(廣東省佛山市南海區(qū)桂城中學(xué),廣東 佛山 528200)

1 引言

愛因斯坦說過:“如果人們忘掉了他們在學(xué)校里所學(xué)到的每一樣?xùn)|西,那么留下來的就是教育。”物理教學(xué)怎樣才能給學(xué)生留下適應(yīng)個人終身發(fā)展和社會需要的必備品格和關(guān)鍵能力?這是物理教師應(yīng)當(dāng)思考和探索的課題，筆者以“反沖運動 火箭”為例,探討如何通過合理的教學(xué)設(shè)計，提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

2 創(chuàng)設(shè)恰當(dāng)情境,幫助學(xué)生形成物理觀念

“物理觀念”是從物理學(xué)視角形成的關(guān)于物質(zhì)、運動與相互作用、能量等的基本認識;是物理概念和規(guī)律等在頭腦中的提煉和升華。要幫助學(xué)生形成物理觀念,首先要創(chuàng)設(shè)恰當(dāng)情境，要注意以下兩方面問題。

(1) 物理情境是聯(lián)系學(xué)生學(xué)習(xí)和物理觀念的橋梁,創(chuàng)設(shè)情境要以學(xué)生已有的知識和經(jīng)驗為基礎(chǔ),貼近學(xué)生的思維發(fā)展水平,基于最近發(fā)展區(qū)尋求新知識的生長點。

如圖1、2所示，在“反沖運動 火箭”教學(xué)中用小實驗引入。

圖1 氣球小車實驗

圖2 水火箭實驗

給出氣球和玩具小車,提出問題1:如何讓小車運動起來?

給出用可樂瓶自制的“火箭”,提出問題2:如何讓“火箭”飛向高空?

設(shè)計意圖:讓學(xué)生體驗動手樂趣,領(lǐng)悟科技奧妙,激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。在實際操作中,學(xué)生往往會遇到很多困難,經(jīng)過反復(fù)嘗試,總結(jié)經(jīng)驗,最終獲得成功。通過動手體驗,既可以提高克服困難的信心,又能幫助學(xué)生形成堅韌和頑強的品質(zhì),在輕松愉悅的氛圍中完成“動手創(chuàng)作”，還會帶來成就感,增強自主探索的能力。

(2) 情境要通過學(xué)生的內(nèi)化與聯(lián)想,才能形成物理觀念。教師提出問題進行引導(dǎo),幫助學(xué)生揭開表象、分析問題本質(zhì)。

問題3:兩個實驗中分別是誰和誰之間的相互作用?

問題4:兩個實驗中物體的運動有什么共同點?

學(xué)生分析:小車和其上物體原來靜止。在內(nèi)力的作用下分離，小車和其上物體運動方向相反。從而自主得出反沖運動的概念。

這個過程是從學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)入手,創(chuàng)造條件,給學(xué)生提供動手實踐、自主探索、充分思考的機會,讓學(xué)生在觀察、思考、分析、歸納的過程中去理解知識的形成和發(fā)展過程,符合學(xué)生認知特點,這樣建構(gòu)的概念是深刻的,是能夠上升到物理觀念的。

3 設(shè)置“問題串”,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力

“科學(xué)思維”是從物理學(xué)視角對客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認識方式，是基于經(jīng)驗事實建構(gòu)理想模型的抽象概括過程，是分析綜合、推理論證等方法的內(nèi)化，是基于事實證據(jù)和科學(xué)推理對不同觀點和結(jié)論提出質(zhì)疑、批判、檢驗和修正,進而提出創(chuàng)造性見解的能力與品質(zhì)。主要包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素。

具備科學(xué)思維能力是創(chuàng)新時代的要求,學(xué)生的學(xué)習(xí)是積極主動的建構(gòu)過程,教師要為學(xué)生創(chuàng)設(shè)良好的學(xué)習(xí)環(huán)境,設(shè)置適當(dāng)?shù)膯栴}情境,引起學(xué)生的認知沖突,激發(fā)學(xué)生的積極思維。

在學(xué)生學(xué)完反沖運動的概念后,教師要引導(dǎo)學(xué)生分析得出“相互作用力一般很大,內(nèi)力遠大于外力,通?？梢杂脛恿渴睾愣蓙硖幚怼?還要進行知識的再發(fā)現(xiàn)、再創(chuàng)造,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力,滲透問題解決的方法教育。

(1) 通過設(shè)計學(xué)以致用的問題,推進課堂教學(xué),促進學(xué)生理解并運用科學(xué)方法。

問題5:如圖3所示，一艘小船停在岸邊,船身與岸平行,船上站著一質(zhì)量為m的人,他如何用自帶的卷尺粗略測出船的質(zhì)量(不計水的阻力)？

圖3

設(shè)計意圖:雖然考查的知識點是“人船模型”,但改變了提問的方式,要求學(xué)生想象情景,能夠具體問題具體分析,而不是生搬硬套模型,這樣可提升學(xué)生的解題能力,為學(xué)生提供了思考的空間,鼓勵學(xué)生提出創(chuàng)新見解,培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力。

(2) 用實驗幫助學(xué)生突破認識誤區(qū)。

問題6:在人船模型中,人相對船停下后，船是否還要運動一段時間才能停下來?

教師設(shè)計了“平板小車”實驗,在玻璃管上平放玻璃板,在玻璃板上放一輛遙控小車,用遙控器啟動小車,同時看到玻璃板沿相反方向運動,當(dāng)小車停止運動時,玻璃板也同時停止運動。教師演示之后,還可以讓學(xué)生親自嘗試,眼見為實,更有說服力。

(3) 制造愉快的教學(xué)氛圍,延長黃金教學(xué)時間。

問題7:如果在劃船時雙槳意外掉落水中,而乘客又是不習(xí)水性的人,那該用什么辦法回岸呢?

提問的同時播放“讓我們蕩起雙槳”歌曲，學(xué)生的情緒一下子被調(diào)動起來,討論異常熱烈,提出了很多方案,不但得出正確的答案“把船上可以拋掉的東西以盡可能大的速度向后拋出”,加深了對反沖運動的認識,而且把課堂氣氛推向了高潮。

設(shè)計意圖:心理學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)：在40分鐘的一節(jié)課上,學(xué)生的注意力隨教師講課時間的變化而變化。學(xué)生的注意力指標數(shù)y隨時間x的變化規(guī)律如圖4所示。所以在25分鐘時,學(xué)生的注意力開始下降,筆者設(shè)計了“討論與交流”環(huán)節(jié),并播放了一首大家都很熟悉的歌曲,讓原本消極的時間又變成了黃金時間,使學(xué)生高效地完成了整節(jié)課的學(xué)習(xí)。這也符合心理學(xué)的觀點:人在快樂中學(xué)習(xí),學(xué)習(xí)更主動,接受知識更快。

圖4

(4) 開發(fā)、利用“易錯點資源”,從多角度靈活變換問題形式,提升學(xué)生科學(xué)思維水平。

問題8:船和人的總質(zhì)量為M,人手中拿一質(zhì)量為m的物體,起初船、人、物以共同速度v0前進，水的阻力不計。當(dāng)人相對于船以速度u向相反方向?qū)⑽矬w拋出后,人和船的速度變?yōu)槎啻?

在問題8提出后，不要求學(xué)生直接計算,在運用動量守恒定律時要遵照“同一性”“同時性”“矢量性”原則,給出以下三種解法,讓學(xué)生判斷對錯。

解法一:選定船速方向為正方向,設(shè)物體拋出后船和人的速度為v，由系統(tǒng)動量守恒求解，(m+M)v0=Mv+m(-u)。

分析:錯誤在于列方程時沒有注意參照系的同一性。

解法二:選定船速方向為正方向,設(shè)物體拋出后船和人的速度為v，由系統(tǒng)動量守恒求解,(m+M)v0=Mv+m(v0-u)。

分析:錯誤在于沒有注意到狀態(tài)的同一性,拋出后物體對地的速度是v-u,而不是v0-u。

解法三:選定船速方向為正方向,設(shè)物體拋出后船和人的速度為v，由系統(tǒng)動量守恒求解,(m+M)v0=Mv+m(v+u)。

分析:錯誤在于沒有注意動量的矢量性,選定船速方向為正方向時,u應(yīng)當(dāng)取負值。

正確解法:選定船速方向為正方向,設(shè)物體拋出后船和人的速度為v，再由系統(tǒng)動量守恒求解,(m+M)v0=Mv+m(v-u)。

實踐證明,上面的三種解法好像三面鏡子,把學(xué)生自身的問題暴露出來,他們自己完全有糾錯的能力。在科學(xué)思維能力的培養(yǎng)中,要從學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)精心設(shè)計好“問題串”,實現(xiàn)知識點由簡單到復(fù)雜的量變,從而實現(xiàn)將學(xué)生的思維從識記、模仿等低層次活動向分析、綜合等高層次活動的質(zhì)的飛躍。

4 利用身邊材料做好物理小實驗,創(chuàng)造條件進行科學(xué)探究

“科學(xué)探究”是指提出科學(xué)問題、形成猜想和假設(shè)、設(shè)計實驗與制訂方案、獲取和處理信息、基于證據(jù)得出結(jié)論并作出解釋,以及對科學(xué)探究過程和結(jié)果進行交流、評估、反思的能力，主要包括問題、證據(jù)、解釋、交流與合作等要素。

本節(jié)課設(shè)置了分組實驗:氣球小車、電吹風(fēng)小車、反擊式水輪機，演示了平板小車、水火箭實驗。這些都是利用身邊材料所做的物理小實驗,整節(jié)課就是以這些科學(xué)探究活動為主線串聯(lián)而成的?？茖W(xué)探究是學(xué)習(xí)科學(xué)知識、形成物理觀念、發(fā)展科學(xué)思維、形成科學(xué)態(tài)度的重要手段和途徑。在物理教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生利用身邊材料進行實驗,不僅能解決實驗器材的不足問題,動手與動腦相結(jié)合,還有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)激情,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新、發(fā)散思維能力。

5 激活物理知識,提升學(xué)生科學(xué)態(tài)度和責(zé)任

科學(xué)態(tài)度與責(zé)任是指在認識科學(xué)本質(zhì)、理解科學(xué)·技術(shù)·社會·環(huán)境(STSE)的關(guān)系基礎(chǔ)上形成的對科學(xué)和技術(shù)應(yīng)有的正確態(tài)度以及責(zé)任心，主要包括科學(xué)本質(zhì)、科學(xué)態(tài)度、科學(xué)倫理、STSE(科學(xué)·技術(shù)·社會·環(huán)境)等。

(1) 聯(lián)系實際,理解STSE的關(guān)系。

問題9:你能舉出哪些反沖運動的實例?

利用有益的反沖運動：噴氣式飛機通過連續(xù)不斷地向后噴射高速燃氣,最快可達3.5倍音速。反擊式水輪機是靠水流的反沖作用旋轉(zhuǎn)的,可以帶動發(fā)電機發(fā)電。

避免有害的反沖運動：自行榴彈炮后面的止退犁是為了減少火炮的反沖作用,提高命中精度。

(2) 展示科學(xué)家探索自然的心路歷程,促進學(xué)生科學(xué)態(tài)度與責(zé)任素養(yǎng)的形成。

本節(jié)的第二部分“火箭”是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度和責(zé)任的好素材。介紹從三國時期、唐末宋初的火箭到長征五號系列運載火箭的歷史進程,重點介紹長征五號系列運載火箭研制的艱辛過程和火箭基本參數(shù),為后面的問題埋下伏筆。展現(xiàn)我國在航天領(lǐng)域的巨大成就,激發(fā)學(xué)生銳意進取、振興中華的使命感,培養(yǎng)正確的科學(xué)態(tài)度和責(zé)任感。

問題10:火箭飛行的最大速度是由什么因素決定的?

例題:設(shè)靜止的火箭起飛時在極短的時間內(nèi)噴射燃氣的質(zhì)量為m,噴出的燃氣相對地面的速度為u,噴出燃氣后火箭的質(zhì)量為M,則火箭噴氣后的速度v?

問題11:如何提高火箭的速度?

拓展延伸:2017年5月5日,我國具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的新一代大型噴氣式客機C919在上海浦東機場首飛成功。

問題12:如何提高噴氣式飛機的速度?

最后進行課堂小結(jié)，此時學(xué)生特別積極主動,他們對反沖運動的應(yīng)用體會深刻,感受物理就在我們身邊,體會到學(xué)以致用的樂趣,尤其備受航天精神的激勵,科學(xué)態(tài)度和責(zé)任得到了提升。

6 結(jié)語

在物理教學(xué)中,要基于學(xué)生實際,循序漸進地培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。要善于挖掘教材中培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的素材,充分利用身邊材料做好物理小實驗,創(chuàng)造條件引領(lǐng)學(xué)生進行科學(xué)探究,多從生活中提煉物理問題，創(chuàng)設(shè)情境,基于學(xué)生思維的最近發(fā)展區(qū)，精心設(shè)計層層遞進的“問題串”,激發(fā)學(xué)生科學(xué)思維,提升學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。