賁可敬

(江蘇省江陰市夏港中學(xué)，江蘇 無錫 214442)

核心素養(yǎng)與學(xué)科素養(yǎng)呈現(xiàn)為整體與局部的關(guān)系，學(xué)科素養(yǎng)是核心素養(yǎng)在特定學(xué)科的具體化。由于當(dāng)前課程實施中學(xué)科的相對獨立性，提升學(xué)生核心素養(yǎng)必然要細(xì)化到學(xué)科核心素養(yǎng)的培育，只有抓住學(xué)科核心素養(yǎng)，聚焦學(xué)科教學(xué)，才能把握學(xué)科教育的本質(zhì)。

物理學(xué)是以實驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué)領(lǐng)域的一門基礎(chǔ)學(xué)科，其學(xué)科的本質(zhì)特征是通過實驗探究，揭示物理規(guī)律，形成物理觀念，提高學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力，在此過程中養(yǎng)成科學(xué)態(tài)度和社會責(zé)任?，F(xiàn)以“滑輪”教學(xué)為例，探討開發(fā)課程資源、引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)物理模型、發(fā)展科學(xué)思維的教學(xué)策略。

1 引入生產(chǎn)器械，觸發(fā)學(xué)生思維

“從生活走向物理，從物理走向社會”是義務(wù)教育物理課程的基本理念之一，物理學(xué)科一個顯著特點就是與生產(chǎn)和生活實際聯(lián)系密切，生產(chǎn)生活中的器具、物件均可以成為物理教學(xué)的資源，尤其將一些不易見、平時又不便操作的器具引入教學(xué)，極易引起學(xué)生注意，激起學(xué)生興趣，觸發(fā)學(xué)生思維。

教學(xué)片段1：在“滑輪”一課中，在復(fù)習(xí)了杠桿等知識后，教師使用杠桿將重物提升到一定高度，向?qū)W生提問：生活中有沒有其他設(shè)備也能提升重物？學(xué)生回憶起旗桿頂端的裝置、起重機的吊鉤等都可以提升重物。教師隨即出示工業(yè)生產(chǎn)中使用的滑輪(圖1)，邊演示邊介紹：周邊有槽、能繞軸轉(zhuǎn)動的裝置叫滑輪，旗桿頂部和起重機吊鉤的主要裝置就是滑輪。當(dāng)教師問及學(xué)生是否使用過滑輪時，極少數(shù)學(xué)生表示做升旗手時使用滑輪升起過國旗，再問學(xué)生：你們用滑輪提升過重的物體嗎？學(xué)生中無人應(yīng)答，老師隨即取出支架、繩索、器材包裝盒(圖2)，問學(xué)生是否愿意將一箱物理器材從底樓搬運到二樓教室。學(xué)生非常驚訝：這是物理課嗎？要上室外物理課嗎？學(xué)生疑惑地問老師：“這是真的嗎？”老師堅定地說：“是的！”學(xué)生興奮地離開教室，一部分聚集在二樓走廊，還有一部分直奔底樓。當(dāng)教師介紹完支架的作用后，二樓的學(xué)生在陽臺外墻上固定好支架，并將滑輪的吊鉤固定在支架的套環(huán)上，將繩索穿過滑輪，繩索的兩頭自然下垂到底樓。二樓的學(xué)生告知底樓的學(xué)生，將器材包裝盒綁在繩索的一頭，抓住繩索的另一頭向下拉。底樓的學(xué)生按照提示，順利地將器材包裝盒拉到了二樓(圖3)。就在學(xué)生意猶未盡之時，老師提出：是否有其他方案？底樓的一位學(xué)生略做思考提出了新的方案，這名學(xué)生告訴二樓的同伴，將繩索的一頭固定在支架的套環(huán)上，另一頭穿過滑輪，將器材包裝盒掛在滑輪的吊鉤上輕輕滑到底樓，由二樓的同學(xué)抓住繩索的另一頭向上拉，也順利完成了任務(wù)。學(xué)生依依不舍地離開底樓，回到了教室。老師向?qū)W生提出問題：采用兩種方式都把器材盒提升到了二樓，滑輪工作時其軸心位置是否發(fā)生改變？判斷的依據(jù)是什么？學(xué)生通過分組實驗逐一模擬剛才室外的操作，在此基礎(chǔ)上對滑輪進行分類。

圖1

圖2

圖3

平時學(xué)生幾乎接觸不到支架、生產(chǎn)用滑輪、繩索、器材包裝盒等，當(dāng)這些器材出現(xiàn)在課堂中時已經(jīng)讓學(xué)生非常好奇，能走出教室親自操作，學(xué)習(xí)場域發(fā)生了變化，使學(xué)生產(chǎn)生深度思維觸動，升華了情感體驗，對他們來說是一次難忘的學(xué)習(xí)經(jīng)歷。學(xué)生的注意力非常集中，學(xué)習(xí)興趣被完全激發(fā)，教師提出的每一個問題都觸動了學(xué)生思維。以這樣的方式引入新課，足以讓學(xué)生保持較長時間的良好學(xué)習(xí)情緒，學(xué)習(xí)動力明顯增強，理性思維逐漸萌生。

2 借助自制器具，引發(fā)學(xué)生思維

在教學(xué)中許多物理概念和規(guī)律必須通過實驗才能說明清楚，但傳統(tǒng)的實驗器材不一定能達到理想的效果。因此，需要教師根據(jù)教學(xué)需要對傳統(tǒng)的實驗器材進行改進或自制器具，教師通過對“物”的創(chuàng)新，引領(lǐng)學(xué)生“理”的發(fā)展。

教學(xué)片段2：在“滑輪”一課中，滑輪工作時的特點及實質(zhì)是重點，滑輪組的繞法是難點。在探究滑輪工作的特點時，主要應(yīng)用比較法。與直接用手提升重物相比，使用滑輪時施力方向是否改變？施力的大小是否改變？對施力方向采用定性研究的方法，通過實驗觀察一目了然；對施力的大小要采用定量研究的方法，借助彈簧測力計進行多次實驗(圖4)，而且要補充介紹彈簧測力計測量方向向下的力時校零的方法。為同時研究是否省距離或者費距離，筆者自制了一塊示教板(圖5)，板上標(biāo)記了很多間距相等且平行的橫線，便于比較繩子自由端移動的距離與物體移動距離之間的關(guān)系。

圖4

圖5

由于滑輪與杠桿的實物差異較大，不能呈現(xiàn)動態(tài)的演變過程，在分析滑輪的實質(zhì)時，學(xué)生的反應(yīng)往往是茫然的。此時我們通過自制教具的演示，引發(fā)學(xué)生的思維逐步深入。具體來講就是幫助學(xué)生確定支點的位置，理解滑輪的實質(zhì)是變形杠桿。

教學(xué)片段3：在研究定滑輪的實質(zhì)時，將三根相同的長木條疊放在一起，在其中心位置鉆一個直徑約為5 mm的圓孔，將直徑略小的長螺釘穿過圓孔兩側(cè)，并用螺帽固定，但不能過緊，在每根木條的兩側(cè)挖4 mm×3 mm的槽，將細(xì)繩的一端固定在其中一根木條的一端，將三根木條依次均勻展開并將兩側(cè)的螺帽擰緊，將細(xì)繩卡在木條邊緣的槽里，轉(zhuǎn)動木條，順勢拉起鉤碼(圖6)，相當(dāng)于通過一個定滑輪提升重物。如圖7所示，接著將三根木條合為一體，再通過細(xì)繩拉起重物，實則是通過一個杠桿在提升重物。軸的位置為支點，定滑輪實質(zhì)是一個等臂杠桿，學(xué)生對此就容易理解了。

圖6

圖7

教學(xué)片段4：在研究動滑輪的實質(zhì)時，筆者制作了一個可拆卸的圓盤(周邊有槽)，其上、下兩部分可拆卸。找一個支架，將細(xì)繩的一端固定在支架上，另一端穿過圓盤的槽，用手向上提住，在圓盤軸心處用繩吊住一個重物(圖8)，先演示其作為動滑輪提升重物的過程，再將上、下兩部分拆除(圖9)，再次演示其作為杠桿提升重物的過程，學(xué)生不難發(fā)現(xiàn)：支點并不在軸心處，而是在輪子的邊緣，即將上、下兩部分拆除后，類似于在圓直徑的邊緣。動滑輪的實質(zhì)是一個動力臂為兩倍阻力臂的省力杠桿，學(xué)生對此一目了然。

圖8

圖9

3 建構(gòu)物理模型，拓展學(xué)生思維

模型是對物體、事件、系統(tǒng)、物體或事件間的關(guān)系等的表征，思維是一個內(nèi)涵豐富且深刻的概念，其中的物理思維能力是在學(xué)習(xí)物理的過程中逐步形成的、并直接影響物理學(xué)習(xí)和物理問題解決的高級心理活動能力。[1]實驗教學(xué)對培養(yǎng)學(xué)生的模型建構(gòu)能力有著非常重要的作用，通過實驗可使學(xué)生在腦海中留下直觀、具體的形象，在此基礎(chǔ)上建構(gòu)物理模型，再利用模型去解釋物理現(xiàn)象或者解決生活問題。[2]以“滑輪”教學(xué)為例，建構(gòu)物理模型的過程如圖10所示，在教學(xué)中可以采用這樣的路徑建構(gòu)物理模型，為觸動學(xué)生思維、引發(fā)學(xué)生思維提供“事實證據(jù)”，通過“演變過程”在學(xué)生腦海中形成“心智模型”，為拓展學(xué)生思維打好基礎(chǔ)。

圖10

物理學(xué)科核心素養(yǎng)是物理課程育人價值的集中體現(xiàn)，科學(xué)思維是其重要方面，是基于經(jīng)驗事實建構(gòu)物理模型的抽象概括過程，是物理學(xué)習(xí)的關(guān)鍵能力。在教學(xué)中要通過實驗引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到：物理學(xué)研究需要建構(gòu)模型，在理解物理模型的基礎(chǔ)上，會用模型分析、解決物理和生活問題。在建構(gòu)、使用模型時，充分體會物理模型的重要作用，提高學(xué)生的科學(xué)思維能力。