“功”的教學與物理核心素養的培養

摘 要：最新的物理課程標準要求要培養學生的核心素養，核心素養的要求對學生來講是全面的發展，而對教師來講培養的任務也是非常艱巨的。物理這門學科對學生未來的發展有比較重要的作用，而且與學生的日常生活也是息息相關的，通過有效的核心素養的培養，讓同學們能夠應用課堂上學到的知識解決更多實際的問題。物理核心素養的培養主要在課堂教學中完成，本文主要講述高中物理“功”的教學中如何引入新課，如何幫助學生建立知識網絡，掌握物理研究方法，形成能解決問題的科學思維。

關鍵詞：核心素養;功;微元法;化變力為恒力

物理學科中的核心素養的培養內容，主要是讓學生能夠通過課堂上學到的知識，實現個人能力的發展，要通過相關知識的積累，形成一種適應社會發展的品格和關鍵的能力。物理這門學科對學生未來的生活和發展會產生較為重要的影響，而且也需要通過課堂上知識的內化，形成一種帶有物理學科特性的思維品質，讓學生正確認識科學發展的本質，并且長期對于科學素養的發展及生活中的物理存在著強烈的好奇心，能夠在求知欲的引導下積極主動地與他人合作，建立一種相互尊重的關系，能夠在物理相關知識的研究中、在物理證據的支持之下，符合邏輯地發表自己的見解，在實事求是的要求當中更好地探究物理的研究成果。以物理核心素養的發展為導向展開的教學需要各位教師從物理觀念、科學思維、實驗探究、科學態度四個維度進行科學有效的教學計劃，有組織、有目標在課堂上與學生建立一種良好的合作關系，通過雙邊的互動實現預設的教學目標。

一、高中物理課堂上培養學生核心素養的主要內容

一個知識的形成首先是發現問題、提出問題，然后想：怎么辦？找到解決問題的途徑、公式、方法，然后把這種方法應用于同類問題中加以驗證，再提煉總結解決這類問題的方法，從而逐步建立知識體系。完善的知識體系是同學們后續進行深入問題研究的基礎，更是幫助同學們實現個人見識增長的重要途徑。在高中階段學習的知識有一定的難度，特別是物理這門學科更是對同學們的邏輯思維能力和抽象思考能力的發展有很高的要求。幫助學生建立相對完善的知識體系是每一位教師的重要教學任務，也是在長遠教學中需要制訂的宏觀教學目標。

人類對知識的渴望就是從一個一個的問題開始的，高中階段的學生處于青春發展的關鍵時期，同學們的思維也是相對活躍的，在課堂上有效地通過對學生求知欲的調動來實現問題的探索以及課堂效率的提升有非常重要的價值。在物理學的發展史中，為了解決問題，科學家們前仆后繼，如今同學們可以不用再逐一研究，我們可以直接學習前人建立的知識體系，但是這種知識體系的學習不應該建立在簡單的記住和應用，更多要從這個知識的問題來源，解決問題方法入手，理解公式概念的形成過程。西湖大學校長施一公說：“科學上沒有所謂的真理，你們在課堂上學到的所謂的公理、定理，都是前人對自然現象的歸納總結，是現狀下最好的歸納總結，可以有效解釋自然現象，甚至推測一些還未發現的現象，隨著人類對周圍環境和宇宙認識的加深，這些公理、定理都會有失效的時候。”最新修訂的高中物理課程標準提出要培養學生的核心素養，所謂的核心素養更多的是指學生對物理概念規律的認識，知道這些規律的形成過程，能把這些規律應用于生活、工作、個人認識中，理解物理規律的研究方法，形成一定的實驗能力，以提高個人的科學素養，形成能解決問題的科學思維。核心素養的培養要從問題開始，知道遇到什么問題，目前用什么方法解決，有哪些定律可以用，怎么用。基于這樣的教學發展，各位教師必須要對當前的教學行為進行認真的思考，同時也要有針對性地對自己的教學理念進行改革和完善，在課堂上要想更好地引導同學們學習和成長，就必須要做到教學方案的調整與時俱進，讓每一個學生都能接受公平的教育，讓學生都能接觸到更加豐富的教學資源。而每一個學生在能力方面的表現也有所不同，教師針對同學們的實際學習情況展開的課堂教學必須要能夠滿足大部分學生的根本需要，同時也要結合同學們的實際學習情況來進行方案的調整，要有針對性地讓學生受到教師的引導，并且都能實現課堂上的有所進步。

二、以“功”的教學為例，淺談如何在教學中培養學生的物理核心素養

高中學生核心素養的培養主要以教學為載體，以學生知識和思維形成為過程體現出來，是著眼于學生的發展，同時貫穿在物理基礎知識的學習過程的。而教學中，大部分教師都會選擇以教材的內容為核心展開實踐研究，雖然教學中介紹的大部分知識都是物理學習的基礎，也是學生長期邏輯思維發展所要遵循的基本規律，但是教材的內容畢竟是有限的，這對于同學們來講，在掌握了這些基礎部分之后，很難進行必要的物理學習拓展，這對于學生個人能力的發展會有一定的阻礙。要想實現更加高效的物理課堂教學，讓同學們的核心素養能夠在教師的有效引導下，實現扎實穩定的提升，就一定要注意物理課堂學習的過程不能受到教材的約束，教師需要進行必要的教學擴充，通過其他途徑幫助學生收集，并傳授更多相關的物理學知識，讓學生個人的物理學習視野得到有效的開闊，而教師也必須意識到，在教學中進行適當的拓展對學生個人能力的發展才會有更大的幫助。

為了讓該部分的論述具備更強的指導性和可操作性，讓學生能夠在教師的影響之下，通過有效的課堂教學實踐實現核心素養的發展，也讓各位教師能夠明確在課堂上怎樣進行有效的教學設計才能讓同學們必要的核心素養得到有效的提升，下面我將以高中物理必修二“功”的教學為例，淺談在教學中如何培養學生的物理核心素養。教學具體分為下面幾個階段：

階段一：溫故而知新。在初中物理中，學生已經形成功的基本定義了，教學時可以先復習初中關于功的兩個重要知識點：1.功的計算：功等于力乘以在力的方向上移動的距離，當力與位移垂直，這個力不做功，即W=0，當力與位移平行，這個力做的功為W=FS。2.做功的過程就是能量轉化的過程。

階段二：以舊引新。可以這樣進一步問學生：我們學過了力的合成與分解，那如果一個力與物體運動的位移有夾角θ，這時怎么求這個力做的功？這時學生已經有矢量的合成和分解的知識基礎，學生很容易得出，將力或位移分解為互相平行和互相垂直兩個方向，平行W=FS，垂直W=0，即分解后取平行分量出來，因為力與位移夾角為θ，則W=FScosθ，進一步分析可以得出以下結論：當這個力與位移的夾角小于900，這個力對物體做正功，當這個力與位移等于900，這個力對物體不做功，當這個力與位移夾角θ=900～1800，這個力對物體做負功。到這里，我們得出了大小方向不變的恒力做功的求解方法。

這里物理核心素養的培養任務：讓學生理解公式的來源，明確公式的使用條件，知道如何求恒力做功。這個任務通過這樣的教學已經基本完成。

問：如果是變力做功，怎么辦？如下：

例1：如下圖，質量為m的物體從距地面高為h的曲面上的M點沿曲面滑到N點，這個過程中曲面對物體的支持力對物體做了多少功？

解析：物體滑下來的過程中，支持力的大小、方向時刻都在變化，不能用恒力做功公式W=FScosθ。物理思維：如果能把變化的力變成大小方向不變的力，那就可以用公式求解。

介紹物理方法：微元法，這是一種極限思維方法，指對某個過程或某個物體進行無限分割，再對其中一個微小單元進行研究，找出規律，再累計求和，最終解決整體的方法。微元法的目的是使在整體里是變量的物理量，在微小單元里可以看成不變量，從而適用一般公式。

例1：如果將物體運動的位移分割逼近，取某一微元研究，支持力一直跟微元位移垂直，在這一微元中支持力極微小，可以看成恒力，適用公式W=FScosθ，由于FS夾角等于900，支持力不做功，每一微元支持力做功都為零，把所有微小單元支持力做的功加起來，總功就為零。這就是求變力做功的第一種方法——微元法。方法總結：由于微元法所取的“微元”最終要疊加起來，所以“微元”的量必須具備“可加性”特征。

例2：質量為m的物體放在水平面上，某時刻開始受到一個大小變化如下圖的水平力的作用，在水平方向上運動了位移S0，求這個力在0到S0的位移內對物體做的功。（不計物體與水平面間的摩擦力）

解析：此題中所求力與位移在同一直線同方向，但力的大小一直變化，是一個大小變化但方向不變的力做功，不能直接用公式W=FS求這個變力做的功。得想辦法將這個大小變化的力變成恒力做功才可以求解，一般的處理方法是將物體走過的位移分成盡可能多的小段，在每個小段位移中，力大小變化可以忽略，即可以認為恒力做功，就可以用恒力做功的公式W=FS求每一小段位移這個力做的功，注意到每個小段位移力做的功F·S對應F-S圖像中每個柱狀面積，將這些柱狀面積都加起來即為這個力做的總功。這就是求變力做功的第二種方法——F-S圖像面積法。

同時如果力與位移成F=kS+b（如上圖1），而且這個變力的方向與位移同向或反向，這個力做的功就等于上圖F-S圖像中圖線與S軸所圍的面積，由梯形面積公式得，這就是求變力做功的第三種方法——平均力法。

例3：如下圖所示，一個可近似看作質點的物塊m放在光滑水平面，一條輕繩通過定滑輪用大小不變的力F拉著物塊向右運動，定滑輪與物塊間高度差為h，繩與滑輪間的摩擦不計，開始時，輕繩與水平面夾角為α，物塊向右運動一段時間后，輕繩與水平面間的夾角變為β。求這段時間內繩的拉力對物體做的功。

解析：拉力F是變力（大小不變，方向改變），不能直接用公式W=FScosθ，由于公式只適用于恒力做功，所以引導學生怎么把求變化的力做功轉化為求恒力做功，這里，有學生就會想到在定滑輪拉繩那端拉力F大小和方向都是不變的，是恒力，可以直接用功的公式求解，但是要注意這時位移為繩移動的位移。

代入公式可得：

。

這就是求變力做功的第四種方法——化變力為恒力法。

至此，我們完成了恒力做功基本公式的推導，求變力做功四種方法的教學，這些知識都是在教師的引導下，以問題為導向，讓學生自己逐步推導，領悟物理研究方法的基礎上形成的。這種教學方法擺脫了原來直接教學生公式，再用大量練習讓學生記住公式的模式，在教學中讓學生用已學的知識解決新問題，再得出新知識，逐步讓學生理解各個公式的來源，建立物理知識網絡，強化了知識運用能力的培養，讓學生體會物理知識在生活中的應用，形成科學思維，也培養了學生的物理核心素養。

參考文獻

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作者簡介：童秀平（1975—），女，漢族，福建漳州華安人，福建省漳州市華安縣第一中學，中學一級，理學學士。研究方向：高中物理教學。

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