黃多智

（貴州省三穗縣民族高級(jí)中學(xué)，貴州 黔東南 556500）

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》（2017年版2020年修訂）指出，高中物理課程在內(nèi)容上注重與生產(chǎn)生活、現(xiàn)代社會(huì)及科技發(fā)展的聯(lián)系，反映當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要成果和科學(xué)思想.［1］為了契合這樣的基本理念，提升學(xué)生的科學(xué)思維品質(zhì)，增強(qiáng)其對(duì)勻速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律及概念的理解，盡管課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)相對(duì)運(yùn)動(dòng)沒(méi)有要求，教師們常常用如下隊(duì)伍行進(jìn)的案例進(jìn)行教學(xué).

1 案例及解析

案例.一列長(zhǎng)為100m的隊(duì)伍以2m/s的速度在平直公路上勻速前進(jìn).排在隊(duì)伍最末的隊(duì)長(zhǎng)發(fā)出指令，要求最前面的通訊員到隊(duì)伍末尾來(lái)找他領(lǐng)受任務(wù).接到指令后，通訊員迅速轉(zhuǎn)身以3m/s的速度跑到隊(duì)尾.隊(duì)長(zhǎng)用10s交待完任務(wù)讓通訊員再跑回在隊(duì)伍中原來(lái)的位置.已知通訊員跑回原位置的速度為6m/s，則

（1）通訊員接到指令到返回原位置一共用時(shí)多少？

（2）在這段時(shí)間內(nèi)通訊員和隊(duì)伍的位移分別是多少？

方法1：相對(duì)運(yùn)動(dòng).

解析：（1）依題意得通訊員跑向隊(duì)長(zhǎng)過(guò)程

交待任務(wù)的過(guò)程t2=10s.

通訊員跑回原位置過(guò)程

（2）選擇地面為參考系，規(guī)定隊(duì)伍的行進(jìn)方向?yàn)檎聪颍酝ㄓ崋T為研究對(duì)象，則

x1=vt1=-3×20m=-60m，

x2=2×10m=20m，

x3=6×25m=150m，

x=x1+x2+x3=110m.

以隊(duì)伍為研究對(duì)象

x=vt=2×55m=110m.

方法2：追擊與相遇.

解析：（1）通訊員與隊(duì)長(zhǎng)相遇過(guò)程

解得t1=20s.

通訊員追趕原位置的“自己”（要回到自己在隊(duì)伍中原來(lái)的位置）

解得t3=25s.故

2 案例評(píng)析

（1）情境熟悉但物理問(wèn)題不熟悉.

隊(duì)伍行進(jìn)是學(xué)生生活中比較常見(jiàn)的情境，但是基于該情境提出的物理問(wèn)題卻不是學(xué)生熟悉的問(wèn)題，也是他們不容易解決的問(wèn)題.對(duì)這樣的問(wèn)題進(jìn)行思考及解決有利于發(fā)展學(xué)生物理觀念這一核心素養(yǎng)和激發(fā)學(xué)生問(wèn)題解決的興趣.

（2）情境復(fù)雜能夠較好地提升問(wèn)題解決能力和思維品質(zhì).

相對(duì)運(yùn)動(dòng)雖然不是課程標(biāo)準(zhǔn)所要求的內(nèi)容，但是通過(guò)該問(wèn)題的解決，能夠提高學(xué)生思維品質(zhì)和問(wèn)題解決能力.當(dāng)然不是所有的學(xué)生都適合這樣做，要視具體的情況而定，要對(duì)學(xué)生進(jìn)行觀察、訪談，了解學(xué)生的知識(shí)準(zhǔn)備情況，知曉學(xué)生最近發(fā)展區(qū)在哪兒.

（3）通訊員運(yùn)動(dòng)方向不斷變換，增強(qiáng)學(xué)生矢量觀念.

對(duì)于剛剛進(jìn)入高一的學(xué)生，初學(xué)矢量其觀念淡薄.常常因一會(huì)是正的，一會(huì)是負(fù)的，一會(huì)要規(guī)定正方向，一會(huì)又好像不需要規(guī)定等導(dǎo)致問(wèn)題解決不完整或者出現(xiàn)偏差.通過(guò)這樣的案例分析體會(huì)物理量方向的重要性，然后明確選定參考系規(guī)定正方向，學(xué)生矢量觀念得到逐步增強(qiáng).

（4）對(duì)比選擇不同參考系對(duì)通訊員進(jìn)行研究，使學(xué)生對(duì)參考系選擇的原則有深刻的體驗(yàn).

學(xué)生剛剛學(xué)完參考系的相關(guān)知識(shí)，通訊員與隊(duì)伍都在運(yùn)動(dòng)，若選擇隊(duì)伍為參考系研究通訊員的運(yùn)動(dòng)則問(wèn)題變得更加復(fù)雜.通過(guò)與選擇地面為參考系使通訊員的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)單的往返運(yùn)動(dòng)，于是問(wèn)題得到順利解決的體驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比，學(xué)生對(duì)今后研究和描述物體運(yùn)動(dòng)時(shí)選擇地面為參考系變得更加自覺(jué).

3 教學(xué)設(shè)計(jì)思路及實(shí)踐

3.1 定性研究

學(xué)生既沒(méi)有接觸過(guò)相對(duì)運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的定量計(jì)算，也沒(méi)有接觸過(guò)追擊和相遇問(wèn)題，因此部分學(xué)生對(duì)此情境不甚理解.這種情況下不能急于將解答呈現(xiàn)給學(xué)生，需要?jiǎng)?chuàng)造一種情境，讓學(xué)生在大腦里構(gòu)建物理過(guò)程，抽象概括出物理本質(zhì)并與相應(yīng)的物理規(guī)律對(duì)應(yīng).于是帶領(lǐng)學(xué)生來(lái)到操場(chǎng)，從中抽出10個(gè)學(xué)生組成一支隊(duì)伍，教師站在隊(duì)伍的最末進(jìn)行演示.先是將整個(gè)過(guò)程連續(xù)演示一遍，然后再分解演示，在分解演示的同時(shí)穿插簡(jiǎn)要講解.實(shí)際上還沒(méi)有進(jìn)行到分解演示相當(dāng)一部分學(xué)生就已經(jīng)明白問(wèn)題所在了，等分解演示完畢，沒(méi)有一個(gè)學(xué)生不懂得其中的道理.

3.2 定量研究

定性研究較好地解決了練習(xí)所涉問(wèn)題，但是又產(chǎn)生了新的問(wèn)題：在實(shí)際生活生產(chǎn)中如何發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題呢？為此，啟發(fā)學(xué)生對(duì)需研究的情境結(jié)合所學(xué)知識(shí)開(kāi)始方案設(shè)計(jì).

要解決的問(wèn)題：隊(duì)伍行進(jìn)中的系列運(yùn)動(dòng)問(wèn)題.

要測(cè)量的物理量：時(shí)間和距離.

要用到的工具：秒表和皮尺.秒表讀數(shù)保留整數(shù)，皮尺的最小分度是厘米，對(duì)于粗略測(cè)量只需保留到分米即可.

演示開(kāi)始.

探究表明隊(duì)伍人數(shù)以10人左右為宜，人與人之間的距離盡量保持50cm.隊(duì)伍行進(jìn)過(guò)程中要保持勻速直線運(yùn)動(dòng)和長(zhǎng)度不變，可以讓學(xué)生喊口號(hào)行進(jìn)，同時(shí)第一名同學(xué)到最后一名同學(xué)可以拉一根繩，步速以正常跑步速度最佳.

3.3 問(wèn)題的解決及價(jià)值

在進(jìn)行探究的過(guò)程中遇到了測(cè)量工具的使用，如何保持隊(duì)伍長(zhǎng)度和速度不變，數(shù)據(jù)采集整理等問(wèn)題.通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生一起發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題使學(xué)生的知識(shí)體系得到了完善，同時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題的能力也得到了提高.更為重要的是在真實(shí)的情境下學(xué)生獲得深刻的體驗(yàn)，增強(qiáng)了建模能力和抽象概括物理本質(zhì)的能力，對(duì)物理研究的方法有了直觀的感受.還通過(guò)對(duì)話、合作增進(jìn)了師生、生生感情，尤其是對(duì)于剛進(jìn)入高中的學(xué)生而言非常重要，也真正體現(xiàn)和落實(shí)了高效課堂的自主、合作和探究關(guān)鍵目標(biāo).

4 試題變式研究

變式1.試比較通訊員和隊(duì)伍的位移得到什么結(jié)果？試分析這種結(jié)果是必然還是偶然.

經(jīng)過(guò)對(duì)比學(xué)生發(fā)現(xiàn)通訊員的位移跟隊(duì)伍的位移是一致的.產(chǎn)生這一結(jié)果的原因可以概括為通訊員最開(kāi)始在隊(duì)伍的最前面，最終還是回到了原位置所以兩者位移必然相同.若以隊(duì)伍為參考系通訊員的位移為0.通過(guò)這個(gè)問(wèn)題的解決及分析學(xué)生對(duì)參考系、位移這兩個(gè)概念的理解更為深刻.

變式2.以通訊員接到指令時(shí)為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，畫(huà)出通訊員的x-t圖像（圖1）.

圖1 通訊員的x-t圖像

以通訊員接到指令時(shí)的位置為參考系，規(guī)定隊(duì)伍的行進(jìn)方向?yàn)檎较?

學(xué)生對(duì)圖像進(jìn)行描點(diǎn)是對(duì)學(xué)生基本功的根本要求.往往在一些實(shí)驗(yàn)題中學(xué)生描繪圖像時(shí)五花八門(mén)，導(dǎo)致誤差極大，甚至出現(xiàn)錯(cuò)誤.為了讓學(xué)生獲得合理分配縱橫坐標(biāo)數(shù)據(jù)、規(guī)范作圖、考慮矢量曲線所在象限等基本作圖素養(yǎng)，特意購(gòu)置了坐標(biāo)紙供他們畫(huà)圖.然后讓他們跟原來(lái)在作業(yè)本上的手繪圖進(jìn)行對(duì)比，讓學(xué)生看到自己發(fā)展的空間.這樣做對(duì)于高中物理初學(xué)者學(xué)科素養(yǎng)的發(fā)展極為有利，應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持和強(qiáng)調(diào).

變式3.請(qǐng)指出通訊員位移為0的時(shí)刻.

方法1：解方程法.

方法2：讀圖法.

根據(jù)變式2的x-t圖像，如圖1，讀上述學(xué)生自畫(huà)圖像可知當(dāng)x=0時(shí)，t≈37s.

通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用第2種方法找到通訊員位移為0時(shí)的時(shí)刻，使學(xué)生明白解決物理問(wèn)題除了列方程求解之外還可以通過(guò)作圖、讀圖解決.同時(shí)也切身體會(huì)到作圖規(guī)范、精準(zhǔn)的重要性.在配有圖像的練習(xí)中，很多問(wèn)題可以無(wú)需運(yùn)用物理規(guī)律列出方程進(jìn)行繁雜的計(jì)算，完全可以通過(guò)讀圖發(fā)現(xiàn)規(guī)律找到答案.通過(guò)物理圖像可以直觀看出兩個(gè)量之間的變化趨勢(shì)，便于迅速找到問(wèn)題解決的突破口.

5 面向高一新生的物理課堂教學(xué)思考

5.1 以矢量教學(xué)為起點(diǎn)發(fā)展學(xué)生物理觀念，為高中物理學(xué)習(xí)奠基

物理量的矢量性是高一新生物理學(xué)習(xí)遇到的第一個(gè)臺(tái)階，掌握熟練了，理解透徹了，分析運(yùn)算時(shí)養(yǎng)成了，那么很快就能夠適應(yīng)高中物理的學(xué)習(xí)，否則這個(gè)適應(yīng)的過(guò)程可能會(huì)變得更長(zhǎng)更曲折.如何讓學(xué)生接納矢量，或者說(shuō)將矢量這一物理量屬性整合進(jìn)自己的知識(shí)體系中顯然是不容易的事情.實(shí)踐表明，結(jié)合物理現(xiàn)象、物理過(guò)程中體現(xiàn)出來(lái)的相應(yīng)物理量的效果，所概括的本質(zhì)讓學(xué)生進(jìn)行正反對(duì)比，多維考查能夠加快學(xué)生認(rèn)知進(jìn)度，迅速發(fā)展學(xué)生物理觀念核心素養(yǎng).

5.2 創(chuàng)設(shè)物理情境，讓學(xué)生與物理現(xiàn)象、過(guò)程直接對(duì)話獲得對(duì)知識(shí)的深刻體驗(yàn)

教師不應(yīng)是知識(shí)的傳遞者、灌輸者，“應(yīng)有能力為學(xué)習(xí)提供‘可能性’”，［2］激勵(lì)、點(diǎn)燃、喚醒學(xué)生.學(xué)生置于精心創(chuàng)設(shè)的情境中與現(xiàn)象、過(guò)程直接對(duì)話獲得第一手材料，能夠引發(fā)認(rèn)知沖突發(fā)現(xiàn)問(wèn)題激發(fā)求知欲.當(dāng)然即便是精心創(chuàng)設(shè)的情境，問(wèn)題的生成也還是非常精彩和豐富的，絕不會(huì)一成不變機(jī)械僵化，所以讓學(xué)生融入情境中簡(jiǎn)約典型地重履科學(xué)家進(jìn)行科學(xué)研究的過(guò)程以獲得直接的體驗(yàn)，能夠幫助學(xué)生恰當(dāng)?shù)貙⒘?xí)得的知識(shí)整合進(jìn)自己的知識(shí)體系，豐富完善和改進(jìn)原有的知識(shí)，對(duì)于提升學(xué)生思維品質(zhì)，提高問(wèn)題解決能力具有關(guān)鍵意義.實(shí)際上，學(xué)生不僅應(yīng)該與物理現(xiàn)象、過(guò)程對(duì)話，還應(yīng)當(dāng)與教材的編寫(xiě)者對(duì)話（閱讀教材），與實(shí)驗(yàn)器材對(duì)話（觀察和思考每一種器材的結(jié)構(gòu)、功能以及拓展）等，通過(guò)這些有益的對(duì)話學(xué)生直接面對(duì)知識(shí)，真正成為學(xué)習(xí)的主體.

5.3 構(gòu)建思維型課堂，讓深度學(xué)習(xí)發(fā)生

思維型課堂教學(xué)強(qiáng)調(diào)課堂教學(xué)中師生活動(dòng)的核心是“思維活動(dòng)”；強(qiáng)調(diào)教學(xué)中應(yīng)通過(guò)引發(fā)學(xué)生積極思考、主動(dòng)探究來(lái)加速認(rèn)知過(guò)程.［3］問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)及解決過(guò)程，教師都要引導(dǎo)學(xué)生對(duì)自己的思維軌跡進(jìn)行反省，實(shí)現(xiàn)思維監(jiān)控，不斷規(guī)范自己的思考方式，促進(jìn)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，加強(qiáng)對(duì)知識(shí)的理解以及增強(qiáng)質(zhì)疑批判意識(shí)和水平.學(xué)生和教師都不能滿足于問(wèn)題的解決，要通過(guò)反思對(duì)比，抽象概括成功案例以及新情境的物理本質(zhì)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)遷移應(yīng)用，使知識(shí)真正成為自己的知識(shí)體系中的有效部分.基于“生動(dòng)的問(wèn)題情境、交互的具身體驗(yàn)、意義的自主整合、批判的自我反思和真實(shí)的問(wèn)題解決”［4］的思維型課堂能夠使學(xué)生達(dá)到深度沉浸思考、自主建構(gòu)新的知識(shí)體系，對(duì)新知識(shí)形成過(guò)程進(jìn)行反思以理解其中蘊(yùn)含的思想方法和科學(xué)精神，從而實(shí)現(xiàn)思維由單點(diǎn)向多點(diǎn)，由淺層向深度，由低階向高階的高品質(zhì)轉(zhuǎn)化，教師要改革自己的課堂引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí).