鐘志鵬
(無(wú)錫市玉祁高級(jí)中學(xué) 江蘇 無(wú)錫 214183)
曹 俊
(無(wú)錫市玉祁初級(jí)中學(xué) 江蘇 無(wú)錫 214183)
林崇德、胡衛(wèi)平教授提出思維型課堂教學(xué)理論,以聚焦思維結(jié)構(gòu)的智力理論為基礎(chǔ),著眼于課堂教學(xué)中的思維活動(dòng),意在提高課堂的教學(xué)質(zhì)量.
思維型課堂教學(xué)理論包括認(rèn)知沖突、自主建構(gòu)、自我監(jiān)控和應(yīng)用遷移4方面的基本原理.通過(guò)認(rèn)知沖突,誘發(fā)思維結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)性,提供積極思維和主動(dòng)學(xué)習(xí)的動(dòng)力.自主建構(gòu)包括認(rèn)知建構(gòu)和社會(huì)建構(gòu),認(rèn)知建構(gòu)強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)積極主動(dòng)建構(gòu)的過(guò)程;社會(huì)建構(gòu)強(qiáng)調(diào)在師生互動(dòng)、生生互動(dòng)的過(guò)程中,情感互動(dòng)是基礎(chǔ),行為互動(dòng)是表現(xiàn),思維互動(dòng)是核心.自我監(jiān)控能力是教師教學(xué)能力和學(xué)生學(xué)習(xí)能力的核心,尤其是教學(xué)反思環(huán)節(jié),教師都要引導(dǎo)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)對(duì)象、學(xué)習(xí)過(guò)程、思維方式進(jìn)行總結(jié)、反思和評(píng)價(jià),形成認(rèn)知策略,發(fā)展認(rèn)知結(jié)構(gòu),提高自我監(jiān)控能力.應(yīng)用遷移是指將已掌握建立概念、規(guī)律、形成知識(shí)、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的方法,應(yīng)用到新的問(wèn)題情境和解決新問(wèn)題的過(guò)程中.
思維型課堂是培育物理學(xué)科核心素養(yǎng)的有效途徑,習(xí)題教學(xué)是培育物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要載體.新課標(biāo)要求要從培養(yǎng)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的視角審視習(xí)題教學(xué)的目的,應(yīng)通過(guò)習(xí)題教學(xué),使學(xué)生在科學(xué)思維、探究能力、實(shí)踐意識(shí)、科學(xué)態(tài)度等方面得到有效提升.習(xí)題教學(xué)的作用不僅僅是為了得到答案,而是要全面提高學(xué)生的問(wèn)題解決能力.而思維型課堂恰是以提升思維品質(zhì)和實(shí)際問(wèn)題解決能力為核心的課堂教學(xué)樣式,強(qiáng)調(diào)教會(huì)學(xué)生如何去思考,而不僅僅是教會(huì)思考的內(nèi)容,促進(jìn)學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí),培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題解決能力、創(chuàng)造性思維和批判性思維能力.思維型課堂的內(nèi)涵為習(xí)題教學(xué)發(fā)揮在培育學(xué)科核心素養(yǎng)中的作用指明了方向.
以屈膝下蹲作為問(wèn)題情境,本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)如下.
教學(xué)目標(biāo)的確定和敘寫(xiě)要更多地站在“學(xué)生本位”來(lái)闡述學(xué)生怎么學(xué),以及經(jīng)歷學(xué)習(xí)所發(fā)生的變化.本節(jié)習(xí)題課的目標(biāo)可以這樣定位和敘寫(xiě).
(1)形成物理觀念
能深入理解力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系,以此為出發(fā)點(diǎn)來(lái)分析共點(diǎn)力平衡問(wèn)題和超重、失重問(wèn)題.
(2)培養(yǎng)科學(xué)思維
針對(duì)實(shí)際問(wèn)題,能合理地選擇研究對(duì)象(整體或隔離),建立模型,進(jìn)行物理分析.掌握解決力和運(yùn)動(dòng)一類(lèi)問(wèn)題的一般步驟:確定對(duì)象,受力分析,確定狀態(tài),列出方程(平衡方程或牛頓第二定律方程)并求解,對(duì)結(jié)果的合理性進(jìn)行分析.
(3)培養(yǎng)科學(xué)探究意識(shí)
就人下蹲和起身的過(guò)程,能制定探究方案,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)記錄表格,記錄關(guān)鍵數(shù)據(jù),能分析數(shù)據(jù),把力和運(yùn)動(dòng)的加速度a聯(lián)系起來(lái),形成結(jié)論,定義超重、失重.結(jié)合探究活動(dòng)的實(shí)踐,能理解彈力隨時(shí)間變化圖像.
(4)樹(shù)立科學(xué)態(tài)度與責(zé)任
敢于發(fā)表自己的意見(jiàn),善于與人交流與合作;在交流過(guò)程中能從已有的經(jīng)驗(yàn)或數(shù)據(jù)出發(fā)來(lái)論證.通過(guò)實(shí)際問(wèn)題的解決,獲取成功的體驗(yàn),激發(fā)學(xué)習(xí)物理的內(nèi)在動(dòng)機(jī),形成理論與實(shí)際相聯(lián)系的意識(shí).
以教學(xué)目標(biāo)為指引,本節(jié)課的具體流程如表1所示 .
表1 以“屈膝下蹲”為情境的習(xí)題教學(xué)流程設(shè)計(jì)
選取屈膝下蹲作為典型例題情境來(lái)展開(kāi),在情境創(chuàng)設(shè)中激發(fā)認(rèn)知沖突,誘發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的心理動(dòng)因.
【例1】如圖1所示,人屈膝下蹲時(shí),膝關(guān)節(jié)彎曲的角度為θ,設(shè)此時(shí)大小腿部的肌肉群對(duì)膝關(guān)節(jié)的作用力F的方向水平向后,且大腿骨和小腿骨對(duì)膝關(guān)節(jié)的作用力大致相等,那么腳掌所受地面豎直向上的彈力約為( )
圖1 例1題圖
學(xué)生解答:
解法1:采用力的分解的方法.如圖2(a)所示,設(shè)大腿骨和小腿骨的作用力分別為F1和F2.由力的平行四邊形定則F1=F2,先按效果分解F易知
再對(duì)F2進(jìn)行正交分解,如圖2(b)所示有
解得
則腳掌所受地面豎直向上的彈力N=F2y,D選項(xiàng)正確.
圖2 例1解法1分析圖
解法2:如圖3(a)所示,采用共點(diǎn)力平衡的方法.問(wèn)題導(dǎo)向以腳為研究對(duì)象,進(jìn)行受力分析,分解力F2,如圖3(b)所示,列平衡方程.水平方向,F(xiàn)2x=f;豎直方向
沒(méi)有相符的答案.
教師引導(dǎo):顯然結(jié)果比選項(xiàng)D多一個(gè)重力G,這是什么原因?該如何理解和處理此處的重力G呢?G是人的重力嗎?
圖3 例1的解法2分析圖
學(xué)生活動(dòng):以人整體為研究對(duì)象,屈膝靜止時(shí),上題中F為內(nèi)力不作考慮,腳底所受的支持力N=G人,顯然與結(jié)論不相符合,而只有隔離出人的腳這一部分作為研究對(duì)象,才會(huì)考慮小腿對(duì)腳部的作用力F2的作用.因此G只能理解為是隔離出來(lái)的腳的重力,可以考慮把腳底隔離出貼地的“薄薄的一層”作為研究對(duì)象,忽略其重力.
如此則有
忽略G,得到
選擇選項(xiàng)D.
2.4.1 在類(lèi)比遷移中將體驗(yàn)內(nèi)化為能力
在認(rèn)知沖突的解決中,體驗(yàn)了選取研究對(duì)象、建構(gòu)物理模型、進(jìn)行受力分析的思維過(guò)程.體驗(yàn)要進(jìn)一步內(nèi)化為解決問(wèn)題的能力,還需要在問(wèn)題解決中加以鍛煉提高.
【例2】如圖4所示,由兩根短桿組成的一個(gè)自鎖定起重吊鉤,將它放入被吊的空罐內(nèi),使其張開(kāi)一定的夾角壓緊在罐壁上,當(dāng)鋼繩勻速向上提起時(shí),兩桿對(duì)罐壁越壓越緊,若摩擦力足夠大,就能將重物提升起來(lái),罐越重,短桿提供的壓力越大,稱為“自鎖定裝置”.若罐質(zhì)量為m,短桿與豎直方向夾角θ=60°,求吊起該重物時(shí),短桿對(duì)罐壁的壓力(短桿質(zhì)量不計(jì)).
圖4 例2題圖
學(xué)生活動(dòng):首要問(wèn)題是研究對(duì)象的選擇.
整體受力分析如圖4所示,F(xiàn)=G,短桿對(duì)罐壁的壓力為內(nèi)力,整體平衡方程中不出現(xiàn).
至此只有隔離半邊吊鉤,受力分析如圖5(b)所示,F(xiàn)1cosθ=f,F(xiàn)1sinθ=N,其中
教師引導(dǎo):題干特別說(shuō)明,短桿質(zhì)量不計(jì),對(duì)我們選取隔離半邊吊鉤有何幫助?與例題1中隔離出腳底貼地的“薄薄的一層”作為研究對(duì)象,忽略其重力思想是否一致?
2.4.2 在課堂生成中完成知識(shí)自主建構(gòu)
例1中將人視為處于一個(gè)屈膝的靜止?fàn)顟B(tài),視為平衡狀態(tài)求解.屈膝下蹲也可能正處在屈膝向下運(yùn)動(dòng)過(guò)程,而非靜止?fàn)顟B(tài).此時(shí)地面對(duì)人的支持力又是多少呢?
【例3】如圖6所示是某同學(xué)站在力板傳感器上做下蹲、起立的動(dòng)作時(shí),記錄的壓力F隨時(shí)間t變化的圖線.由圖線可知該同學(xué)( )
A.體重約為650 N
B.做了兩次下蹲——起立的動(dòng)作
C.做了一次下蹲——起立的動(dòng)作,且下蹲后約2 s起立
D.下蹲過(guò)程中先處于超重狀態(tài)后處于失重狀態(tài)
圖6 例3題圖
教師引導(dǎo):從靜止到下蹲起立經(jīng)歷了怎樣的運(yùn)動(dòng)過(guò)程?運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的不同對(duì)應(yīng)在受力情況上有何不同?
學(xué)生活動(dòng):實(shí)驗(yàn)探究方案,請(qǐng)學(xué)生站在體重計(jì)上親自實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證.理論探究方案,依據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律,進(jìn)行受力分析和運(yùn)動(dòng)分析.在運(yùn)動(dòng)分析和人所受支持力變化的對(duì)應(yīng)比較上,逐步深入探究力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系,進(jìn)而理解通過(guò)加速度方向來(lái)判斷超失重的緣由.
面對(duì)學(xué)生的質(zhì)疑,生成新的問(wèn)題情境,有意識(shí)引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷從問(wèn)題出發(fā),找到關(guān)鍵要素,尋求證據(jù)支撐分析論證、得出結(jié)論的科學(xué)探究過(guò)程.通過(guò)教師引導(dǎo)、合作學(xué)習(xí),形成學(xué)習(xí)共同體,在科學(xué)探究過(guò)程中落實(shí)情感互動(dòng)、行為互動(dòng)和思維互動(dòng)達(dá)成社會(huì)建構(gòu).
教學(xué)反思的目標(biāo)是掌握本節(jié)課的知識(shí)、方法,反思經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),形成認(rèn)知策略,發(fā)展認(rèn)知結(jié)構(gòu).尤其注意對(duì)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的總結(jié).
引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)運(yùn)動(dòng)與相互作用的關(guān)系,立足實(shí)際問(wèn)題從物理學(xué)視角形成運(yùn)動(dòng)與相互作用關(guān)系的基本認(rèn)識(shí).
引導(dǎo)學(xué)生突出模型建構(gòu)、科學(xué)推理和論證等科學(xué)思維的總結(jié).在屈膝下蹲的分析中,引導(dǎo)學(xué)生對(duì)腳底再隔離構(gòu)建了貼地的“薄薄的一層”的理想模型來(lái)說(shuō)明;在研究體重計(jì)上人的下蹲起立過(guò)程,將人抽象為初位置在重心處的質(zhì)點(diǎn)模型,來(lái)幫助簡(jiǎn)化過(guò)程分析.在研究對(duì)象選取的環(huán)節(jié)引導(dǎo)學(xué)生從人轉(zhuǎn)換到腳,到最后重力忽略不計(jì);從起重掛鉤和貨物為整體轉(zhuǎn)換到掛鉤,到最后考慮掛鉤的一半.在實(shí)驗(yàn)探究環(huán)節(jié),引導(dǎo)學(xué)生兼顧實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的定性表述和實(shí)驗(yàn)典型數(shù)據(jù)的定量測(cè)量,讓學(xué)生依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),把力的變化和運(yùn)動(dòng)的變化聯(lián)系起來(lái),逐步聚焦到加速度a.
引導(dǎo)學(xué)生加深對(duì)問(wèn)題解決策略的理解.例1的解決突出腳掌所受地面豎直向上的彈力這一問(wèn)題出發(fā),在共點(diǎn)力平衡的前提下,選取腳掌為對(duì)象用受力平衡的方程求解.而不是直接用力的效果分解的方法求解.堅(jiān)持問(wèn)題解決導(dǎo)向,力的分解、平行四邊形定則不過(guò)是解決共點(diǎn)力問(wèn)題的計(jì)算手段.新課標(biāo)特別指出,用共點(diǎn)力的平衡條件分析日常生活中的問(wèn)題,而不是用力的分解[2],學(xué)生解決問(wèn)題的實(shí)踐選擇和新課標(biāo)的觀點(diǎn)是高度一致的.
知識(shí)和方法的應(yīng)用和遷移,對(duì)學(xué)生加深理解知識(shí),提高思維能力,培養(yǎng)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力以及創(chuàng)造力,具有重要的作用.本節(jié)課應(yīng)用和遷移環(huán)節(jié)選取了兩則材料呈現(xiàn)給學(xué)生.
材料1:如圖7所示,不管是徒手訓(xùn)練還是負(fù)重訓(xùn)練,在進(jìn)行深蹲動(dòng)作時(shí),常會(huì)聽(tīng)到教練說(shuō):“不讓你的膝蓋超過(guò)腳尖”,否則膝蓋容易受傷,這是為什么呢?
圖7 材料1圖示
材料2:陳大爺看完電視起身,感覺(jué)膝關(guān)節(jié)扭了一下,膝蓋后邊的筋好像別住了,特別難受.骨科醫(yī)生說(shuō),陳大爺這種病跟閃腰岔氣是一類(lèi),只不過(guò)這回閃的是膝關(guān)節(jié).這又有何科學(xué)道理呢?
教師引導(dǎo):比較分析以上兩則材料,引導(dǎo)學(xué)生先后聚焦兩個(gè)問(wèn)題.
(1)兩則材料都是屈膝狀態(tài),膝蓋受傷是受力過(guò)大導(dǎo)致的,這個(gè)力和屈膝時(shí)膝關(guān)節(jié)角變小有無(wú)關(guān)系?
(2)屈膝下蹲和起身是運(yùn)動(dòng)過(guò)程,屈膝蹲住了是靜止?fàn)顟B(tài).不同狀態(tài)下膝蓋受力情況是否也不一樣呢?
學(xué)生活動(dòng):
(1)如圖8所示,膝蓋超過(guò)腳尖會(huì)導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)角β(膝關(guān)節(jié)角)過(guò)大,其補(bǔ)角θ過(guò)小.
圖8 下蹲過(guò)程分析
以屈膝靜止?fàn)顟B(tài)為例,由例1中的結(jié)論:
隔離腳,其所受的支持力
其中F為膝關(guān)節(jié)受力,整體對(duì)人,所受的支持力,N=mg;則
得到
(2)依據(jù)上面的結(jié)論,結(jié)合看完電視起身瞬間對(duì)應(yīng)的超重狀態(tài)可知
得到
超重狀態(tài)導(dǎo)致膝蓋受力F比靜止?fàn)顟B(tài)更大.老年人的關(guān)節(jié)老化僵硬,也就更易受傷.所以醫(yī)生建議,中老年人下蹲準(zhǔn)備起立時(shí),最好借助周?chē)矬w,扶著“撐一把”站起來(lái),以減少膝關(guān)節(jié)的“壓力”.
當(dāng)前的習(xí)題教學(xué)現(xiàn)狀,學(xué)生更多的是習(xí)得惰性的知識(shí),只是“儲(chǔ)蓄罐”式“擁有”.而物理學(xué)科核心素養(yǎng)的習(xí)得,有顯著的內(nèi)在性和主觀性.基于思維型課堂教學(xué)理論的基本原理,指導(dǎo)思維型習(xí)題教學(xué)實(shí)踐,是發(fā)揮習(xí)題教學(xué)作用,落實(shí)核心素養(yǎng)培育的有效途徑.