梁俊敏

【摘 要】本文在闡明物理科學(xué)思維的內(nèi)涵及其基本要素的基礎(chǔ)上，以“拋繡球”運(yùn)動(dòng)為例，闡述培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的方法，以提高學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題的能力。

【關(guān)鍵詞】物理 科學(xué)思維 培養(yǎng)策略

【中圖分類號(hào)】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2018）01B-0143-02

“拋繡球”運(yùn)動(dòng)作為一項(xiàng)廣西民族傳統(tǒng)體育項(xiàng)目而走進(jìn)校園，其物理運(yùn)動(dòng)規(guī)律為斜向上拋體運(yùn)動(dòng)。本文以“拋繡球”運(yùn)動(dòng)為教學(xué)內(nèi)容，以物理核心素養(yǎng)中的科學(xué)思維培養(yǎng)為教學(xué)研究對(duì)象，通過(guò)采取小組合作交流的課堂教學(xué)形式，探討培養(yǎng)學(xué)生物理科學(xué)思維素養(yǎng)教學(xué)策略，以提高學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題的能力。

一、物理科學(xué)思維的內(nèi)涵

（一）物理科學(xué)思維的內(nèi)涵

物理核心素養(yǎng)包含物理觀念、科學(xué)思維、實(shí)驗(yàn)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四個(gè)方面。其中，科學(xué)思維是指從物理學(xué)視角對(duì)客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認(rèn)識(shí)方式，是基于經(jīng)驗(yàn)事實(shí)建構(gòu)理想模型的抽象概括過(guò)程；是分析綜合、推理論證等科學(xué)思維方法的內(nèi)化；是基于事實(shí)證據(jù)和科學(xué)推理對(duì)不同觀點(diǎn)和結(jié)論提出質(zhì)疑、批判，進(jìn)而提出創(chuàng)造性見(jiàn)解的能力與品質(zhì)。

（二）物理科學(xué)思維的基體要素

科學(xué)思維包含四個(gè)組成部分，分別是建構(gòu)理想模型、科學(xué)推理、科學(xué)論證和質(zhì)疑創(chuàng)新。

1.理想模型。理想模型是為了便于研究而建立的一種高度抽象的理想客體，分為對(duì)象模型、條件模型和過(guò)程模型三類。對(duì)象模型是用來(lái)代替研究對(duì)象實(shí)體的理想化模型，如質(zhì)點(diǎn)、彈簧振子、單擺、理想氣體、點(diǎn)電荷、理想變壓器、點(diǎn)光源、光線、薄透鏡以及關(guān)于原子結(jié)構(gòu)的盧瑟福模型、波爾模型等。條件模型是把研究對(duì)象所處的外部條件理想化建立的模型叫做條件模型。如光滑表面、輕桿、輕繩、均勻介質(zhì)、均強(qiáng)電場(chǎng)和均強(qiáng)磁場(chǎng)等。過(guò)程模型是由于實(shí)際的物理過(guò)程都是諸多因素作用的結(jié)果，忽略次要因素的作用，只考慮主要因素引起的變化過(guò)程叫做過(guò)程模型。學(xué)生在高中物理學(xué)習(xí)中，要學(xué)會(huì)對(duì)物理現(xiàn)象、物體運(yùn)動(dòng)等物理問(wèn)題建立與之對(duì)應(yīng)的理想模型，從而抓住問(wèn)題的主要因素，忽略次要因素。建構(gòu)理想模型是物理研究的重要手段。

2.科學(xué)推理。科學(xué)推理是一種方法。物理學(xué)中，常常有難以達(dá)到條件的時(shí)候，這時(shí)，常常需要借助將實(shí)驗(yàn)想象為理想情況下的實(shí)驗(yàn)，以此來(lái)達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，并在?shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)概括、抽象、推理得出規(guī)律，這種研究問(wèn)題的方法就叫科學(xué)推理法。比如高中物理中的牛頓第一定律就是通過(guò)科學(xué)推理，在模擬出沒(méi)有摩擦力的環(huán)境下，物體將永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去。

3.科學(xué)論證。

科學(xué)論證是一種方法?？茖W(xué)論證法是指事實(shí)論證、道理論證、正反對(duì)比論證、比喻論證、事例論證等多種論證方式的總稱。在高中物理學(xué)習(xí)中，常常都會(huì)用到這些論證方式。

事實(shí)論證是一種從材料到觀點(diǎn)，從個(gè)別到一般的論證方法，是從對(duì)許多個(gè)別事物的分析和研究中歸納出一個(gè)共同的結(jié)論的推理形式。

理論論證的邏輯形式是演繹推理，就是將歸納所得的論點(diǎn)，用人類已知的科學(xué)原理去論證。

比較論證是一種由個(gè)別到個(gè)別的論證方法，分為類比法和對(duì)比法兩類。

因果論證是根據(jù)客觀事物之間都具有這種普遍的和必然的因果聯(lián)系的規(guī)律性，通過(guò)提示原因來(lái)論證結(jié)果的方法。有時(shí)某種結(jié)果是由多種原因引起的，這時(shí)就必須分析和抓住其中的主要原因，提示引起結(jié)果的本質(zhì)的核心的因素來(lái)論證論點(diǎn)。

道理論證是運(yùn)用講道理的方法，用被人們公認(rèn)的科學(xué)原理、定理、公式等來(lái)證明觀點(diǎn)的方法。

高中物理教材中設(shè)置的學(xué)生實(shí)驗(yàn)，就是讓學(xué)生通過(guò)動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，在體驗(yàn)和感受實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)會(huì)運(yùn)用理論論證、事實(shí)論證等方法。高中物理學(xué)習(xí)中，在物理概念的建構(gòu)過(guò)程、物理規(guī)律的探索過(guò)程中，讓學(xué)生知道物理知識(shí)及其運(yùn)用的思維方法。通過(guò)各種類型的題型訓(xùn)練，讓學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用科學(xué)論證的各種方法，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

4.質(zhì)疑創(chuàng)新。質(zhì)疑是提出疑問(wèn)，創(chuàng)新是指以現(xiàn)有的思維模式提出有別于常規(guī)或常人思路的見(jiàn)解為導(dǎo)向，利用現(xiàn)有的知識(shí)和物質(zhì)，在特定的環(huán)境中，本著理想化需要或?yàn)闈M足社會(huì)需求，而改進(jìn)或創(chuàng)造新的事物、方法、元素、路徑、環(huán)境，并能獲得一定有益效果的行為。

二、“拋繡球”運(yùn)動(dòng)與科學(xué)思維培養(yǎng)的聯(lián)系

（一）“拋繡球”運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)介

“拋繡球”作為廣西民族傳統(tǒng)體育運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目之一，已經(jīng)進(jìn)入日常體育課教學(xué)活動(dòng)中。其比賽要求是將繡球以一定的角度和合適的速度拋出，使其準(zhǔn)確地穿過(guò)所設(shè)置的投球圈?！皰伬C球”的投球圈是在豎直的一根高 9 m 的桿的頂上安上的一個(gè)直徑為 1 m 的圓圈。

（二）“拋繡球”運(yùn)動(dòng)的物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律

高中物理課本把物體以一定的初速度斜向上或者斜向下拋出，只有重力作用的運(yùn)動(dòng)定義為拋體運(yùn)動(dòng)。在不考慮其他力的影響下，“拋繡球”運(yùn)動(dòng)可以看成斜向上的拋體運(yùn)動(dòng)。

斜向上的拋體運(yùn)動(dòng)可以分解為水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)和豎直方向的豎直上拋運(yùn)動(dòng)。水平方向運(yùn)動(dòng)的位移與時(shí)間規(guī)律為 x=vt；豎直方向位移與時(shí)間規(guī)律為 y=v0t+at2，其中 a 為加速度；豎直方向速度與時(shí)間規(guī)律為 vt=v0+at。在這個(gè)過(guò)程中 a=g，g 為重力加速度。

（三）“拋繡球”運(yùn)動(dòng)與科學(xué)思維的培養(yǎng)

1.理想模型建構(gòu)的培養(yǎng)?！皰伬C球”運(yùn)動(dòng)是一項(xiàng)受諸多因素影響的運(yùn)動(dòng)，如受氣流、場(chǎng)地因素等影響，同時(shí)也受球自身的因素、球在運(yùn)動(dòng)過(guò)程的因素等影響。建構(gòu)“拋繡球”運(yùn)動(dòng)理想模型，即把繡球看成一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，并忽略外界影響因素，如氣流、場(chǎng)地等。認(rèn)為繡球在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中只受重力作用，建構(gòu)“拋繡球”運(yùn)動(dòng)的條件模型。根據(jù)“拋繡球”運(yùn)動(dòng)軌跡，建構(gòu)“拋繡球”運(yùn)動(dòng)的曲線過(guò)程模型。

2.科學(xué)推理的培養(yǎng)。學(xué)生在實(shí)際“拋繡球”運(yùn)動(dòng)中觀察到的繡球運(yùn)動(dòng)是類似斜向上拋體運(yùn)動(dòng)，因此可以把研究“拋繡球”運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題推理為斜向上拋體運(yùn)動(dòng)問(wèn)題。然后讓學(xué)生用已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)的平拋運(yùn)動(dòng)知識(shí)，解決這個(gè)斜向上拋體運(yùn)動(dòng)問(wèn)題。

3.科學(xué)論證（計(jì)算）的培養(yǎng)。學(xué)生在體育課或者比賽中見(jiàn)過(guò)或進(jìn)行過(guò)“拋繡球”運(yùn)動(dòng)，容易知道“拋繡球”運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)軌跡是曲線運(yùn)動(dòng)。建構(gòu)模型，對(duì)“拋繡球”運(yùn)動(dòng)進(jìn)行受力分析，對(duì)其拋出的初速度大小和方向進(jìn)行論證和計(jì)算，得出繡球的初速度的范圍及方向。

4.質(zhì)疑創(chuàng)新的培養(yǎng)。發(fā)生在學(xué)生身邊的物理現(xiàn)象有很多，怎樣去把這些現(xiàn)象進(jìn)行提煉出來(lái)，再運(yùn)用所學(xué)物理知識(shí)加以解決，這就需要有質(zhì)疑與創(chuàng)新精神。

“拋繡球”運(yùn)動(dòng)為什么能當(dāng)作斜向上拋體運(yùn)動(dòng)呢？如何解決繡球初速度大小的問(wèn)題呢？這些都是需要學(xué)生運(yùn)用物理知識(shí)去解決的問(wèn)題，也讓學(xué)生從中知道，如何更好地求解出與具有實(shí)際指導(dǎo)意義的結(jié)論。“拋繡球”運(yùn)動(dòng)的模型建構(gòu)、分析、解答的過(guò)程，其本身就是對(duì)學(xué)生進(jìn)行質(zhì)疑和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

三、 在“拋繡球”運(yùn)動(dòng)課堂教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的過(guò)程

（一）以物體運(yùn)動(dòng)情景再現(xiàn)和分析培養(yǎng)學(xué)生建構(gòu)理想模型能力

課堂教學(xué)時(shí)，播放民族傳統(tǒng)體育項(xiàng)目“拋繡球”運(yùn)動(dòng)的錄像，讓學(xué)生對(duì)“拋繡球”運(yùn)動(dòng)進(jìn)行完整觀察。組織學(xué)生對(duì)觀察到的“拋繡球”運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象的運(yùn)動(dòng)物體、運(yùn)動(dòng)軌跡、受力情況進(jìn)行分析，列舉影響“拋繡球”運(yùn)動(dòng)的各種因素以及這些因素對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響。分析這些因素，找到主要因素和次要因素，構(gòu)建“拋繡球”運(yùn)動(dòng)的理想運(yùn)動(dòng)模型。

（二）以“拋繡球”運(yùn)動(dòng)性質(zhì)分析培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)推理能力

學(xué)生對(duì)斜向上拋體運(yùn)動(dòng)了解不多，但對(duì)平拋運(yùn)動(dòng)的了解有一定基礎(chǔ)。經(jīng)過(guò)理想化之后，圍繞“拋繡球”運(yùn)動(dòng)全過(guò)程，分析繡球的曲線運(yùn)動(dòng)軌跡，推理得出“拋繡球”運(yùn)動(dòng)是斜向上拋體運(yùn)動(dòng)。斜向上拋體運(yùn)動(dòng)有一個(gè)上升和下落過(guò)程，物體在最高點(diǎn)只有水平方向的速度，其下落過(guò)程是平拋運(yùn)動(dòng)，而物體上升階段為平拋運(yùn)動(dòng)的逆過(guò)程。推理出解決問(wèn)題的關(guān)鍵點(diǎn)是求物體上升到最高點(diǎn)時(shí)的速度。因此，課堂教學(xué)中讓學(xué)生抓住起點(diǎn)、最高點(diǎn)和落地點(diǎn)的速度，結(jié)合平拋運(yùn)動(dòng)知識(shí)，推導(dǎo)出運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

（三）以“拋繡球”運(yùn)動(dòng)相關(guān)計(jì)算培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)論證能力

“拋繡球”運(yùn)動(dòng)中的投球圈的直徑為 1 m，因而讓學(xué)生考慮投球圈的直徑對(duì)問(wèn)題解決的影響。學(xué)生在進(jìn)行探究討論后，形成結(jié)論：把投球圈的最低處和最高處分別設(shè)置為繡球運(yùn)動(dòng)最低點(diǎn)和最高點(diǎn)，明確“拋繡球”運(yùn)動(dòng)中的速度不是某個(gè)值，而是一個(gè)取值范圍，運(yùn)動(dòng)時(shí)間也相應(yīng)為一個(gè)取值范圍。

明確斜向上拋體運(yùn)動(dòng)問(wèn)題可以用平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律進(jìn)行解決，組織學(xué)生對(duì)“拋繡球”運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分解，分析運(yùn)動(dòng)中物理量的變化，尋找解決“拋繡球”運(yùn)動(dòng)的主要物理量。學(xué)生通過(guò)分析，得出在水平方向上，繡球能穿越投球圈最低點(diǎn)和最高點(diǎn)都各有一個(gè)水平速度。考慮到繡球剛好碰到投球圈的最低點(diǎn)或最高點(diǎn)情形，因此其初速度在豎直方向上有一個(gè)豎直向上的速度范圍。不在此速度范圍的繡球，會(huì)因?yàn)樗俣忍』蛱蠖鴱耐肚蛉Φ紫禄蝽斏巷w出。

通過(guò)對(duì)“拋繡球”運(yùn)動(dòng)的物理量進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)研究的物理量有物體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間、位移和速度。而速度，不僅有大小變化，而且還有方向（角度）的變化?？紤]到此，學(xué)生提出將對(duì)速度研究中的角度變化作為學(xué)生課余探究?jī)?nèi)容，把物體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間、位移和速度大小變化作為課堂中探究的內(nèi)容。

（四）以問(wèn)題為導(dǎo)向培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新能力

在進(jìn)行“拋繡球”運(yùn)動(dòng)分析解答過(guò)程中，以“拋繡球”運(yùn)動(dòng)是怎樣的物體運(yùn)動(dòng)、可以用什么物理規(guī)律解決、針對(duì)投球圈會(huì)對(duì)“拋繡球”運(yùn)動(dòng)有什么影響、應(yīng)該著重計(jì)算哪些物理量、身邊還有哪些類似“拋繡球”運(yùn)動(dòng)等進(jìn)行問(wèn)題設(shè)置，讓學(xué)生以小組為單位對(duì)提出的問(wèn)題進(jìn)行思考、分析、交流、討論，形成結(jié)論并提出可行的解決辦法，最終得出正確結(jié)果。通過(guò)問(wèn)題拓展，如對(duì)投籃、飛鏢等物體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行類比，將“拋繡球”運(yùn)動(dòng)的研究進(jìn)行延伸。

四、課堂教學(xué)中科學(xué)思維培養(yǎng)的思考

如何在課堂上進(jìn)行物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，一直是物理課堂教學(xué)中探討的問(wèn)題。本節(jié)在課堂上組織學(xué)生通過(guò)對(duì)“拋繡球”運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析，運(yùn)用學(xué)生已學(xué)的平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，解答斜向上拋體運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題。這不僅有效解決拋體運(yùn)動(dòng)，而且為學(xué)生在物理學(xué)習(xí)和物理問(wèn)題探究中提供科學(xué)的解決思路與方法。課堂教學(xué)中，采取了小組合作形式對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行探究，使小組之間、學(xué)生之間進(jìn)行互動(dòng)，并使學(xué)生主動(dòng)參與到學(xué)習(xí)探討中，從運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)和規(guī)律對(duì)“拋繡球”運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析，從而掌握斜向上拋體運(yùn)動(dòng)的解決方法，從而觸類旁通，掌握拋體運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

（責(zé)編 盧建龍）