錢(qián)榮根

摘 要：本文從物理學(xué)科核心素養(yǎng)的兩個(gè)維度科學(xué)思維和科學(xué)探究來(lái)展開(kāi)高中物理教學(xué)案例的研究。

關(guān)鍵詞：探究; 思維; 物理; 教學(xué)

中圖分類號(hào)：G633.7? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? 文章編號(hào)：1006-3315（2020）11-032-001

物理教學(xué)是提升學(xué)生素養(yǎng)的主陣地，教師需要深度研究高中物理教學(xué)與核心素養(yǎng)，對(duì)教學(xué)及時(shí)做出改進(jìn)和更新。筆者基于科學(xué)思維和科學(xué)探究，提出高中物理教學(xué)樣態(tài)。

一、圍繞學(xué)生，構(gòu)建科學(xué)思維課堂

科學(xué)思維是物理學(xué)科核心素養(yǎng)的靈魂，是能否實(shí)現(xiàn)有效課堂的關(guān)鍵。教師應(yīng)精心設(shè)計(jì)課堂的引入環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生突破固有思維的限制，大膽創(chuàng)新，經(jīng)歷科學(xué)思維，設(shè)疑猜想，引發(fā)認(rèn)知沖突，碰撞思維火花。以“力的合成”教學(xué)為例。課前可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：學(xué)生拉小轎車(chē)，當(dāng)兩名學(xué)生沿著車(chē)頭方向用力拉車(chē)時(shí)，車(chē)很難被拉動(dòng)，在此基礎(chǔ)上，外加一學(xué)生沿著垂直繩方向用力時(shí)，車(chē)就被拉動(dòng)了。學(xué)生們紛紛做了體驗(yàn)，感受到這股神奇力量，猜測(cè)一定與新課有重大聯(lián)系。等效替代是力的合成的重要思想，課堂上兩人提重物和一人提同樣的重物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，兩人的力與一人的力效果是相同的。由此激發(fā)學(xué)生思考。從學(xué)生的經(jīng)驗(yàn)中提煉出分力、合力、共點(diǎn)力以及力的合成等物理概念。

首先從最簡(jiǎn)單的同一直線上的分力與合力的關(guān)系，較為簡(jiǎn)單易懂。從直線到平面是學(xué)生的突破，問(wèn)學(xué)生不在一直線的同一平面上的力是不是符合簡(jiǎn)單的代數(shù)和或差呢？通過(guò)彈簧測(cè)力計(jì)使橡皮筋伸長(zhǎng)相同長(zhǎng)度的兩次實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)并不是簡(jiǎn)單的代數(shù)加減法。引發(fā)認(rèn)知沖突，激勵(lì)學(xué)生科學(xué)思維，尋求力的合成的特點(diǎn)，促使知識(shí)鏈向縱深遞進(jìn)。在科學(xué)思維中探究：如何才能找到分力、合力的關(guān)系;如何準(zhǔn)確記錄力的大小、方向;分力的夾角不能太大或太小;拉力必須平行于紙面。實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新，學(xué)生紛紛給出各種方案，促進(jìn)學(xué)生的知識(shí)的應(yīng)用與遷移，讓課堂向眾深推進(jìn)。

二、尊重學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)探究

新課改提倡的是學(xué)生主動(dòng)參與，科學(xué)探究，合作共生，培養(yǎng)學(xué)生搜集和處理信息的能力，分析和解決問(wèn)題的能力以及交流與合作等多元能力。以“探究牛頓第二定律”實(shí)驗(yàn)為例。教師應(yīng)將課堂的選擇權(quán)、設(shè)計(jì)權(quán)交于學(xué)生，把學(xué)生帶到力學(xué)實(shí)驗(yàn)室，讓學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)。學(xué)生會(huì)思考：選擇什么器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn);怎樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)才能利于得出結(jié)論;怎樣利用實(shí)驗(yàn)，通過(guò)控制變量法，完成實(shí)驗(yàn);利用長(zhǎng)木板拖動(dòng)小車(chē)來(lái)研究，天平可以測(cè)量質(zhì)量，滿足什么條件可以認(rèn)為小車(chē)所受拉力等于沙和沙桶的重力;該實(shí)驗(yàn)有什么誤差;實(shí)驗(yàn)可以進(jìn)行怎樣的改進(jìn)等等。這些為什么、怎么做都是學(xué)生的科學(xué)探究的結(jié)果。

三、導(dǎo)引學(xué)生，在科學(xué)探究中提升科學(xué)思維

科學(xué)探究與科學(xué)思維密不可分，科學(xué)思維的過(guò)程必然內(nèi)涵科學(xué)探究，科學(xué)探究的過(guò)程是科學(xué)思維的凝練與升華。適時(shí)安排探究，以便科學(xué)思維的培養(yǎng);有意制造認(rèn)知沖突，達(dá)成思維的全面性;在科學(xué)探究中提升科學(xué)思維的廣度與深度。在科學(xué)探究中問(wèn)題鏈的逐個(gè)拋出，是學(xué)生循序漸進(jìn)思維的關(guān)鍵，環(huán)環(huán)相扣，步步為營(yíng)。以楞次定律教學(xué)為例。在前面關(guān)于電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生已經(jīng)認(rèn)識(shí)到不同情況下產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向是不同的。那么，感應(yīng)電流方向是由哪些因素決定的？滿足什么規(guī)律呢？教材給出的方案，學(xué)生按照步驟較方便得出阻礙這個(gè)結(jié)論。學(xué)生通過(guò)討論，基于“楞次環(huán)”實(shí)驗(yàn)。

情境①：條形磁鐵與通電圓環(huán)（掛在光滑桿）靠近，通電圓環(huán)將朝哪個(gè)方向運(yùn)動(dòng)？如何判斷？學(xué)生活動(dòng)：實(shí)驗(yàn)探究，也有通過(guò)等效的方法將通電圓環(huán)視為條形磁鐵，利用同向電流相互吸引，異相電流相互排斥判斷。

情境②：給出條形磁鐵靠近或遠(yuǎn)離圓環(huán)（無(wú)通電電流），圓環(huán)的磁通量做如何變化？并畫(huà)出磁感線。學(xué)生活動(dòng)：對(duì)條形磁鐵磁感線分布較為清楚，變化情況比較直觀，同時(shí)回顧感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件。

情境③：學(xué)生分組、教師演示，基于“楞次環(huán)”實(shí)驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)無(wú)論是N極還是S極插入閉合環(huán)時(shí)，圓環(huán)都會(huì)后退;無(wú)論是N極還是S極拔出閉合環(huán)時(shí)，圓環(huán)都會(huì)向著拔出方向轉(zhuǎn)動(dòng)。

問(wèn)題驅(qū)動(dòng)：根據(jù)封閉鋁環(huán)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象思考下列問(wèn)題：（1）四種實(shí)驗(yàn)情境中，鋁環(huán)的磁通量如何變化？學(xué)生活動(dòng)：做出磁感線的穿入方向及得出磁通量的變化情況;（2）四種實(shí)驗(yàn)情境中，磁鐵和鋁環(huán)之間有著怎樣的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)？與磁鐵的極性有沒(méi)有關(guān)系？學(xué)生討論得出：磁鐵插入時(shí)，鋁環(huán)會(huì)后退;磁鐵拔出時(shí)，鋁環(huán)會(huì)跟著前進(jìn)，可以歸納為來(lái)斥去吸;（3）為什么磁鐵靠近封閉鋁環(huán)時(shí)，磁鐵對(duì)鋁環(huán)是“斥力”作用，而離開(kāi)鋁環(huán)時(shí)，磁鐵對(duì)鋁環(huán)是“引力”作用？（參考情境1思考討論）學(xué)生合作：探究可得靠近時(shí)，鋁環(huán)靠近磁鐵一側(cè)與磁鐵表現(xiàn)為同名磁極，所以表現(xiàn)為“斥力”作用;離開(kāi)時(shí)，鋁環(huán)靠近磁鐵一側(cè)與磁鐵表現(xiàn)為異名磁極，所以表現(xiàn)為“引力”作用。（4）能否根據(jù)鋁環(huán)的運(yùn)動(dòng)情況判斷出四種情境中鋁環(huán)內(nèi)感應(yīng)電流的方向？學(xué)生活動(dòng)：通過(guò)將感應(yīng)電流的圓環(huán)等效為條形磁鐵，繼而畫(huà)出感應(yīng)電流的磁感線，再用右手螺旋定則判定出感應(yīng)電流的方向。

提煉與升華：感應(yīng)電流磁場(chǎng)的方向是判斷感應(yīng)電流的關(guān)鍵，試通過(guò)四種情境的分析總結(jié)出感應(yīng)磁場(chǎng)方向的判斷方法。學(xué)生活動(dòng)：通過(guò)以上的探究過(guò)程，原磁通量增加時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)方向相反;原磁通量減少時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)方向相同。教師引導(dǎo)學(xué)生得出增反減同結(jié)論，也就是感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化（該總結(jié)還是需要教師適時(shí)引導(dǎo)、修正、補(bǔ)充完善）。

總結(jié)應(yīng)用：電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，感應(yīng)電流方向的判斷步驟。（1）明確原磁場(chǎng)的方向。（2）明確穿過(guò)閉合電路的磁通量是增加還是減少。（3）根據(jù)楞次定律（增反減同）確定感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向。（4）利用右手螺旋定則確定感應(yīng)電流的方向。

科學(xué)探究與科學(xué)思維密不可分，在探究中思維，在思維中探究。該探究過(guò)程，將科學(xué)思維的5個(gè)水平展現(xiàn)得淋漓盡致。

總之，教師需要不斷活化學(xué)生思維，讓學(xué)生形成主動(dòng)探究的習(xí)慣和意識(shí)，在反復(fù)的歷練中自然而然體悟科學(xué)思維與科學(xué)探究的魅力，使得科學(xué)思維、科學(xué)探究成為學(xué)習(xí)生活的常態(tài)。教師要充分將科學(xué)思維和科學(xué)探究融入教學(xué)，運(yùn)用核心素養(yǎng)理論優(yōu)化教學(xué)，讓教學(xué)更加高效而精彩。

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