòng)緩慢，以便可以較準(zhǔn)確的測量運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，再測出速度.（2）如何使模型出現(xiàn)局部的勻速直線運(yùn)動(dòng)，以便完整地展示兩種直線運(yùn)動(dòng)，再分析數(shù)據(jù)建立勻速直線運(yùn)動(dòng)和變速直線運(yùn)動(dòng)的模型.

圖1

制作方法是：首先給養(yǎng)樂多瓶底部鉆直徑約4mm小孔，它既是充氣孔又是排氣孔，而且可以使噴出的氣體緩慢穩(wěn)定噴出，使動(dòng)力比較穩(wěn)定.然后將氣球嘴套在養(yǎng)樂多瓶口.這樣模型本體就做好了.最后將養(yǎng)樂多瓶表面裝飾一下，然后用雙面膠粘在吸管上，將塑料繩穿過吸管并拉直，最后氣球充入氣并釋放后，模型就可以沿著繩做直線運(yùn)動(dòng)了.調(diào)整充入氣球的空氣量，氣球膨脹后與塑料繩擠壓而被下壓，同時(shí)氣球與塑料線在運(yùn)動(dòng)過程中會(huì)產(chǎn)生摩擦，氣球雖然因?yàn)榉艢舛w積變小，但由于氣球頸部的彈性使氣球向上反彈繼續(xù)摩擦塑料線而保持一定的摩擦力，使一段時(shí)間內(nèi)動(dòng)力等于阻力，從而出現(xiàn)一段時(shí)間內(nèi)的勻速直線運(yùn)動(dòng).然后隨著氣球與塑料線壓力減小導(dǎo)致摩擦力減小，動(dòng)力大于阻力，氣球繼續(xù)做加速運(yùn)動(dòng).裝置圖如圖2所示.

圖2

天問模型的基本功能是展示全新、全面的運(yùn)動(dòng)場景，引發(fā)問題鏈，展開測量與分析，在測量、分析、描述等的過程中激發(fā)學(xué)生的物理關(guān)鍵能力.新舊情境對(duì)比及作用詳見表1.

表1 新舊情境對(duì)比

2 在真實(shí)數(shù)據(jù)中培養(yǎng)物理關(guān)鍵能力

數(shù)據(jù)是情境走向物理的橋梁，是物理建模的基礎(chǔ)，是描述物理規(guī)律的證據(jù).獲取數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)則是學(xué)習(xí)物理過程中必備能力.本章要求學(xué)生會(huì)分析、判斷并描述物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，為今后的利用力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系解決問題而打下基礎(chǔ).判斷則需要證據(jù)，測量就是為了獲得證據(jù)，以便更準(zhǔn)確的描述，圖3就是本章的知識(shí)—能力結(jié)構(gòu)圖.

圖3

2.1 巧測時(shí)間，提升獲取數(shù)據(jù)的能力

本章要求學(xué)生不僅會(huì)通過常用測量工具測量長度和時(shí)間，也要能采用一些巧妙的方法來測量長度和時(shí)間，前者是基本技能，后者則是能力進(jìn)階，體現(xiàn)解決實(shí)際問題的能力.本課例中“比較天問模型運(yùn)動(dòng)快慢是否變化”的環(huán)節(jié)中，分段并比較各段的速度是一種基本思路，分段越多，描述其運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)就越準(zhǔn)確，但是每段時(shí)間太短則導(dǎo)致測量時(shí)間十分困難.此時(shí)，我們可以使用一種新的計(jì)時(shí)方法，那就是視頻計(jì)時(shí)法.

課例中將天問模型準(zhǔn)備通過的路程分成10段，每段20cm，然后現(xiàn)場錄制實(shí)驗(yàn)視頻，再導(dǎo)入電腦，用“愛剪輯”軟件打開視頻，在軟件右側(cè)的播放窗口可以看到視頻畫面，如圖4所示.視頻在暫停播放狀態(tài)下，用鼠標(biāo)拖動(dòng)“時(shí)間軸滾動(dòng)條”，并用方向鍵“↓”、“↑”來微調(diào)確定模型運(yùn)動(dòng)的位置，讀取此時(shí)的視頻時(shí)間.記錄模型運(yùn)動(dòng)至不同位置時(shí)對(duì)應(yīng)的視頻時(shí)間，相鄰兩個(gè)時(shí)間相減，即可得到每段運(yùn)動(dòng)的時(shí)間.視頻中模型從“00∶00∶02.220”時(shí)刻開始運(yùn)動(dòng)，也就是第2.220s開始運(yùn)動(dòng)，到達(dá)第一個(gè)刻度點(diǎn)（20cm處）的 時(shí) 刻 為“00∶00∶02.920”（即2.920s），到達(dá)第2個(gè)刻度點(diǎn)（40cm處）的時(shí)刻為“00∶00∶03.220”（即3.220s），這樣的話，從0點(diǎn)開始運(yùn)動(dòng)至20cm處所用的時(shí)間是2.920s－2.220s＝0.70s，從0點(diǎn)開始運(yùn)動(dòng)至40cm 處的時(shí)間是3.220s－2.220s＝1.00s，依次類推.本課例中由視頻得出模型運(yùn)動(dòng)至各點(diǎn)時(shí)刻如表2所示，通過excel表格數(shù)據(jù)處理功能自動(dòng)整理得出模型從開始運(yùn)動(dòng)至各點(diǎn)所用的時(shí)間如表3所示.

圖4

表2

表3

該方法的好處就是可以分段多些，通過視頻計(jì)時(shí)法可以計(jì)量出每段的時(shí)間，為準(zhǔn)確分析物體運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)提供數(shù)據(jù)支撐.

2.2 遷移創(chuàng)新，提升分析、歸納能力

如果說獲取數(shù)據(jù)是側(cè)重于操作，提升探究能力，那么分析數(shù)據(jù)就更側(cè)重于邏輯推理，提升遷移創(chuàng)新能力.學(xué)生聯(lián)想到新授課上“研究玻璃管中氣泡運(yùn)動(dòng)的快慢”時(shí)分析數(shù)據(jù)所用的“分段法”和“圖像法”，從而應(yīng)用于“分析判斷天問模型運(yùn)動(dòng)快慢是否變化”中來，這就屬于方法的遷移.針對(duì)表3中的數(shù)據(jù)，學(xué)生可以采用分段法來進(jìn)行分析，根據(jù)區(qū)間間隔Δl，通過的時(shí)間t′，算出相應(yīng)區(qū)間的速度v來進(jìn)行比較，如表4所示.發(fā)現(xiàn)從80cm至160cm這段區(qū)間的模型運(yùn)動(dòng)速度保持不變，近似于勻速直線運(yùn)動(dòng)，而從整體上看，天問模型做的是變速直線運(yùn)動(dòng)，同樣的，通過圖像法分析，也可以得出t1-t2時(shí)間段可近似看成勻速直線運(yùn)動(dòng)，整體運(yùn)動(dòng)可看成變速直線運(yùn)動(dòng)，如圖5所示，體現(xiàn)了“圖像法”更方便且準(zhǔn)確.

表4

圖5

“分段法”采用的是相同路程比時(shí)間，那么能否相同時(shí)間比路程呢？借助“頻閃攝影”就可以做到！這就屬于方法的創(chuàng)新.頻閃攝影就是相機(jī)間隔相同的時(shí)間來記錄物體所在的位置，可以反映物體運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，即可以利用相同時(shí)間比路程來比較運(yùn)動(dòng)的快慢是否發(fā)生變化.本課例借助手機(jī)軟件“動(dòng)態(tài)鏡頭”（僅限安卓版）可以非常快速的拍出模擬頻閃照片.打開軟件拍攝運(yùn)動(dòng)視頻，然后自動(dòng)分解成頻閃照片，還可以改變時(shí)間間隔生成不同頻率的頻閃照片，一目了然，如圖6、圖7所示.由頻閃照片可以明顯發(fā)現(xiàn)，虛線框框出來的運(yùn)動(dòng)部分近似為勻速直線運(yùn)動(dòng).

圖6

圖7

3 在真實(shí)評(píng)價(jià)中提升物理關(guān)鍵能力

復(fù)習(xí)課就是對(duì)新授課的評(píng)價(jià)，全新的情境又能促生真實(shí)的評(píng)價(jià).本課例不僅對(duì)原有知識(shí)和方法進(jìn)行了回顧和評(píng)價(jià)，更體現(xiàn)了問題、評(píng)價(jià)和能力的進(jìn)階，在進(jìn)階中提升物理關(guān)鍵能力.問題、評(píng)價(jià)的進(jìn)階應(yīng)符合學(xué)生思維發(fā)展的邏輯，進(jìn)而有利于促使能力的進(jìn)階.本章主要思維邏輯是：判斷物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是否改變，是研究力和運(yùn)動(dòng)關(guān)系的基礎(chǔ).那么，物體是運(yùn)動(dòng)還是靜止的？如果是運(yùn)動(dòng)的，物體運(yùn)動(dòng)方向有沒有改變？物體運(yùn)動(dòng)速度有沒有改變呢？如圖8所示.

圖8

正是這樣的邏輯關(guān)系，本課例評(píng)價(jià)分3個(gè)階段：先從判斷天問模型的相對(duì)運(yùn)動(dòng)開始，評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性；再到判斷天問模型運(yùn)動(dòng)的快嗎，評(píng)價(jià)比較、描述和定義物體運(yùn)動(dòng)的快慢（包含測量速度）；最后是判斷天問模型運(yùn)動(dòng)快慢是否變化，這樣的評(píng)價(jià)是循序漸進(jìn)的；能力上第1階段鞏固了概括理解能力；第2階段提升了收集數(shù)據(jù)的能力；第3階段提升了方法應(yīng)用、遷移創(chuàng)新等能力，從能力角度來講也是循序漸進(jìn)的.本節(jié)課尤其還提升學(xué)生定義的能力，從顯性低階的定義“直線運(yùn)動(dòng)”“曲線運(yùn)動(dòng)”“勻速運(yùn)動(dòng)”“變速運(yùn)動(dòng)”再到創(chuàng)造性的比值定義法定義“速度”：通過相同路程比時(shí)間、相同時(shí)間比路程是非常容易比較物體運(yùn)動(dòng)快慢的，那么路程和速度都不同，該如何比較呢？可以通過統(tǒng)一到單位時(shí)間比路程（s/t）或者相同路程比時(shí)間（t/s），而“比值大反映物理量大”更符合人們認(rèn)知的角度，所以就將s/t來定義速度v.與此類似，為什么用F/S定義壓強(qiáng)p，用m/V來表示密度ρ…這些比值法定義是不是都從利于比較和符合認(rèn)知義的呢？學(xué)生可以觸類旁通，這就初步形成定義的角度去定的能力.若時(shí)間上允許，學(xué)生還可從天問一號(hào)火星近火制動(dòng)（近似看成直線運(yùn)動(dòng)）的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)勻減速運(yùn)動(dòng)，如圖9所示.學(xué)生已經(jīng)能定義速度來反映物體運(yùn)動(dòng)的快慢，那么能否嘗試定義一個(gè)物理量來反映速度變化的快慢呢？這道思考題，可以進(jìn)一步來評(píng)價(jià)學(xué)生的定義能力，通過評(píng)價(jià)，促使了學(xué)生能力進(jìn)階.

圖9

4 結(jié)語

我們要培養(yǎng)學(xué)生在面對(duì)新的情境和物理問題時(shí)，總能夠在正確的思想價(jià)值觀念指導(dǎo)下，高質(zhì)量地認(rèn)識(shí)問題、分析問題、解決問題的能力，即物理關(guān)鍵能力.而能力是要在學(xué)習(xí)實(shí)踐過程中逐步培養(yǎng)的，在復(fù)習(xí)課上的能力培養(yǎng)較新授課而言應(yīng)該是進(jìn)一步的，我們不能將復(fù)習(xí)課僅僅作為回顧、重復(fù)知識(shí)方法，而應(yīng)該提升、突破能力水平.如果說復(fù)習(xí)課上要有新的收獲，那么一定是學(xué)科關(guān)鍵能力的提升.我們要研究和追求以學(xué)科關(guān)鍵能力培養(yǎng)為目標(biāo)的復(fù)習(xí)課.