指向高階思維的“薩其曼探究訓(xùn)練”教學(xué)模式探討
——以“勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位移與時(shí)間的關(guān)系”教學(xué)為例

胡 佳 陳志軍

(1. 安徽省績(jī)溪縣適之中學(xué),安徽 宣城 245300;2. 安徽省績(jī)溪中學(xué),安徽 宣城 245300)

1 問(wèn)題的提出

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》指出：物理學(xué)科核心素養(yǎng)主要包括“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”四個(gè)方面,[1]其中科學(xué)思維是核心素養(yǎng)中最重要的組成部分。美國(guó)教育家布盧姆將認(rèn)知過(guò)程具體化為記憶、理解、應(yīng)用、分析、評(píng)價(jià)、創(chuàng)造六個(gè)層次,其中分析、評(píng)價(jià)、創(chuàng)造為高階思維,是處于較高認(rèn)知水平層次上的心智活動(dòng)或認(rèn)知能力。[2]在高階思維的三個(gè)認(rèn)知層次中,分析是基礎(chǔ),評(píng)價(jià)是核心,創(chuàng)造是目的。[3]

“薩其曼探究訓(xùn)練”教學(xué)模式是依據(jù)科學(xué)家科學(xué)研究的實(shí)踐提出來(lái)的,包括展示問(wèn)題情境、提出假設(shè)與收集資料、獲得解釋、反思探究過(guò)程四個(gè)環(huán)節(jié)。[4]在物理教學(xué)中運(yùn)用“薩其曼探究訓(xùn)練”教學(xué)模式時(shí)，需針對(duì)教學(xué)任務(wù)驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí),結(jié)合物理概念、物理規(guī)律、課堂教學(xué)組織、科學(xué)思維方法、數(shù)學(xué)方法、信息技術(shù)、探究實(shí)驗(yàn)、自制實(shí)驗(yàn)器材、聯(lián)系生活實(shí)踐等，聚焦問(wèn)題解決的活動(dòng)及方法的應(yīng)用并進(jìn)行評(píng)價(jià),注重知識(shí)的生成和批判性思維的運(yùn)用,是培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力的重要途徑。

人教版高中物理教材中“勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位移與時(shí)間的關(guān)系”一節(jié)，蘊(yùn)含著豐富的核心素養(yǎng)培育和高階思維能力培養(yǎng)的素材,有拓展位移公式的應(yīng)用并進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)、創(chuàng)造的高階思維發(fā)展點(diǎn)。本文以“勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位移與時(shí)間的關(guān)系”教學(xué)為例,運(yùn)用“薩其曼探究訓(xùn)練”教學(xué)模式，實(shí)施高階思維導(dǎo)向的物理教學(xué),以提升學(xué)生科學(xué)探究能力和問(wèn)題解決能力,達(dá)成核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo)。

2 指向高階思維的“薩其曼探究訓(xùn)練”模式應(yīng)用

2.1 探究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位移與時(shí)間的關(guān)系

本節(jié)教材通過(guò)對(duì)勻變速直線運(yùn)動(dòng)v-t圖像的分割與累積，探究位移與時(shí)間的關(guān)系,指明勻變速直線運(yùn)動(dòng)v-t圖像下的“面積”代表位移,并推導(dǎo)出位移公式，這是本節(jié)的教學(xué)難點(diǎn)。對(duì)于該教學(xué)難點(diǎn),學(xué)生的認(rèn)識(shí)仍處于對(duì)v-t圖像的直觀、形象的思維層次,為此，教學(xué)實(shí)踐中可以運(yùn)用“薩其曼探究訓(xùn)練”教學(xué)模式拓展探究，幫助學(xué)生理解物理規(guī)律,指向高階思維能力的培養(yǎng)。

探究1:繪制勻變速直線運(yùn)動(dòng)的v-t圖像，確定初速度和加速度

問(wèn)題情境：在本章第一節(jié)的教學(xué)中，我們運(yùn)用實(shí)驗(yàn)方法探究了小車(chē)速度隨時(shí)間的變化規(guī)律,選擇其中一條紙帶(圖1),選取紙帶上一點(diǎn)為起始點(diǎn)0，后面每5個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),標(biāo)出0～7共8個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),測(cè)量出相鄰點(diǎn)之間的距離并算出各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的速度，填入表1中。

圖1

表1

根據(jù)表1的測(cè)量數(shù)據(jù),學(xué)生利用專業(yè)繪圖和數(shù)據(jù)分析軟件Origin Pro進(jìn)行處理,繪制速度v隨時(shí)間t變化的散點(diǎn)圖,利用線性擬合得到v-t圖像(圖2),曲線方程為v=0.1398+1.7520t。學(xué)生通過(guò)擬合并根據(jù)所學(xué)知識(shí),可以確定小車(chē)做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度a=1.75 m/s2。在計(jì)數(shù)點(diǎn)的選擇上,在教學(xué)設(shè)計(jì)中刻意不展示計(jì)數(shù)點(diǎn)0左邊的相鄰點(diǎn),也就是通過(guò)紙帶無(wú)法利用相鄰點(diǎn)之間的平均速度算出計(jì)數(shù)點(diǎn)0的速度，而是引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)分析、判斷,通過(guò)擬合確定計(jì)數(shù)點(diǎn)0的速度,即紙帶上所選部分的初速度,根據(jù)直線方程容易確定初速度v0=0.140 m/s,借此培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)處理和問(wèn)題解決能力。

圖2

探究2:繪制勻變速直線運(yùn)動(dòng)x-t圖像，推得初速度、加速度及位移公式

表2

先畫(huà)出對(duì)應(yīng)的勻變速直線運(yùn)動(dòng)位移隨時(shí)間變化的圖像,再引導(dǎo)學(xué)生猜想圖線是拋物線,由此進(jìn)入“提出假設(shè)與收集資料”階段,通過(guò)分析、辨別、區(qū)分、處理數(shù)據(jù),推理論證，檢驗(yàn)猜想與假設(shè)的正確性,發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究和高階思維能力。

圖3

2.2 探究平均速度、中間時(shí)刻速度

圖4

3 結(jié)語(yǔ)

在本節(jié)課的教學(xué)中借助專業(yè)函數(shù)繪圖軟件Origin Pro,采用“薩其曼探究訓(xùn)練”教學(xué)模式探究勻變速直線運(yùn)動(dòng)位移規(guī)律,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深入探索,使教學(xué)指向深度學(xué)習(xí)和高階思維能力的培養(yǎng),達(dá)成核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo),培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題解決能力和創(chuàng)新能力。