楊學(xué)切

(福建省廈門第一中學(xué)，福建 廈門 361003)

1 課程標(biāo)準(zhǔn)凝練了物理學(xué)科情懷

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》(以下簡稱課標(biāo))的課程性質(zhì)表明：高中物理課程引領(lǐng)學(xué)生認(rèn)識科學(xué)的本質(zhì)以及科學(xué)·技術(shù)·社會·環(huán)境(STSE)的關(guān)系，形成科學(xué)態(tài)度、科學(xué)世界觀和正確的價(jià)值觀，為做有社會責(zé)任感的公民奠定基礎(chǔ).[1]因此，高中物理教學(xué)終極目標(biāo)是培養(yǎng)有社會責(zé)任感的公民.作為有社會責(zé)任感的公民，首先要有家國情懷.科學(xué)無國界，科學(xué)家卻是有祖國的，根據(jù)高中物理教學(xué)內(nèi)容的相關(guān)性，及時(shí)講述國內(nèi)外科學(xué)家的愛國史實(shí)，以此點(diǎn)燃學(xué)生的家國情懷，在物理教學(xué)活動(dòng)的一言一行中滲透，使得學(xué)生的家國情懷從心靈深處生長.

課標(biāo)提出的物理學(xué)科4大核心素養(yǎng)：物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任.通過高中物理學(xué)習(xí)學(xué)會用物理觀念描述自然界圖景；能用理性思維思考、解決問題，在質(zhì)疑中追求創(chuàng)新；能基于觀察提出問題，基于證據(jù)解釋問題，能運(yùn)用科學(xué)語言與他人溝通交流；了解科學(xué)研究、應(yīng)用應(yīng)遵循道德規(guī)范，具有保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源、促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的責(zé)任感.[2]這些都是以人為本，以人為終極目的的情懷，對人類生存意義與價(jià)值的關(guān)懷，物理教學(xué)需要充分發(fā)揮的物理學(xué)科的人文情懷.教師把物理學(xué)的知識體系展現(xiàn)給學(xué)生的同時(shí)，教學(xué)過程中夠適時(shí)、合理地引入人文情懷的熏陶，是實(shí)現(xiàn)內(nèi)化知識，形成學(xué)科思維，樹立正確人生觀、價(jià)值觀的一條蹊徑.

課標(biāo)中似乎沒有審美情懷的相關(guān)表述，但是在科學(xué)探究的過程，科學(xué)思維的訓(xùn)練，物理觀念的形成，科學(xué)態(tài)度的養(yǎng)成各個(gè)細(xì)節(jié)，無不蘊(yùn)含著科學(xué)的審美情懷.楊振寧說:“科學(xué)中存在美,所有的科學(xué)家都有這樣的感受.如果對科學(xué)理論中所呈現(xiàn)出來的審美特征作比較直接的描述概括,那就是簡單、對稱、和諧與統(tǒng)一.”高中物理教學(xué)中滲透審美情懷，讓學(xué)生懂得領(lǐng)略和鑒賞,進(jìn)而激發(fā)人們對科學(xué)產(chǎn)生濃郁的興趣;讓學(xué)生明白審美情懷有助于科學(xué)創(chuàng)造.

木心說：“沒有審美力是絕癥，知識也解救不了.”美能夠滌蕩人的心靈，改變?nèi)说木珰馍?，美能喚醒我們對?nèi)心的尊重，因而去尊重生活、尊重他人.將審美情懷滲透到物理教學(xué)中的點(diǎn)點(diǎn)滴滴，才能讓學(xué)生品嘗到生命中最甜的那部分滋味.

基于以上認(rèn)識，下面以勻變速直線運(yùn)動(dòng)習(xí)題課為例，展示在高中物理習(xí)題教學(xué)中如何彰顯學(xué)科情懷.

2 勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律應(yīng)用的習(xí)題課教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1 教學(xué)設(shè)計(jì)流程

教學(xué)設(shè)計(jì)流程如圖1所示.

圖1 教學(xué)流程圖

2.2 教學(xué)過程

環(huán)節(jié)1：協(xié)和號AF4590客機(jī)空難的思考.

圖2

課題引入，觀看視頻(視頻截圖如圖2)

教師介紹事件背景：賦有“空中驕子”之稱的協(xié)和超音速飛機(jī),最大飛行速度可達(dá)2.04馬赫(2150 km/h).2000年7月25日，協(xié)和客機(jī)AF4590班機(jī)在法國戴高樂機(jī)場進(jìn)行起飛，當(dāng)起飛速度達(dá)到328 km/h時(shí)(約為90 m/s)機(jī)長接到塔臺傳來消息飛機(jī)尾部起火.但是，機(jī)長還是拉起了飛機(jī)(繼續(xù)升空飛行).飛機(jī)于起飛后約2 min爆炸，墜毀于機(jī)場附近，這場悲劇造成了113人喪生.

過渡語：讓我們把沉重的心情化為嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度，用勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律來研究下面的問題.

問題1： 協(xié)和號AF4590班機(jī)的機(jī)長為什么還是拉起了飛機(jī)，而不是緊急迫降？

例1.有關(guān)數(shù)據(jù)：法國戴高樂機(jī)場跑道的總長度為4000 m，飛機(jī)勻加速起飛過程的加速度大小約為1.2 m/s2，勻減速制動(dòng)過程中加速度大小約1.8 m/s2，飛機(jī)起飛速度達(dá)到328 km/h(約為90 m/s), 機(jī)長接到塔臺傳來消息飛機(jī)尾部起火.請通過計(jì)算說明，機(jī)長為什么還是拉起了飛機(jī).

答案：加速階段位移為3375 m，減速階段位移為2250 m，兩者之和大于4000 m(具體解答略).

教師引領(lǐng)學(xué)生共同完成解決問題的過程，強(qiáng)化解題思維規(guī)范、答題規(guī)范.培育學(xué)生運(yùn)用科學(xué)推理來分析機(jī)長為什么還是拉起了飛機(jī)；讓學(xué)生體驗(yàn)解決物理問題程序、方法、規(guī)范的重要性，從中感受規(guī)范之美，科學(xué)思維的魅力.

問題2： 你是否有好的方法避免類似AF4590班機(jī)空難中人員傷亡?

討論交流.師生交流、生生交流、學(xué)生發(fā)表個(gè)人見解.

學(xué)生甲：將機(jī)場跑道加長；

學(xué)生乙：改善飛機(jī)性能，減速的加速度增大；

學(xué)生丙：安裝自動(dòng)滅火裝置；

……

在此環(huán)節(jié)，一方面培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新精神，另一方面尊重學(xué)生的個(gè)性認(rèn)知，靈活地的處理生成性教學(xué)資源，體現(xiàn)教學(xué)過程的人文情懷.為了將學(xué)生情緒拉回到“用勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律解決問題”的教學(xué)目標(biāo)上來，順勢拋出例題2.

例2.改善飛機(jī)的制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)：為了避免類似AF4590班機(jī)空難的再發(fā)生，在原有跑道長度條件下，為協(xié)和號飛機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)，使飛機(jī)控制系統(tǒng)失靈之前恰能在跑道末端停下來，計(jì)算乘客可以獲得多少逃生時(shí)間?(有關(guān)數(shù)據(jù)：法國戴高樂機(jī)場跑道的總長度為4000 m，飛機(jī)起飛時(shí)的加速度約為1.2 m/s2，飛機(jī)起飛速度達(dá)到90 m/s，飛機(jī)于起飛后約1.5 min控制系統(tǒng)失靈、約2 min爆炸…)

答案(解答過程略)：減速制動(dòng)時(shí)間約14 s，逃生時(shí)間約106 s.

此題給學(xué)生一定的時(shí)間獨(dú)立思考、解決，經(jīng)歷體驗(yàn)式學(xué)習(xí)，彰顯教育需要等待的人文情懷.

事件感悟： 協(xié)和式AF4590班機(jī)失事的原因.

圖3

教師：當(dāng)年事故調(diào)查結(jié)果表明，AF4590班機(jī)在進(jìn)行起飛時(shí)，輾過了跑道上另一架美國大陸航空公司的DC-10號班機(jī)脫落的小鐵條，如圖3.小鐵條造成爆胎，而輪胎碎片以超過音速的高速擊中機(jī)翼中的油箱，之后引發(fā)大火.

學(xué)生對此事故調(diào)查結(jié)果發(fā)表自己的看法.

學(xué)生甲：細(xì)節(jié)決定成敗.

學(xué)生乙：……

教師補(bǔ)充：協(xié)和式飛機(jī)高能耗、高燥聲、安全性差，為此協(xié)和飛機(jī)已經(jīng)退出了商用客機(jī)的歷史舞臺.同學(xué)們說說人類在追求高速度與保護(hù)環(huán)境兩者之間應(yīng)該做出怎樣的抉擇？

學(xué)生：……

過渡語：雖說一旦空難發(fā)生，人們很難逃生，但是實(shí)際上飛機(jī)還是最安全的交通工具.我們把目光從空中轉(zhuǎn)向地面.

環(huán)節(jié)2：汽車交通事故發(fā)生剖析.

圖4

觀看汽車追尾事故的視頻(視頻截圖如圖4).

問題3： 若對一個(gè)地區(qū)在一定時(shí)期內(nèi)，汽車交通事故的原因做個(gè)調(diào)查分析.你認(rèn)為造成交通事故的主要原因會是什么？

學(xué)生發(fā)表個(gè)人見解，了解科學(xué)分析問題的手段，體會運(yùn)用證據(jù)說明問題的意識.

例3.酒駕和超速往往是造成交通事故的主要原因，表1為客車以不同的車速行駛時(shí)的相關(guān)參數(shù)，表中“思考距離”是指駕駛員從發(fā)現(xiàn)情況到采取制動(dòng)的時(shí)間內(nèi)(也稱反應(yīng)時(shí)間)客車行駛的距離，“制動(dòng)距離”是指駕駛員從發(fā)現(xiàn)情況到客車停止行駛的距離.

表1

(1) 根據(jù)表格，司機(jī)酒后駕駛要比正常駕駛的反應(yīng)時(shí)間多多少？該客車的制動(dòng)時(shí)的加速度為多少？

(2) 若該駕駛員酒后以v1=108 km/h行駛，他發(fā)現(xiàn)正前方l1=80 m處有障礙物，該客車是否安全？

(3) 在限速120 km/h的路段，若該駕駛員酒后以v2=135 km/h的行駛，他發(fā)現(xiàn)正前方l2=50 m處有一貨車以v′=54 km/h勻速行駛，就采取制動(dòng)，是否安全？

學(xué)生：討論交流，思考、規(guī)范解答.

答案(解答過程略)： (1) Δt=0.5 s，a=7.5 m/s2； (2) 制動(dòng)距離s1=90 m>l1=80 m該客車不安全； (3) 設(shè)客車與貨車共速時(shí)，客車制動(dòng)距離s2=56.25 m>l2=50 m不安全.

教師：動(dòng)畫演示突破難點(diǎn)(動(dòng)畫截圖如圖5).

圖5

教師追問：該車只有超速，沒有酒駕的結(jié)果如何？(答案：制動(dòng)距離45 m

教師再追問：只有酒駕沒有超速其結(jié)果又如何？(答案：制動(dòng)距離40.26 m

學(xué)生計(jì)算得出結(jié)果：若該車只有超速，或只有酒駕還是可以避免事故發(fā)生的.當(dāng)然，這不是說明生活中可以酒駕或超速，而是說明酒駕又超速是事故發(fā)生的概率大大增加.

教師：動(dòng)畫演示，該車只有超速或只有酒駕的過程模擬，再用圖象直觀的展示，讓學(xué)生懂得用圖像法分析問題.

事件感悟：

教師：呈現(xiàn)PPT如圖6.

圖6

學(xué)生討論：知道“酒駕入刑”的必要性，遵守交通規(guī)則的重要性，感受到物理學(xué)習(xí)中充滿人文情懷.

環(huán)節(jié)3:解決問題方法總結(jié)歸納.

(1) 定對象；(2) 明過程,畫出運(yùn)動(dòng)示意圖；(3) 找規(guī)律，選公式；(注意多個(gè)運(yùn)動(dòng)過程的關(guān)聯(lián)物理量)(4) 列方程求解；(5) 審視結(jié)果合理性.

環(huán)節(jié)4：布置課后習(xí)題，繼續(xù)滲透家國情懷.

課后練習(xí).2011年8月10日，改裝后的瓦良格號航空母艦進(jìn)行出海航行試驗(yàn)，中國成為擁有航空母艦的國家之一.已知該航空母艦飛行甲板長度為L=300 m，某種戰(zhàn)斗機(jī)在航空母艦上起飛過程中的最大加速度為a=4.5 m/s2，飛機(jī)速度要達(dá)到v=60 m/s才能安全起飛.

(1) 如果航空母艦靜止，戰(zhàn)斗機(jī)被彈射裝置彈出后開始加速，要保證飛機(jī)起飛安全，戰(zhàn)斗機(jī)被彈射裝器彈出時(shí)的速度至少是多大?

(2) 如果航空母艦勻速前進(jìn)，在沒有彈射裝置的情況下，要保證飛機(jī)安全起飛，航空母艦前進(jìn)的速度至少是多大?

3 教學(xué)中彰顯學(xué)科情懷的思考

本案例以一節(jié)勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律應(yīng)用的習(xí)題課作為例子，通過設(shè)置情境化問題，引發(fā)學(xué)生討論交流，使得學(xué)生溫故知新的同時(shí)，不知不覺之中體驗(yàn)到學(xué)科情懷.實(shí)際上，物理教師僅僅要有扎實(shí)的學(xué)科專業(yè)理論知識，還要對物理有欣賞與敬畏之情,對學(xué)生的善解和仁愛之心，那么物理教學(xué)中體現(xiàn)學(xué)科情懷就無所不在.

(1) 家國情懷.物理教學(xué)不能“僅為知識而教”，而是將知識作為育人的載體，充分挖掘知識建構(gòu)過程中內(nèi)在價(jià)值，培養(yǎng)學(xué)生強(qiáng)烈的家國情懷.挖掘中國優(yōu)秀的傳統(tǒng)文化，激發(fā)學(xué)生愛國情感.

如北宋《萍州可談》:"舟師(掌舵者)識地理，夜則觀星，晝則觀日，陰晦觀指南針."指南針應(yīng)用在航海上，是全天候的導(dǎo)航工具，彌補(bǔ)了天文導(dǎo)航、地文導(dǎo)航之不足，開創(chuàng)了航海史的新紀(jì)元；還有，中國“兩彈一星”元?jiǎng)?，錢三強(qiáng)等科學(xué)家的事跡都激勵(lì)著學(xué)生的民族自豪感.

(2) 人文情懷.物理教學(xué)需要將科學(xué)教育與人文教育交融,科學(xué)教育培養(yǎng)求真精神,人文教育培養(yǎng)求善、求美精神.教師要充分利用物理學(xué)科優(yōu)勢，樹立以人為本的思想.在物理教學(xué)中促進(jìn)學(xué)生對物理、社會、環(huán)境相互關(guān)系的理解，關(guān)注科學(xué)倫理，形成正確的價(jià)值觀.另外，實(shí)施教學(xué)中從學(xué)生自身需要出發(fā)，關(guān)注學(xué)生的個(gè)性、情感和道德，使之充滿人文關(guān)懷.

(3) 審美情懷.著名物理學(xué)家英費(fèi)爾德曾指出：“當(dāng)你領(lǐng)悟一個(gè)出色公式時(shí)，你會得到同巴哈的樂曲一樣的感情”.良好的審美情懷有助于學(xué)生追求真理，發(fā)揚(yáng)善性.物理之美有很多分類方法，一般有簡潔美、深刻美、統(tǒng)一美、奇異美、結(jié)構(gòu)美、對稱美、狀態(tài)美、過程美等.科學(xué)的發(fā)展創(chuàng)造了美，物理發(fā)展史就是追求美的歷史.

如電磁感應(yīng)現(xiàn)象的奇異美，電與磁的和諧統(tǒng)一之美，法拉第獻(xiàn)身科學(xué)的精神之美，發(fā)電機(jī)發(fā)明創(chuàng)造本身就是美，應(yīng)用于生活之中，人類享受到了生活之美等.

科學(xué)探究過程，引導(dǎo)學(xué)生睹“物”思“理”的體驗(yàn)上升到美的享受與追求，以物理特有的審美情懷來激發(fā)他們的學(xué)習(xí)熱情，自覺地調(diào)動(dòng)一切非智力因素.如由詩句“潭清疑水淺，荷動(dòng)知魚散”，作為光的折射教學(xué)導(dǎo)入.還有利用物理實(shí)驗(yàn)的趣味性，引導(dǎo)學(xué)生觀察，展現(xiàn)物理現(xiàn)象之美；應(yīng)用物理規(guī)律，體會其內(nèi)在的科學(xué)美；利用教師的個(gè)人魅力(語言、體態(tài)、板書、操作等)進(jìn)行美的熏陶.

4 結(jié)束語

從物理的角度，如何看待我們自己與世界的關(guān)系？我們只是浩瀚宇宙中的極其渺小的一部分，時(shí)間在過去、現(xiàn)在和未來并沒有區(qū)別，“此刻”與“此處”一樣，都只是我們的主觀概念，人類作為一個(gè)物種終將滅絕，生命因?yàn)槎虝核哉滟F.[3]物理教學(xué)中做到“課中有人”自覺、自發(fā)的挖掘?qū)W科情懷的育人價(jià)值，教師閱讀要廣泛，把握物理教學(xué)中學(xué)科情懷的素材，并對學(xué)生潛移默化地影響，使之成為感化學(xué)生心靈成長與精神追求之動(dòng)力.