惠廣俊

摘 要：物理課堂教學(xué)是培育學(xué)生物理核心素養(yǎng)的關(guān)鍵途徑.在物理概念和規(guī)律課教學(xué)中，把握學(xué)生科學(xué)思維的認(rèn)知起點(diǎn)，創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，選擇科學(xué)的探究?jī)?nèi)容和探究方法，精心設(shè)置問(wèn)題，抓住基于學(xué)生思維發(fā)展的課堂動(dòng)態(tài)生成，引領(lǐng)學(xué)生對(duì)科技和社會(huì)樹(shù)立正確的態(tài)度和責(zé)任心，有利于培育學(xué)生的物理核心素養(yǎng).

關(guān)鍵詞：物理核心素養(yǎng)；理想化模型；實(shí)驗(yàn)探究；課堂教學(xué)；教學(xué)反思

提升學(xué)生的物理學(xué)核心素養(yǎng)是中學(xué)物理教學(xué)的價(jià)值所在[1]. 要落實(shí)、提升學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，需要我們進(jìn)行課堂教學(xué)理念、教學(xué)方式的變革以及學(xué)生學(xué)習(xí)方式的變革.本文以單擺教學(xué)中理想化模型的建立、周期規(guī)律的探究以及學(xué)生的提問(wèn)等幾個(gè)環(huán)節(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì)探討這種變革的實(shí)現(xiàn)，達(dá)到凸顯科學(xué)思維、凸顯實(shí)驗(yàn)探究和凸顯科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的目的.

一、把握學(xué)生物理思維的認(rèn)知“起點(diǎn)” 搭建合適的“認(rèn)知平臺(tái)”

從關(guān)注學(xué)生物理思維過(guò)程的角度設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)，不把學(xué)生當(dāng)作裝知識(shí)的容器，不僅僅關(guān)注如何以學(xué)生最容易接受的方式把知識(shí)講透徹明白，更要關(guān)注的是知識(shí)在學(xué)生大腦里形成的過(guò)程.給學(xué)生傳授的知識(shí)和方法要立足于發(fā)展學(xué)生自己獨(dú)立的科學(xué)思維能力，讓學(xué)生以后遇到新問(wèn)題時(shí)能遷移研究的方法和能力.

譬如，在單擺理想化模型建立的教學(xué)環(huán)節(jié)中，一些教師往往簡(jiǎn)單地認(rèn)為單擺模型是不言而喻的、顯而易見(jiàn)的，所以直接告訴學(xué)生什么是單擺，在教學(xué)中忽略學(xué)生思考問(wèn)題的邏輯起點(diǎn)，知識(shí)往往被一帶而過(guò)，沒(méi)有意識(shí)到該處可能成為一個(gè)“學(xué)生思維盲點(diǎn)”.為此筆者對(duì)此環(huán)節(jié)進(jìn)行了以下的設(shè)計(jì).

（一）對(duì)實(shí)際擺的抽象

教師（展示圖1所示的材質(zhì)、大小、長(zhǎng)度均不同的擺）：生活中有各種各樣的擺，現(xiàn)在我們要做一個(gè)最簡(jiǎn)單的便于我們進(jìn)行研究運(yùn)動(dòng)規(guī)律的擺，你們要怎樣選器材，球體積大的好還是小的好，為什么？

學(xué)生：越大越好，因?yàn)榇?，觀察得清楚.得至少像乒乓球那樣的大小.

教師：同樣半徑大小的木球、乒乓球、小鋼球、泡沫球你愿意用哪個(gè)？為什么？（演示各種等長(zhǎng)的不同材料、同樣形狀的擺球的振動(dòng)）

學(xué)生：鋼球好，因?yàn)榭諝庾枇τ绊懶?

教師：同樣質(zhì)量的大鋼球和小鋼球你選擇哪個(gè)進(jìn)行試驗(yàn)研究？為什么？

學(xué)生：小.越小越好，阻力小.

教師：線呢，用長(zhǎng)線還是短線？粗棉線、橡皮筋還是細(xì)的棉線？

學(xué)生：粗線，看得清楚.

教師：那我們的線如果粗的質(zhì)量很大呢？

學(xué)生大笑：老師，那就像個(gè)桿了.

教師：桿就不行了嗎？

學(xué)生：這樣一來(lái)擺球受力復(fù)雜了.

教師：請(qǐng)各位同學(xué)總結(jié)一下.（學(xué)生經(jīng)過(guò)討論：選線細(xì)長(zhǎng)、質(zhì)量大、體積小的球）

教師：對(duì)，如果我們?cè)倮硐胍稽c(diǎn)，把擺的質(zhì)量集中在小球中心，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中空氣阻力也可以忽略不計(jì)，擺線的質(zhì)量與小球相比也忽略不計(jì)，選擇質(zhì)量大、體積小的球和盡量細(xì)、伸縮性小的線，這樣的理想化裝置就叫單擺，單擺就是實(shí)際擺的理想化模型.

（二）將單擺納入簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)模型

1.實(shí)驗(yàn)探究（運(yùn)動(dòng)學(xué)分析）

通過(guò)J2188型二維時(shí)間-空間描跡儀，學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)，得到單擺的振動(dòng)圖像.通過(guò)分析單擺振動(dòng)圖線的時(shí)間軸的間隔均勻分布，讓學(xué)生體會(huì)到x-t圖像，學(xué)生很容易從運(yùn)動(dòng)學(xué)角度判斷出單擺的振動(dòng)是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)模型.

2.理論探究（動(dòng)力學(xué)分析）

教師：到底是什么力促使單擺做這樣的往復(fù)運(yùn)動(dòng)呢？

學(xué)生：向心力.

教師：一起來(lái)分析向心力的來(lái)源（圖2）.

[O][G][T]

圖2

學(xué)生：繩的拉力和重力沿?cái)[線延長(zhǎng)線方向分力的合力是沿著擺線指向圓心（懸掛點(diǎn)），是使擺球沿圓弧運(yùn)動(dòng)的向心力.

教師：向心力對(duì)擺球的運(yùn)動(dòng)有什么效果？

學(xué)生：它改變擺球運(yùn)動(dòng)的方向，不改變擺球運(yùn)動(dòng)的快慢.

教師：因此，在研究擺球沿圓弧運(yùn)動(dòng)的位置變化時(shí)，不需要考慮向心力.

學(xué)生：那是重力沿圓弧切線方向的分力，這個(gè)分力是使擺球振動(dòng)的回復(fù)力.

教師：該回復(fù)力的大小和方向有什么特點(diǎn)？

學(xué)生：這個(gè)回復(fù)力大小是F=mgsinθ.

教師：F=mgsinθ能否說(shuō)明單擺振動(dòng)是簡(jiǎn)諧振動(dòng)呢？請(qǐng)同學(xué)們回憶簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)回復(fù)力的特點(diǎn).

學(xué)生：特點(diǎn)是回復(fù)力滿足公式F=-kx.

教師： F=mgsinθ這個(gè)力雖然始終指向平衡位置，大小隨著位移的增大而增大，隨著位移的減小而減小，但在什么條件下回復(fù)力與位移大小成正比呢？運(yùn)動(dòng)過(guò)程中角度θ的大小怎么與物體的位移聯(lián)系上呢？

學(xué)生：應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)，弧長(zhǎng)與角度和圓周半徑有關(guān)系，s=θ.在θ很小時(shí)，弧長(zhǎng)近似等于弦長(zhǎng).

教師再投影擺角為1度至8度的弧度值和對(duì)應(yīng)的正弦值，學(xué)生就比較容易結(jié)合數(shù)學(xué)知識(shí)推導(dǎo)出單擺的振動(dòng)是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，也對(duì)理想化單擺的條件有了深刻認(rèn)識(shí).

在上面的教學(xué)設(shè)計(jì)中，通過(guò)有效的對(duì)話策略，教師提出的問(wèn)題刺激學(xué)生思維和討論，充分暴露學(xué)生思維，在學(xué)生的思維沖突與積極思考過(guò)程中，分層次把實(shí)際的擺納入單擺模型、將單擺納入簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)模型，通過(guò)引導(dǎo)，學(xué)生體驗(yàn)到了抽象理想化物理模型與物理近似處理問(wèn)題的方法，學(xué)生在原認(rèn)知和新認(rèn)知的碰撞中親歷了抓住主要矛盾忽略次要矛盾的科學(xué)思維過(guò)程，也形成了學(xué)生積極的創(chuàng)造性思維.

二、把握學(xué)生科學(xué)探究的科學(xué)本質(zhì) 發(fā)展學(xué)生分析性思維[2]49-50品質(zhì)和能力

科學(xué)探究不僅是一種科學(xué)學(xué)習(xí)的主要方式，是形成其他物理核心素養(yǎng)的主要途徑，而且對(duì)學(xué)生的提出問(wèn)題能力、批判性思維能力、交流和合作能力等綜合能力的形成具有重要價(jià)值.科學(xué)探究能力主要包括問(wèn)題、證據(jù)、解釋、交流四個(gè)方面.科學(xué)探究中的幾個(gè)探究要素，并非是課堂上必須的探究形式和流程，并不是每一個(gè)探究都必須包含所有的探究要素.科學(xué)探究的要素呈現(xiàn)應(yīng)該與探究?jī)?nèi)容和探究能力的培養(yǎng)目標(biāo)有關(guān)，一節(jié)物理課探究突出某一個(gè)或幾個(gè)環(huán)節(jié)就非常不錯(cuò)了，如果每個(gè)知識(shí)點(diǎn)都“為了探究而探究”，物理課就會(huì)不可避免地陷入僵化，物理課堂教學(xué)中不能因?yàn)榫窒抻诳茖W(xué)探究僵硬的“殼”，而失去科學(xué)探究富有活力的精神.

物理課堂教學(xué)的關(guān)鍵是怎樣選擇合適的科學(xué)探究?jī)?nèi)容與方式，讓高中學(xué)生感覺(jué)到可以像科學(xué)家一樣工作.我們以單擺的周期規(guī)律探究的教學(xué)設(shè)計(jì)為例來(lái)說(shuō)明.

單擺的周期規(guī)律是比較精煉的語(yǔ)言和公式，如果直接將科學(xué)的結(jié)論告訴學(xué)生，讓學(xué)生理解和運(yùn)用，使科學(xué)的過(guò)程與結(jié)果分離開(kāi)來(lái)，現(xiàn)成的結(jié)論使學(xué)生誤以為物理概念和規(guī)律的得出輕而易舉，不僅使學(xué)生失去了觀察、研究問(wèn)題的興趣，同時(shí)也使教學(xué)黯然失色，學(xué)生的能力得不到培養(yǎng).基于物理學(xué)科的實(shí)驗(yàn)學(xué)科特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)探究是必不可少的. 我們選擇定性科學(xué)探究和定量科學(xué)探究相結(jié)合的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)單擺的周期規(guī)律的探究.

（一）單擺振幅、質(zhì)量、擺長(zhǎng)對(duì)周期的影響

定性探究：在鐵架臺(tái)的橫梁上固定兩個(gè)單擺，依次按照兩擺的振幅不同（都在小偏角下）、質(zhì)量不同、擺長(zhǎng)不同，把它們拉起一定角度后同時(shí)釋放，觀察兩擺的振動(dòng)周期.

此處采取教師演示實(shí)驗(yàn)，學(xué)生觀察，定性分析得出結(jié)論方式，實(shí)驗(yàn)效果明顯高效，學(xué)生恍然大悟，周期與質(zhì)量、振幅兩項(xiàng)因素?zé)o關(guān).

（二）單擺周期和擺長(zhǎng)關(guān)系的實(shí)驗(yàn)探究

定量探究：此處采取學(xué)生分小組實(shí)驗(yàn)，探究不同擺長(zhǎng)與周期的定量關(guān)系，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)擬合圖像，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)分析、合作交流等科學(xué)探究能力.

本教學(xué)案例中，選擇定性科學(xué)探究和定量科學(xué)探究相結(jié)合，抓住局部?jī)?nèi)容進(jìn)行課堂科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)，克服了課堂教學(xué)時(shí)間限制，又讓學(xué)生親歷了實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程，增強(qiáng)了學(xué)生觀察、研究分析問(wèn)題的興趣，學(xué)生通過(guò)一個(gè)主動(dòng)探究環(huán)節(jié)，對(duì)探究實(shí)驗(yàn)中所蘊(yùn)含的控制變量思想方法、實(shí)驗(yàn)操作技能、數(shù)據(jù)分析能力會(huì)有著深深的體驗(yàn)與感受.不管實(shí)驗(yàn)成功還是失敗，能帶給學(xué)生科學(xué)發(fā)現(xiàn)的曲折和愉悅的體驗(yàn).最可貴的是，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中會(huì)發(fā)現(xiàn)、分析、解決自身操作中存在的一些問(wèn)題，跟同伴有效交流分享，協(xié)同完成任務(wù)，科學(xué)探究能力得到培養(yǎng)，物理科學(xué)素養(yǎng)得到提高.

三、把握科學(xué)態(tài)度與責(zé)任內(nèi)涵 發(fā)展學(xué)生創(chuàng)造性思維[3]品質(zhì)和能力

科學(xué)態(tài)度與責(zé)任是學(xué)生在認(rèn)識(shí)科學(xué)本質(zhì)，理解科學(xué)技術(shù)、社會(huì)、環(huán)境（STSE）關(guān)系基礎(chǔ)上形成對(duì)科學(xué)和技術(shù)應(yīng)有的正確態(tài)度及責(zé)任心[4]. 發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)造性思維，單純的道理說(shuō)教有時(shí)候效果不一定好，教師要以伙伴、促進(jìn)者的姿態(tài)出現(xiàn)在課堂上，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考，在課堂中對(duì)“生成”的問(wèn)題和探究要有更多的首肯和鼓勵(lì)，及時(shí)捕捉學(xué)生創(chuàng)造性思維的火花，加以指導(dǎo)和引導(dǎo)，在平等交往的對(duì)話機(jī)制中，師生共同完成知識(shí)建構(gòu)，進(jìn)而形成靈活開(kāi)放與生成發(fā)展的探究式課堂運(yùn)行機(jī)制， 為學(xué)生創(chuàng)造性思維品質(zhì)和能力的發(fā)展創(chuàng)造有利的環(huán)境.

在單擺的教學(xué)中，筆者抓住了學(xué)生的一個(gè)提問(wèn)，生成、設(shè)計(jì)了以下的教學(xué)過(guò)程.

學(xué)生問(wèn)：為什么不論擺幅多大，擺動(dòng)一個(gè)周期的時(shí)間總是相等的？是什么使得它自動(dòng)調(diào)節(jié)自己的速度？為什么周期與質(zhì)量M無(wú)關(guān)了？為什么與慣性無(wú)關(guān)了？

教師：這真是一個(gè)令人著迷的問(wèn)題.你提了一個(gè)伽利略當(dāng)年思考的問(wèn)題.

（接下來(lái)，教師介紹了伽利略當(dāng)年感覺(jué)到單擺問(wèn)題與自由落體問(wèn)題有內(nèi)在的聯(lián)系，先將單擺問(wèn)題化為斜面問(wèn)題，相當(dāng)于把擺弧的曲線化為斜面的直線來(lái)處理，斜面傾角越大相當(dāng)于擺幅越大，通過(guò)理想化斜面實(shí)驗(yàn)研究，得出物體的下落時(shí)間與物體質(zhì)量無(wú)關(guān)）

教師：很久之前，時(shí)間測(cè)量始終是擺在人類面前的一個(gè)難題，一直到惠更斯1656年創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)出人類歷史上第一個(gè)擺鐘，1673年提出擺的數(shù)學(xué)理論.對(duì)此有興趣的同學(xué)也可以課后再進(jìn)一步探索.

上述介紹和伽利略發(fā)現(xiàn)教堂吊燈振動(dòng)規(guī)律的故事，以及惠更斯近70年后提出的擺的數(shù)學(xué)理論的歷史過(guò)程，科學(xué)家進(jìn)行科學(xué)探究的過(guò)程與學(xué)生思考的結(jié)合，更是使學(xué)生在探究知識(shí)規(guī)律的過(guò)程中獲得的情感體驗(yàn)達(dá)到高潮，使學(xué)生更接近真實(shí)的科學(xué)，從而建立起正確的科學(xué)觀.學(xué)生在科學(xué)探究活動(dòng)中不僅鍛煉了探究能力，還對(duì)探究本身有了更深刻的理解.

該節(jié)課后，班里有幾個(gè)學(xué)生進(jìn)行了一個(gè)研究性學(xué)習(xí)課題：鐘表的發(fā)展歷史.

課堂教學(xué)中對(duì)學(xué)生的物理觀、科學(xué)態(tài)度與價(jià)值觀的影響都是潛移默化的.課堂教學(xué)的“活”，表現(xiàn)為學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，表現(xiàn)為學(xué)習(xí)活動(dòng)的生成性；課堂學(xué)習(xí)的“動(dòng)”，表現(xiàn)為學(xué)生真正的動(dòng)手動(dòng)腦，思考和樂(lè)于探究，學(xué)生的思維往往是火花.在有效的課堂教學(xué)中讓學(xué)生建立起正確的、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?、?shí)事求是的科學(xué)觀和物理觀，學(xué)生會(huì)對(duì)科學(xué)研究和社會(huì)責(zé)任有更深刻的理解.

四、對(duì)物理課堂教學(xué)的再審視

（一）以學(xué)生為中心的課堂教學(xué)，科學(xué)思維培育是關(guān)鍵

教師的教學(xué)方式影響著學(xué)生的思維方式[2]9，物理課堂教學(xué)應(yīng)該基于學(xué)生的思維發(fā)展進(jìn)行精心設(shè)計(jì).教師要分析每個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)對(duì)學(xué)科核心素養(yǎng)的培育是如何體現(xiàn)的、是否合適及是否可行.教師絕不能老是告訴學(xué)生問(wèn)題是什么、解決問(wèn)題的途徑是什么，只把“問(wèn)題解決”留給學(xué)生去做，課堂教學(xué)中教師說(shuō)話的時(shí)間不妨少一點(diǎn).

（二）不要讓“偽探究”束縛了一節(jié)課的靈魂，避免科學(xué)探究模式僵硬化

探究學(xué)習(xí)的形式多種多樣，基于物理學(xué)科的特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)探究是必不可少的.探究式課堂中教師要發(fā)揮組織者、引導(dǎo)者的作用，對(duì)學(xué)生一些漫無(wú)邊際的想法、復(fù)雜的問(wèn)題、代表性的問(wèn)題要及時(shí)加以分類、開(kāi)展深入討論，避免已知明顯結(jié)果的毫無(wú)意義的“偽探究”活動(dòng)；教師也不能老沿著自己的教學(xué)思路去“引導(dǎo)”學(xué)生到自己的教學(xué)設(shè)計(jì)中，忽視學(xué)生自己領(lǐng)悟、感受、質(zhì)疑的過(guò)程.

（三）教學(xué)相長(zhǎng)，教師的物理觀影響著學(xué)生的物理觀、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任觀

學(xué)生的物質(zhì)觀、運(yùn)動(dòng)觀、時(shí)空觀和能量觀等不是短時(shí)間就樹(shù)立起來(lái)的，物理教師的使命與責(zé)任在于帶領(lǐng)學(xué)生認(rèn)識(shí)自然世界的奧秘，引領(lǐng)學(xué)生辯證、客觀地看待自然和社會(huì)活動(dòng).物理教師的言行影響著學(xué)生的品德修養(yǎng)、精神世界和價(jià)值追求.物理教師要以新的課程改革為契機(jī)，反思自己的課程觀和學(xué)生觀，正確把握物理學(xué)科的本質(zhì)特點(diǎn)，提高教師的綜合素養(yǎng)和學(xué)科內(nèi)整合能力，是對(duì)學(xué)生進(jìn)行物理核心素養(yǎng)培養(yǎng)的重要保障.

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