一道力學題的典型錯解引發(fā)的對科學思維素養(yǎng)培養(yǎng)的思考

?普通高中物理課程標準（２０１７年版２０２０年修訂）?以“立德樹人”為根本任務(wù)，以學生學科核心素養(yǎng)為培養(yǎng)目標．物理學科核心素養(yǎng)包括物理觀念、科學思維、科學探究和科學態(tài)度與責任四個方面，其中科學思維包括模型建構(gòu)、科學推理、科學論證和質(zhì)疑創(chuàng)新等要素，顯然，要培養(yǎng)學生科學思維素養(yǎng)，離不開教師科學、合理、循序漸進的教學引導．

筆者在一次閱卷中捕捉到一道力學基礎(chǔ)題的形形色色的錯誤解法，這些錯誤解法不僅暴露出學生對物理知識和物理規(guī)律的理解與運用、物理方法掌握的缺失，同時也折射出教師的教學行為有待進一步改善．

１ 案例呈現(xiàn)

原題 質(zhì)量為２０kg的小孩坐在秋千板上，小孩離拴繩子的橫梁２５m，如果秋千擺到最高點時，繩子與豎直方向的夾角是６０°，當秋千板擺到最低點時（g ?。保癿s－２，空氣阻力不計）．求：

（１）小孩的速度的大小;

（２）小孩對秋千板的壓力的大?。?/p>

２ 三類典型錯解分類剖析

２.１ 機械記憶公式引發(fā)的錯解

如圖１ 所示，該同學在求解第（１）問中小孩運動到最低點速度時憑機械記憶認為小孩做圓周運動．在最低點由重力提供向心力，得出速度為v＝根號下gR ＝５m·s－１．通過統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，有相當一部分學生都由根號下gR得出小孩運動到最低點的速度．這反映出這類學生在遇到這類問題時尚未建構(gòu)出運用動能定理或機械能守恒定律解決問題的思想理念，而只是停留在“只能由圓周運動向心力求速度”的思維定式上．雖然學生的思維方式因人而異，但與教師的教學不無關(guān)聯(lián)．從此處的錯誤解答不難看出，教師的教學已經(jīng)進行到了“動能定理或機械能守恒定律”部分，并且有意與圓周運動部分進行綜合滲透考查，但學生的學仍停留在圓周運動的向心力部分，可見學生的“學”沒有跟上教師的“教”，同時也反映了學生科學思維素養(yǎng)的培養(yǎng)有待進一步提高．

２.２ 物理模型建構(gòu)能力不足引發(fā)的錯解

物理模型作為科學思維素養(yǎng)的構(gòu)成元素在物理中隨處可見，培養(yǎng)學生在實際問題中抽象出適當?shù)奈锢砟Ｐ褪翘岣邔W生模型建構(gòu)能力、發(fā)展科學思維的重要舉措．

作為圓周運動，常見的運動模型有輕繩模型（內(nèi)軌道模型）、輕桿模型（管道模型），而它們對研究對象過最高點的條件有所不同，對繩模型（軌道模型）而言，物體過最高點的條件為速度大于或等于根號下gR ，根號下gR 為繩模型（內(nèi)軌道模型）通過最高點的最小速度，顯然，得出圖２中“最高點T ＝０，v＝ 根號下gR ”的錯解的原因是缺乏對繩模型或軌道模型的正確建構(gòu)能力，這類學生只記得最高點T ＝０，v＝ 根號下gR 這一具體結(jié)論，將其推廣到任何位置處的最小速度，顯然是錯誤的．

眾所周知，繩模型或軌道模型中，以小球運動為例，若小球的運動僅僅局限于軌跡所在圓的水平直徑以下，小球做圓周運動的最高點速度為零，此時繩中的拉力或軌道對小球的彈力與重力沿徑向的分力大小剛好相等，繩中的張力不可能為零．教師在講解這部分內(nèi)容時要分析清楚，避免學生走入誤區(qū)．當然，由學生的錯誤也可窺見教師有時為追求教學進度而忽視對學生基本運動模型建構(gòu)能力的培養(yǎng)．

２.３ 科學推理過程的不科學引起的錯解

培養(yǎng)學生科學推理能力是發(fā)展學生科學思維素養(yǎng)的重要手段和方法，推理過程應(yīng)當思維嚴密、邏輯清晰、簡潔明了、科學合理，不能違反科學原則．

圖３是某學生的錯解，其在科學推理上存在的錯誤表現(xiàn)在兩個方面．其一，在秋千蕩到最高點時（繩與豎直方向成６０°時），小孩所受合力不是水平向左，應(yīng)當沿該處所在圓的切線方向指向左下，理由如下：當秋千蕩到最高點時（速度為零，繩與豎直方向成６０°），小孩所受向心力為零，即人的重力沿切線方向的分力等于小孩所受合力，而小孩重力沿直徑方向的分力則與秋千對人的支持力瞬間平衡，因而解中合力方向有誤，由此求得的繩中拉力T 也是錯誤的;其二，即使繩中拉力T 求解正確，但那也只是秋千和小孩速度為零時的繩中拉力，而題目要求的是小孩和秋千擺到最低點時小孩和秋千的速度．根據(jù)圓周運動知識可知，欲要根據(jù)動力學方法求圓周運動的速度，通常要通過其他方法先求出相應(yīng)位置的力，再由直徑方向的合力提供向心力求出速度．而該生錯將小孩速度為零時求出的力代入小孩在最低點的向心力公式中，將物理量張冠李戴，推理過程不科學、不嚴密．

２.４ 錯解小結(jié)

從知識維度看，上述例題是一道動能定理或機械能守恒定律與圓周運動向心力相綜合的典型問題，問題設(shè)置了兩小問，旨在搭建臺階，降低難度;從能力維度看，考查學生將實際情境轉(zhuǎn)化為物理問題的運動模型建構(gòu)能力和運用核心定理解決實際問題的能力;從素養(yǎng)角度看，命題意圖在于考查學生科學推理、科學建模等科學思維素養(yǎng)．但從上述出現(xiàn)的三類典型錯解這一表象上看，教師教學時要注意科學思維素養(yǎng)這一學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，不能片面追求快、多、深，而忽視對基本知識、基本規(guī)律、基本方法的強化運用，錯失科學推理能力的培養(yǎng)機會．顯然，對學生學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)之路任重而道遠．

３ 科學思維素養(yǎng)培養(yǎng)的思考

科學思維素養(yǎng)的培養(yǎng)是一項系統(tǒng)的工程，不是一朝一夕就能完成的，教師要沉得住氣，要蓄勢待發(fā)，不可拔苗助長．教學和學習中我們要從以下幾方面作出改變．

３.１ 正確認識課程標準育人理念

或許有教師認為，課程標準與實際教學無關(guān)，不管頒布什么樣的課程標準，仍以不變應(yīng)萬變，一支粉筆、一本教材、一套永不過時的備課資料、一樣的授課方式，經(jīng)年不變，唯一的目標就是把知識盡可能快地、盡可能全面地灌輸給學生，學生只要會做題，能考高分就行了，始終唯分數(shù)論．持這種觀點的人應(yīng)該不在少數(shù)，這是應(yīng)試教育下的不良結(jié)果．教師不太重視課程標準，對課程標準提出的新的育人理念不太關(guān)注，不主動去學習課程標準內(nèi)容，這是教書匠的行為，充其量只能教會學生知識，教會學生做題．隨著課堂教學的評價方式、評價機制、高考的不斷革新，相信這樣的教學行為也會逐漸改變．另外，從育人的角度思考，教師的職責是教書育人，要將學生將來走入社會解決實際問題所需的關(guān)鍵能力和必備品質(zhì)在其學生生涯中就培養(yǎng)鍛煉出來，這是最為關(guān)鍵的地方．

３.２ 尊重知識習得規(guī)律，科學有序開展教學

知識的習得、能力的提升、思維的培養(yǎng)都是一個漸變的過程，教師在組織課堂教學時，要尊重個體的思維特點，循序漸進開展教學，切不可高強度、快節(jié)奏、大容量地進行教學，置學生的個性特點于不顧．

各地高中在高三上學期結(jié)束前不結(jié)束新課，其目的也是尊重知識的習得規(guī)律、科學有序開展教學．

３.３ 改進落后教學方法，探索培養(yǎng)素養(yǎng)舉措

一支粉筆、一本教材、一套備課資料配之以滿堂灌的教學方法真的應(yīng)該與我們告別了．我們一線教師要改進落后的教學方法，積極探索高效的教學模式，如問題鏈驅(qū)動法、情境導入法、實驗探究法、活動體驗、多媒體輔助法、DIS數(shù)字化實驗法等方法都應(yīng)融入課堂，不僅如此，我們還應(yīng)盡可能帶領(lǐng)學生走入實驗室進行學生實驗、走出課堂開展研究性學習．只有教師做個愛學習、肯動腦、善鉆研的學習型教師，才能探索出適合學生的、更好的、更加先進的教學方法，從而為培養(yǎng)學生的科學思維素養(yǎng)作出應(yīng)有的貢獻．

（完）