郭本剛

(江蘇省震澤中學(xué)，江蘇 蘇州 215200)

高中物理課程在義務(wù)教育的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。[1]高中物理教師需要高度重視初高中物理教學(xué)的銜接，筆者根據(jù)教學(xué)實(shí)踐，提出以下策略：在情境式問題的解決中引導(dǎo)學(xué)生自主反思、重新建構(gòu)，實(shí)現(xiàn)核心概念的學(xué)習(xí)進(jìn)階，促進(jìn)物理觀念的層次進(jìn)階。核心概念學(xué)習(xí)進(jìn)階是物理觀念層次進(jìn)階的有效途徑，使學(xué)生的核心素養(yǎng)在初中學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上吸收養(yǎng)分而茁壯成長(zhǎng)。

1 “機(jī)械功和機(jī)械能”概念分析

核心概念是學(xué)生長(zhǎng)久記憶、深刻理解其精華并能在忘記其具體碎片化內(nèi)容后，仍能應(yīng)用的陳述性知識(shí)。[2]核心概念具有持久價(jià)值，需要學(xué)生通過探究和反思去揭示，直到抓住這個(gè)學(xué)科“核心”。物理觀念正是在核心概念內(nèi)涵的廣度和深度不斷拓展的基礎(chǔ)上進(jìn)行提煉和升華的。

“功和能”是“能量觀念”的重要要素，是物理學(xué)的核心概念，具有聚焦性、廣泛性和抽象性，具有極大的遷移價(jià)值，是理解眾多事實(shí)的關(guān)鍵。次一級(jí)核心概念“機(jī)械功和機(jī)械能”在高中物理教學(xué)中的意義突出，是初高中物理教學(xué)銜接的重要部分。

2 基于問題導(dǎo)向的反思型教學(xué)

學(xué)習(xí)進(jìn)階是對(duì)學(xué)生在一段較長(zhǎng)的時(shí)間跨度內(nèi)學(xué)習(xí)或研究某一主體時(shí)，學(xué)生的思維方式從新手型到專家型的連續(xù)且有層級(jí)的發(fā)展路徑的描述。[3]教學(xué)前提是確定學(xué)習(xí)進(jìn)階的起點(diǎn)、終點(diǎn)和中間層級(jí)，弄清學(xué)生思維的層級(jí)發(fā)展之關(guān)鍵點(diǎn)、條件和路徑。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)具有系列性、連續(xù)發(fā)展性的情境式問題，基于問題導(dǎo)向進(jìn)行反思型教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用高階思維批判性、整體性聯(lián)通新舊知識(shí)，并進(jìn)行重新建構(gòu)。

反思型教學(xué)不同于“反思性教學(xué)”，是教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行嚴(yán)肅、持續(xù)的自主反思，使個(gè)人態(tài)度和邏輯推理成為一個(gè)整體?；趩栴}導(dǎo)向的反思型教學(xué)要讓學(xué)生在自省中有更新和提升，強(qiáng)調(diào)積極、自覺態(tài)度下的探究學(xué)習(xí)，強(qiáng)調(diào)師生間、生生間的合作和對(duì)話，注重元認(rèn)知理論和批判理論的應(yīng)用。情境式問題要能激發(fā)學(xué)生的反思意識(shí)，順應(yīng)核心概念學(xué)習(xí)進(jìn)階的思維發(fā)展。創(chuàng)設(shè)的情境要便于學(xué)生建構(gòu)物理模型，提煉出的研究問題要貼合教學(xué)目標(biāo)。教師要在引領(lǐng)學(xué)生在科學(xué)探究中運(yùn)用反思策略，引導(dǎo)學(xué)生形成統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。

批判性思維是新時(shí)代學(xué)校教育的要求，而培養(yǎng)反思精神是培育批判性思維所必需的。[4]有學(xué)者提出：反思性思考的意識(shí)和行動(dòng)能力是核心素養(yǎng)的核心?；趩栴}導(dǎo)向的反思型教學(xué)符合教育轉(zhuǎn)型的時(shí)代要求，從培育“記憶者”的教育轉(zhuǎn)型為培育“探究者”“思考者”的教育，應(yīng)成為當(dāng)下課堂轉(zhuǎn)型的重要抓手。

3 “機(jī)械功和機(jī)械能”的學(xué)習(xí)進(jìn)階設(shè)計(jì)和發(fā)展層級(jí)描述

筆者對(duì)比初高中物理教學(xué)，以物理觀念的層級(jí)進(jìn)階為主線，設(shè)計(jì)了高中“機(jī)械功和機(jī)械能”的學(xué)習(xí)進(jìn)階假設(shè)(圖1)，從宏觀上把握該教學(xué)單元，繼而進(jìn)行微觀上的設(shè)計(jì)。

科學(xué)概念理解的“經(jīng)驗(yàn)→映射→關(guān)聯(lián)→系統(tǒng)→整合”發(fā)展層級(jí)模型，是針對(duì)某個(gè)具體概念的學(xué)習(xí)進(jìn)階描述。[5]筆者以此為依據(jù)，建構(gòu)“機(jī)械功和機(jī)械能”概念理解的發(fā)展層級(jí)描述(表1)。

圖1

表1

上述層級(jí)描述是物理觀念水平層級(jí)的具體化，其發(fā)展能推動(dòng)“機(jī)械功和機(jī)械能”的學(xué)習(xí)進(jìn)階，促進(jìn)物理觀念的層級(jí)進(jìn)階。

4 教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)施

筆者通過具體課例的研究，提出以下教學(xué)模式：確定學(xué)習(xí)進(jìn)階的起點(diǎn)(銜接的原點(diǎn))→創(chuàng)設(shè)反思情境→引導(dǎo)學(xué)生提出反思問題→指導(dǎo)反思策略→總結(jié)反思成果→到達(dá)學(xué)習(xí)進(jìn)階的終點(diǎn)(銜接的終點(diǎn))→終點(diǎn)和起點(diǎn)的對(duì)接。接下來，以“功”的教學(xué)為例，展示教學(xué)設(shè)計(jì)和具體實(shí)施過程。

4.1 “功”概念學(xué)習(xí)情況分析和目標(biāo)設(shè)定

筆者在教材分析、調(diào)查研究基礎(chǔ)上對(duì)學(xué)生的“功”學(xué)習(xí)情況進(jìn)行分析(表2)。

表2

基于上述情況分析，制定本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)：(1) 會(huì)計(jì)算力、位移成一定夾角時(shí)的恒力做功；(2) 知道功的正負(fù)的含義，將功的正負(fù)與動(dòng)能的變化聯(lián)系起來；(3) 應(yīng)用矢量分解方法解決問題；(4) 感悟功與能量的關(guān)系。第(1)、(2)兩點(diǎn)屬于知識(shí)性目標(biāo)，第(3)點(diǎn)涉及思維方法的應(yīng)用，第(4)點(diǎn)涉及概念學(xué)習(xí)進(jìn)階的高級(jí)階段——物理觀念的層級(jí)進(jìn)階。旨在促進(jìn)學(xué)生的認(rèn)知由定性到定量、由表象向抽象發(fā)展，由概念的特殊、片面理解向復(fù)雜深刻、全面系統(tǒng)的理解發(fā)展，在概念理解和應(yīng)用中向觀念提升發(fā)展。

4.2 基于問題導(dǎo)向的反思型教學(xué)設(shè)計(jì)

筆者從學(xué)生初中物理學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)(以下四個(gè)情境均源自蘇科版初中物理教材)中，尋找具有高中物理教學(xué)價(jià)值的情境，啟發(fā)學(xué)生提出若干問題，達(dá)成上述教學(xué)目標(biāo)。

情境1:豎直提升水桶(圖1)。

問題1：拉力和重力分別對(duì)水桶做什么功？

問題2：若水桶勻速上升，水桶的動(dòng)能和機(jī)械能如何變化？

問題3：上述變化和兩力做功有關(guān)系嗎？

設(shè)計(jì)思路：引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)功有正負(fù)，以及功與能量轉(zhuǎn)化相關(guān)聯(lián)。

圖2

圖3

情境2:沿斜面拉小車(圖3)。

問題1：小車所受各力分別沿什么方向？沿各力方向的位移情況如何？它們做的功怎么表示？

問題2：重力與位移間的夾角多大？若不用高度h而用位移s，怎么表示重力做功？

問題3：若用斜向上的恒力拉小車沿水平面運(yùn)動(dòng)，該力做功如何計(jì)算？

圖4

設(shè)計(jì)思路：引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用矢量分解等方法，從力與位移方向相同、垂直兩種特殊情況過渡到一般情況下功的計(jì)算。

情境3:單擺小球的運(yùn)動(dòng)(圖4)。

問題1：小球向下運(yùn)動(dòng)時(shí)重力做什么功？向上運(yùn)動(dòng)時(shí)呢？

引導(dǎo)學(xué)生選取一小段位移后發(fā)現(xiàn)：小球向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，所受重力與位移的夾角為銳角，做正功；向上運(yùn)動(dòng)時(shí)為鈍角，做負(fù)功。

問題2：小球向下運(yùn)動(dòng)時(shí)速度大小如何變化？向上運(yùn)動(dòng)呢？

學(xué)生的直觀感受：向下運(yùn)動(dòng)時(shí)速度變大，向上時(shí)變小。

問題3：在運(yùn)動(dòng)過程中速度大小為何有上述變化？

學(xué)生回顧變速圓周運(yùn)動(dòng)的情景，將重力沿切向和徑向分解后發(fā)現(xiàn)：重力的切向分量會(huì)改變速度大小。向下運(yùn)動(dòng)時(shí)重力的切向分量與速度同向，使速度變大；向上運(yùn)動(dòng)時(shí)重力的切向分量與速度反向，使速度變小。

問題4：在初中學(xué)過什么能量與速度大小有關(guān)？在此過程中，該能量如何變化？

學(xué)生回顧初中物理學(xué)習(xí)內(nèi)容后總結(jié)：小球向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，重力做正功，動(dòng)能增加，重力勢(shì)能減少；向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，重力做負(fù)功，動(dòng)能減小，轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能。

問題5：在此過程中動(dòng)能的變化情況與功的正負(fù)有什么關(guān)系？

學(xué)生總結(jié)：力做正功(力與位移間夾角小于90°)時(shí)，使物體速度增大，動(dòng)能增加，是動(dòng)力；力做負(fù)功(力與位移間夾角大于90°)時(shí)，使物體速度減小，動(dòng)能減小，是阻力。

問題6：若力與位移始終垂直呢？

學(xué)生回答：該力不做功，物體速度既不增大也不減小，動(dòng)能不變，既非動(dòng)力也非阻力。

情境4:足球被踢出后，在草地上滾動(dòng)了一段距離。

問題1：運(yùn)動(dòng)員對(duì)足球做功了嗎？

啟發(fā)學(xué)生反思初中學(xué)習(xí)內(nèi)容，給出解答：做功了，一則足球在被踢出的過程中動(dòng)能增加了，二則腳對(duì)足球施加作用力時(shí)足球沿力方向有位移。

問題2：為確定做功的大小，需測(cè)定哪些物理量？

引導(dǎo)學(xué)生討論：直接測(cè)定困難較大，一是作用力很難測(cè)定，二是力不恒定，三是位移很小。

問題3：能否進(jìn)行間接測(cè)量？

學(xué)生回答：可以，定量定義了動(dòng)能概念并建立功與動(dòng)能變化之間定量關(guān)系后，可將過程量——功的測(cè)定轉(zhuǎn)化為狀態(tài)量——?jiǎng)幽艿淖兓瘉頊y(cè)量。

設(shè)計(jì)思路：通過課堂討論、總結(jié)，使學(xué)生的功與能量的觀念得到升華，領(lǐng)悟能量轉(zhuǎn)化是通過做功實(shí)現(xiàn)的。

4.3 基于問題導(dǎo)向的反思型教學(xué)的過程性評(píng)價(jià)

基于問題導(dǎo)向的反思型教學(xué)的課堂評(píng)價(jià)要基于明確的任務(wù)，采用以學(xué)生為中心的過程性評(píng)價(jià)，要關(guān)注每一位學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，可運(yùn)用表3所示的評(píng)價(jià)量表。

表3

5 結(jié)語

筆者以學(xué)習(xí)進(jìn)階理論為指導(dǎo)，根據(jù)學(xué)生的初中物理學(xué)習(xí)基礎(chǔ)創(chuàng)設(shè)情境式問題，運(yùn)用基于問題導(dǎo)向的反思型教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維，實(shí)現(xiàn)概念與規(guī)律學(xué)習(xí)的同步發(fā)展，推進(jìn)核心概念的學(xué)習(xí)進(jìn)階，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)物理觀念的層次進(jìn)階。以實(shí)現(xiàn)初高中物理教學(xué)的有效、全面銜接，提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。