劉長燦

廣東番禺中學，廣州 511483

物理學科核心素養(yǎng)的培育是物理學科育人價值的集中體現。探索有效課堂教學方法，培育物理學科核心素養(yǎng)，落實物理學科育人功能是推動課程改革走向深入的關鍵，是當前教學改革迫切需要解決的問題。普通高中物理課程應該在義務教育的基礎上，進一步促進學生物理學科核心素養(yǎng)的養(yǎng)成和發(fā)展［1］。推進普通高中育人方式的改革要求深化課堂教學方法，探索基于情境問題導向的互動式、啟發(fā)式、探究式、體驗式的課堂教學方法［2］，促進學生系統(tǒng)地掌握各學科基礎知識、基本技能、基本方法，培養(yǎng)他們正確的價值觀念、必備品格和關鍵能力。

1 情境探究教學法

情境探究教學法是華南師范大學張軍朋教授團隊提出的一種教學方法。該教學法是在情境中發(fā)現問題，在體驗探究中建構概念、發(fā)現規(guī)律，在應用中與實際、社會聯(lián)系起來的一種教學法。它由情境與問題、引導與探究、應用與拓展、感悟與升華四個教學環(huán)節(jié)組成，與當前物理課程改革的要求一致［3］。

首先，教師創(chuàng)設真實情境，提出有效驅動問題。然后，引導學生經歷探究過程，通過師生互動激發(fā)學生思維，幫助其建立物理概念規(guī)律。第三，教師引導學生利用物理概念規(guī)律解決生產實踐中遇到的真實問題。最后，學生在探究和應用物理原理的過程中感悟思維方法，形成物理觀念，培養(yǎng)科學態(tài)度與責任。情境探究教學法的四個教學環(huán)節(jié)滿足培育學生物理學科核心素養(yǎng)的四個要素。該教學方法讓學生在真實情境中建立物理觀念，在探究過程中培養(yǎng)科學探究能力，在應用拓展中發(fā)展科學思維，在學知識過程中內化方法、感悟思想、培養(yǎng)科學態(tài)度與責任。

情境探究教學法從重視結果向重視過程轉變，從獲得知識向培養(yǎng)關鍵能力轉變，從知識本位向學科育人轉變。通過情境創(chuàng)設、問題引導來激發(fā)學生的探究動機，體現以學生為中心的人本主義心理學的基本要求。從探究中體驗知識獲得的過程，體現認知心理學的基本要求。

2 運用情境探究教學法落實學科育人功能

2.1 運用教材資源育人

教材是師生教與學的載體，是課程標準最直接的體現，也是學生最主要的學習工具，是最便捷的知識獲取途徑。充分發(fā)揮教材資源的價值，有助于落實學科育人功能。

共點力的平衡是高中物理必備知識，是高一物理的重點內容。課程標準要求：能用共點力平衡條件分析生產生活中的問題?！皸l件”是作為結論記住，還是經歷知識的構建過程來獲得呢？ 顯然，不同的理解會有不同的教學設計和教學過程，而不同的教學設計和教學過程在育人方面的作用和價值是不同的。

【情境與問題】 如圖1 所示，燈籠被一根繩子懸吊并處于靜止狀態(tài)，繩子拉力F 與重力G 平衡。在圖2 中，招牌被兩根繩子吊著也處于靜止狀態(tài)。此時，兩根繩子的作用力F1，F2與重力G之間存在著怎樣的關系？

圖2 兩根繩子懸吊招牌

【引導與探究】

引導學生猜想：F1，F2和G 的關系？ 將F1，F2合成，合力大小會不會與G 等值反向？

引導：如何證明你的猜想？

實驗設計方案：探究三力作用下物體平衡條件的實驗。提供匯力圓環(huán)、三根細繩、三個彈簧測力計、白紙、直尺等工具。同學之間合作，探究三力作用下物體平衡的條件。

探究：學生分組開展探究活動，收集證據。

交流：學生討論其觀測到的實驗現象和收集到的證據，形成結論，并用物理語言準確表述出來。

結論：三力作用下物體處于平衡，任意兩個力的合力與第三個力等值反向，合外力為零。

【應用與拓展】

應用：應用所學知識，回應導入問題，闡述招牌受到兩根繩子的作用力F1，F2與重力G 的關系。如圖3 所示，將F1，F2沿力的作用線延長并與重力作用線交于重心，用平行四邊形定則合成F1，F2，得到的F 與G 等值反向。

圖3 招牌在三力作用下平衡

拓展：如果物體在N 個力的作用下處于平衡，這N 個力之間存在怎樣的關系呢？ 三力平衡的研究思路是通過力的合成，用任意兩個力的合力替代這兩個力，將三力平衡問題轉化為二力平衡問題，合外力為零。同理，可以將任意兩個力合成一個力，將N 個力作用下的平衡問題轉化為（N－1）個力作用下的平衡問題，通過多次合成直到轉化為二力平衡問題，合外力為零。所以，通過實驗證明了三力作用下的平衡條件是合力為零，再通過科學推理推廣到N 個力作用下物體平衡條件是N 個力的合力為零。

【感悟與升華】 研究問題從簡單逐步過渡到復雜。找準關鍵問題，三力平衡和二力平衡有本質區(qū)別，三力平衡下三個力的方向不一定在一條直線上，而二力平衡下兩個力在同一直線上。所以，將任意兩個力合成為一個力后，用來替代的合力能否與第三個力平衡需要實驗驗證。但是，證明了三力平衡以后，四力、五力或更多力作用下物體平衡就不需要再驗證了，僅僅需要增加合成（替代）的次數，多次轉化和一次轉化沒有本質的區(qū)別。需要實驗去證明關鍵問題，其他步驟可以通過科學推理完成。

2.2 運用實驗資源育人

物理是以實驗為基礎的學科，實驗探究是研究物理的重要方法。學生在課堂上經歷科學探究過程，對培養(yǎng)科學的探究方法與探究習慣、培育科學思維方法、發(fā)揮學科育人功能有著不可或缺的作用。

驗證機械能守恒定律是高中物理必做實驗，它在理解機械能守恒定律、提高科學探究能力、培養(yǎng)科學思維素養(yǎng)、建立守恒觀念等方面有著重要作用。機械能守恒的條件是只有重力和彈簧彈力做功。中學階段，一般用落體法驗證機械能守恒，重力勢能的減少量總是略大于動能的增加量。這是由于重物和紙帶在下落過程受到空氣阻力和摩擦阻力的作用。即便是改用光電門裝置和數字計時器測量速度，重物下落時仍有空氣阻力作用。實驗結論往往表述為“在誤差允許的范圍內，重力勢能的減少量等于動能的增加量，機械能守恒”。在實驗數據不能完全佐證結論的情況下，“在誤差范圍內”的表述總有“硬塞”給學生的感覺。雖然重物和紙帶在下落過程中會受到阻力作用是事實，與僅有重力和彈簧彈力做功的守恒條件有差異，但不利于能量守恒觀念的建立和實事求是的科學態(tài)度的培養(yǎng)。

【情境與問題】

情境：在原有落體法基礎上，分析得到重力勢能減少量略大于動能增加量。

問題：請分析重力勢能減少量和動能增加量不相等的原因，機械能守恒定律是否不成立？ 如果答案是否定的，如何改進實驗證明機械能守恒？

【引導與探究】

引導：如果誤差是由于摩擦和空氣阻力引起的，而又無法完全消除阻力的影響，能否設計實驗證明阻力的影響？ 能否逐步減少阻力對實驗的影響？

設計方案：用體積相同的紙錘、木錘和鐵錘作為重物帶動紙帶做落體法實驗。體積相同時，三個重錘下落時受到空氣阻力和紙帶的摩擦阻力相同。但是，紙錘質量最小，鐵錘質量最大（紙錘m紙＝80 g，木錘m木＝150 g，鐵錘m鐵＝200 g）。由可知，相同的阻力對紙錘的加速度影響最大，對鐵錘的加速度影響最小。如果機械能守恒定律成立，則mg△h＝mv2／2－0。作v2／2－△h 圖像，斜率為重力加速度g。相同阻力下，紙錘的斜率與g 相差最大，木錘的斜率與g 逐漸逼近，鐵錘的斜率與g 相差最小。通過實驗作出三張圖即可驗證猜想。

實驗探究：在鐵錘作為重物的基礎上，再用相同體積的紙錘和木錘做落體法實驗，將三次實驗數據描繪在同一個v2／2－△h 坐標中，可直觀地反映出紙錘斜率最小，木錘次之，鐵錘最大，且三者斜率逐漸逼近g［4］，從而獲得實驗結論。

【應用與拓展】

應用：在運動阻力無法消除的情況下，逐漸增大重錘質量，減少阻力對實驗的影響，逐漸逼近理想情況。通過圖像斜率對比，機械能守恒的結論水到渠成。學生對僅有重力和彈簧彈力做功的守恒條件的理解更加深刻。僅用鐵錘做實驗時，重力勢能減少量略大于動能增加量，能作出合理解釋。

拓展：逐漸逼近的科學思維方式和理想實驗的科學研究方法不僅能在本實驗中使用，在之前的學習過程中也已經接觸過。初中階段探究摩擦力對物體運動的影響實驗中，讓滑塊從同一高度釋放，分別在毛巾、棉布和木板上滑行，滑行距離越遠說明接觸面越光滑，物體受到的摩擦力越小。雖然無法在絕對光滑的接觸面上做實驗，但通過逐漸逼近的思想可以推斷物體在絕對光滑接觸面上運動時將不受摩擦力作用。高一學習牛頓第一定律時，伽利略通過逐漸減小上升斜面的傾角，使小球在斜面上運動的距離越來越遠，來說明物體有保持原來運動狀態(tài)的性質。

【感悟與升華】 實驗采用了逐漸逼近的科學思維方式和理想實驗的科學研究方法。在學生經歷實驗探究活動后，通過師生交流，提煉學習物理的科學思維方式和科學研究方法，有助于學生遷移能力的增強、科學思維和科學探究素養(yǎng)的培養(yǎng)。

2.3 運用習題資源育人

習題是學生常用的學習資源，習題中的情境、素材、解決問題的方法等也蘊含著很多有價值的育人素材。教學過程中，利用好習題資源可以顯化習題育人價值，對提高學科育人功能有重要作用。

圖像是重要的物理語言，但不少剛升入高一的學生無法將圖像與實際情境結合在一起，感覺物理圖像抽象難懂。課程標準要求能用圖像等方法描述勻速直線運動并解決問題。在本章學習中，如果能通過創(chuàng)設真實情境，讓學生體驗圖像與情境的轉換，經歷圖像的應用過程，就能克服其學習物理的畏懼心理，提高其學習興趣并激發(fā)學習的內在驅動力。

【情境與問題】

情境：三輛汽車以相同的速度v0通過路旁的一根電燈柱。甲車先加速后減速，當經過下一根電燈柱時速度也是v0； 乙車以速度v0一直勻速通過兩根電燈柱；丙車以速度v0先減速后加速，經過下一根電燈柱時速度也是v0。

問題：哪輛汽車最先到達下一根電燈柱？

【引導與探究】

不少高一學生認為三輛汽車初末速度都相等，同時到達下一根電燈柱。也有學生認為勻速運動的乙車沒有減速運動過程，乙車最快到達。只有少部分學生認為甲車最先到達。

引導：由于兩根電燈柱的距離相等，比較三者的平均速度就可以比較它們的運動時間。除初末位置外，甲車瞬時速度一直大于v0，所以甲車的平均速度大于v0；乙車速度一直等于v0，所以乙車的平均速度等于v0；丙車瞬時速度一直小于v0，所以丙車的平均速度小于v0。故經過相同的位移，甲車運動時間最短，乙車次之，丙車最長，即t甲＜t乙＜t丙。由于高一學生剛剛接觸瞬時速度和平均速度的概念，對其理解不透徹，即使經過以上分析引導，有些學生還是半信半疑。

為了打消學生的疑慮，引導學生進行實驗探究。將學生分成三組，在操場上選取一段約20 m的平直跑道，甲組模擬甲車先加速后減速，乙組模擬乙車一直勻速，丙組模擬丙車先減速后加速。設法讓三組學生同時經過起點，且經過起點和終點時速度大致相等，讓三組學生觀察誰最先到達終點。經過親身體驗，學生很容易發(fā)現t甲＜t乙＜t丙。

【應用與拓展】

應用：學生在操場體驗以后，將三組學生的運動過程畫成v－t 圖像（圖4）。聯(lián)系勻速直線運動的乙車，其位移s＝vt，即位移由v－t 圖像與橫軸所圍成的面積來表示。由于兩根電燈柱的距離相等，所以三個圖像與橫軸所圍面積相等時，汽車到達第二根電燈柱。根據v－t 圖像，容易判斷甲車的橫坐標最短，丙車的橫坐標最長，t甲＜t乙＜t丙。

圖4 三組學生的運動v－t 圖像

拓展：若三輛汽車經過相同的運動時間，則先加速后減速的汽車運動位移最長，而先減速后加速的汽車運動位移最短。

【感悟與升華】

感悟：三輛汽車的運動猶如學生進入高中學習的三種心態(tài)。學生進入同一所高中，起點幾乎相同。但甲類學生從進入高中第一天就以不斷進步（先加速）的姿態(tài)對待學習，乙類學生不緊不慢按部就班（一直勻速），丙類學生認為經歷了艱苦的中考，稍作休息懈怠一下（先減速），等高三再努力。經過三年的學習時間，甲類學生盡管高三時稍有松懈，但已經有較好的學習基礎，他們大多能獲得較好的學習效果；乙類學生學習效果中等；丙類學生學習效果最不理想。通過以上習題解決和體驗過程，鼓勵高一入學的學生拼搏奮斗，以昂揚的姿態(tài)投入到高中學習中來。

升華：學習物理與做人做事是一致的。有的人永遠保持著沖刺的姿態(tài)面對學習和生活，有的人滿足現狀不緊不慢，有的人取得一定成績后便懈怠。經歷一段時間以后，相同基礎的三類人就得到截然不同的結果。面對學習、工作和生活，保持積極進取、昂揚拼搏的姿態(tài)才能在有限的時間內取得最好的效果。學知識、悟道理，除了科學道理外，還包括做人做事的道理。在學習物理知識的過程中，培養(yǎng)陽光、進取、自信、自強、堅毅、勇敢的品格，成為學生應對個人終身發(fā)展和社會發(fā)展所必備的品格。

3 總結

教知識，學方法，悟思想。知識僅是育人的載體，培養(yǎng)思考問題的方法、感悟物理學科思想、提高解決問題能力、發(fā)展學科核心素養(yǎng)才是育人的根本目的。情境探究教學法重視創(chuàng)設貼近生產生活的實踐情境，通過問題引導讓學生體驗學習過程，帶領學生像科學家一樣經歷知識的構建過程，并在學習體驗過程中感悟道理、內化品質、提升能力。情境探究教學法逐步培養(yǎng)學生將所學知識形成的能力遷移到新領域中，落實物理學科育人功能。