姜棟強(qiáng)

(江蘇省南通市海門區(qū)中小學(xué)教師研修中心,江蘇 南通 226100)

常態(tài)化的物理課堂如何成為核心素養(yǎng)生長(zhǎng)課堂,這一問題在教學(xué)實(shí)踐中不時(shí)會(huì)困擾教師。還是原來那些熟悉的物理概念和規(guī)律,還是原來的施教者,有很多課堂設(shè)計(jì)看起來往往都大同小異,如何把學(xué)生核心素養(yǎng)的生長(zhǎng)變成新常態(tài),需要我們關(guān)注重點(diǎn)環(huán)節(jié),探索關(guān)鍵路徑。

核心素養(yǎng)生長(zhǎng)的一些重點(diǎn)環(huán)節(jié)可能是我們以前不怎么重視的教學(xué)細(xì)節(jié),核心素養(yǎng)生長(zhǎng)的關(guān)鍵路徑需要教師用心觀察、探索,需要花一些精力,在“同”中求“小異”?！靶　笔且?yàn)椴恍枰處熁ㄙM(fèi)大量的時(shí)間和精力去準(zhǔn)備,不一定要設(shè)計(jì)“高大上”的實(shí)驗(yàn)和活動(dòng),而是在細(xì)節(jié)上不斷優(yōu)化?！爱悺笔峭怀鲋呛兔?利用不同的問題、不同的情境還原學(xué)生思維生長(zhǎng)的歷程。筆者以“機(jī)械能與內(nèi)能的相互轉(zhuǎn)化”教學(xué)為例,優(yōu)化細(xì)節(jié),就“小”求“異”,探索物理教學(xué)中核心素養(yǎng)常態(tài)化生長(zhǎng)的關(guān)鍵路徑。

1 在“看”的細(xì)節(jié)中扎根情智,生發(fā)核心素養(yǎng)

在常態(tài)物理教學(xué)中教師都會(huì)創(chuàng)設(shè)一定的情境,一般是演示實(shí)驗(yàn)、生活現(xiàn)象的呈現(xiàn)等,主要指向興趣的激發(fā)和思維的啟迪。筆者在這節(jié)課的導(dǎo)入中沒有采用“汽車高速行駛后輪胎溫度會(huì)升得很高”和“燃料燃燒使汽車發(fā)動(dòng)機(jī)工作”的圖片,因?yàn)檫@種圖片資源略顯單薄,對(duì)學(xué)生的興趣激發(fā)和思維啟迪缺少震撼力度,也沒有采用“賽車飛馳漂移冒煙”視頻,雖然這個(gè)視頻中的“冒煙”效果直指本節(jié)課的學(xué)習(xí)主題,但是“冒煙”的背后存在“危險(xiǎn)駕駛”的誤導(dǎo)或誘導(dǎo)。本課采用以下兩種途徑來導(dǎo)入。

(1) 課前循環(huán)播放我國(guó)“神舟號(hào)”回收艙定點(diǎn)著落視頻。提前做好視頻剪輯,并配上激昂的背景音樂,重點(diǎn)突出“中國(guó)元素”“摩擦起火”“國(guó)防教育”“展望未來”四個(gè)方面,無需太多講解。學(xué)生在觀看過程中,最直接的感受就是回收艙著落過程中與大氣摩擦起火,而這個(gè)感受直接與今天的主題密切相關(guān),而且其他三個(gè)方面會(huì)隱性滲透強(qiáng)國(guó)自豪感、邊防戰(zhàn)士使命感、航天夢(mèng)想等。

(2) 在課堂開始,教師呈現(xiàn)如圖1所示的斯特林蒸汽小汽車,點(diǎn)燃外置的酒精燈,汽車很快就在講臺(tái)上運(yùn)動(dòng)起來。結(jié)合實(shí)物和電腦屏幕上的實(shí)物投屏,學(xué)生感受到兩個(gè)細(xì)節(jié)：一個(gè)是酒精燃燒,另一個(gè)是汽車動(dòng)了起來。此時(shí),教師借助學(xué)生實(shí)實(shí)在在觀察到的現(xiàn)象提出問題：汽車為什么會(huì)動(dòng)起來?這個(gè)導(dǎo)入取代了單調(diào)的圖片導(dǎo)入,引發(fā)學(xué)生基于觀察的思考,也為后續(xù)學(xué)習(xí)埋下了“同”中求“異”的伏筆。“同”是開啟了本節(jié)課學(xué)習(xí)的核心知識(shí)“內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械”的應(yīng)用,即熱機(jī),“異”是這是一款“外燃機(jī)”,這個(gè)差異可以引發(fā)學(xué)生將其與“內(nèi)燃機(jī)”進(jìn)行對(duì)比,引發(fā)思考：如何提高效率、增大動(dòng)力?

圖1

每節(jié)課的情境導(dǎo)入都要追求趣味性和教育性(圖2)。趣味性是要迎合學(xué)生的興趣點(diǎn),集奇、妙、趣、智等為一體,對(duì)接學(xué)生的思維點(diǎn)和本節(jié)課的核心概念,并引領(lǐng)學(xué)生的思考,而這一切都是為了助推科學(xué)探究活動(dòng)的開展。教育性是導(dǎo)入內(nèi)容本身能很好地彰顯本課的教育價(jià)值,同時(shí)更能引發(fā)學(xué)生對(duì)導(dǎo)入內(nèi)容的觀察、思考、猜想等,以物理學(xué)科的魅力驅(qū)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)、思考,同時(shí)能自然融入本節(jié)課所蘊(yùn)含的“科學(xué)態(tài)度與價(jià)值”元素。

圖2

2 在“試”的細(xì)節(jié)中獲得體驗(yàn),促進(jìn)核心素養(yǎng)的成長(zhǎng)

物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)課程,實(shí)驗(yàn)的主體是學(xué)生。[1]為此,在初中物理教學(xué)中,我們要盡可能讓學(xué)生體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的過程,無論是演示實(shí)驗(yàn)還是分組實(shí)驗(yàn),學(xué)生只有經(jīng)歷了實(shí)驗(yàn)的過程,才能感受實(shí)驗(yàn)操作背后的緣由,也只有切實(shí)體驗(yàn)了實(shí)驗(yàn)的成功與失敗,學(xué)生才能深刻理解實(shí)驗(yàn)的價(jià)值與意義。在這節(jié)課中,空氣壓縮引火儀有其特殊的價(jià)值與意義,這種價(jià)值來自于我們對(duì)裝置的內(nèi)涵價(jià)值的挖掘與引導(dǎo),在“空氣壓縮引火儀”的實(shí)驗(yàn)中,我們采用了以“失敗”代替“成功”的曲折方式。

將空氣壓縮引火儀分發(fā)給每組學(xué)生,引導(dǎo)學(xué)生參照教材要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn),并提示學(xué)生注意實(shí)驗(yàn)安全。這個(gè)實(shí)驗(yàn)通常會(huì)呈現(xiàn)三種結(jié)果：第一種結(jié)果是沒有出現(xiàn)預(yù)期現(xiàn)象,這部分學(xué)生沒有認(rèn)真閱讀操作說明,沒有明白到底該怎么操作、注意什么。第二種結(jié)果如圖3甲所示,大部分學(xué)生得到了“冒煙”的效果,給學(xué)生的感覺就是溫度升高了,內(nèi)能增加了。第三種結(jié)果如圖3乙所示,由少部分學(xué)生做成,這個(gè)現(xiàn)象非常震撼,會(huì)激活學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。為此,教師請(qǐng)得到第三種結(jié)果的學(xué)生帶著器材上來再次實(shí)驗(yàn),并請(qǐng)學(xué)生介紹成功的心得,而學(xué)生的心得會(huì)鎖定下列關(guān)鍵詞：速度要快、用力要猛、底座要穩(wěn)。由此達(dá)成了兩個(gè)教學(xué)效果：(1) 呈現(xiàn)了“機(jī)械能可以轉(zhuǎn)化為內(nèi)能”的實(shí)證;(2) 使學(xué)生認(rèn)識(shí)到：機(jī)械能越大,轉(zhuǎn)化的內(nèi)能也越大。

圖3

但是,學(xué)生拿著原來的器材上臺(tái)演示時(shí),成功的概率很低,給學(xué)生一種“失敗”的感覺,而這種失敗卻是一種珍貴的教學(xué)資源。為了讓每位學(xué)生經(jīng)歷這種“敗中求進(jìn)”的體驗(yàn),在不斷改進(jìn)中感悟技巧,并為后續(xù)的改進(jìn)“內(nèi)燃機(jī)”的設(shè)計(jì)作鋪墊,我們結(jié)合具體的慢動(dòng)作和問題,讓學(xué)生尋求失敗背后的原因,需要關(guān)注以下細(xì)節(jié)。

細(xì)節(jié)1：壓縮儀內(nèi)由于前期的點(diǎn)燃,氧氣濃度降低,如果沒有將活塞拔出的話,很難讓小棉絮再次點(diǎn)燃。

問題1：壓縮活塞是為了獲得什么能?

此時(shí)結(jié)合學(xué)生的回答生成板書：“壓縮”,學(xué)生知道要獲得內(nèi)能,必須先提供機(jī)械能,為后續(xù)的壓縮沖程服務(wù)。

問題2：剛才能夠壓縮點(diǎn)燃小棉絮,為什么現(xiàn)在不能點(diǎn)燃了呢?小棉絮燃燒除了要達(dá)到著火點(diǎn)外,還需要消耗什么?該怎么操作才能讓缺失的氧氣得到補(bǔ)充呢?

此時(shí)結(jié)合學(xué)生的回答生成板書：“吸氣”,學(xué)生知道此時(shí)的吸氣是為了吸收氧氣,為后續(xù)的吸氣沖程服務(wù)。

細(xì)節(jié)2：上臺(tái)展示的學(xué)生再次實(shí)驗(yàn)時(shí)沒有達(dá)到圖3乙的效果,于是將活塞移至上端后繼續(xù)反復(fù)按壓,這種按壓并沒有吸入新的氧氣,而是產(chǎn)生了很多的尾氣,尾氣沒有排出,導(dǎo)致氧氣嚴(yán)重不足,成功概率更低。

問題1：反復(fù)按壓能讓氧氣進(jìn)來嗎?但是按壓時(shí)都冒煙了,說明燃燒不充分,怎樣才能讓生成的尾氣排出呢?

此時(shí),結(jié)合這一細(xì)節(jié)和學(xué)生的回答,生成板書：“排氣”,為后續(xù)的排氣沖程打下了鋪墊,學(xué)生也知道這是排出了廢氣。

問題2：你現(xiàn)在知道怎么改進(jìn)實(shí)驗(yàn)操作細(xì)節(jié)了嗎?再試一試。

細(xì)節(jié)3：凡士林一方面有防止漏氣的作用,另一方面還有潤(rùn)滑的效果,學(xué)生初次遇到,不知道它的作用。

問題3：加了凡士林后,同學(xué)們?cè)趯?shí)驗(yàn)時(shí),有什么感受?你覺得為什么會(huì)這樣?在工作的過程中,加了凡士林不僅讓活塞運(yùn)動(dòng)順暢,還有什么好處?

這對(duì)后續(xù)“熱機(jī)”發(fā)展歷程中的相關(guān)討論起到鋪墊的作用,一方面是密封的重要性,另一方面也感受到“潤(rùn)滑效果”,將提升熱機(jī)的動(dòng)力,減少能量損耗。

科學(xué)探究和科學(xué)思維是物理學(xué)科核心素養(yǎng)的兩個(gè)重要方面,若沒有深入的科學(xué)探究,就不可能促進(jìn)科學(xué)思維的充分生長(zhǎng),然而,如果沒有科學(xué)思維的充分生長(zhǎng),也不能保證科學(xué)探究的有效開展。

3 在“做”的細(xì)節(jié)中拓展思維,提升核心素養(yǎng)

“做中學(xué)”不僅僅是單純做,還需要?jiǎng)幽X,并在不同維度、不同細(xì)節(jié)上優(yōu)化、改進(jìn),只有通過“做中學(xué)”,學(xué)生才能收獲新的認(rèn)知和生長(zhǎng)。為此,本節(jié)課深入回歸了“做的細(xì)節(jié)”。

3.1 做中思

在空礦泉水瓶中噴入少量酒精,蓋上蓋子用力扭擠,快速旋開瓶蓋(圖4)。將實(shí)驗(yàn)與問題結(jié)合,挖掘其中的“細(xì)節(jié)”價(jià)值,請(qǐng)學(xué)生結(jié)合實(shí)驗(yàn)思考如下問題。

圖4

(1) 為什么瓶蓋能飛出去,它的機(jī)械能來自于哪里?

(2) 瓶蓋飛出去時(shí),瓶?jī)?nèi)出現(xiàn)了什么現(xiàn)象?為什么會(huì)有這樣的現(xiàn)象?你能想辦法去證明嗎?

(3) 要想讓瓶蓋飛得更遠(yuǎn),你有什么好辦法?

通過以上3個(gè)問題的解決,一是幫助學(xué)生建構(gòu)“內(nèi)能”可以轉(zhuǎn)化為“機(jī)械能”的認(rèn)知。二是學(xué)生發(fā)現(xiàn)瓶?jī)?nèi)有“白氣”,通過分析提出猜想：氣體對(duì)外做功,內(nèi)能減小、溫度降低。引發(fā)學(xué)生的再次分析和思考,想法驗(yàn)證這個(gè)猜想。三是思考獲得更大的機(jī)械能的途徑,一方面引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到：內(nèi)能越多,獲得的機(jī)械能也越多。

3.2 做中比

在上面一個(gè)環(huán)節(jié)問題討論的基礎(chǔ)上,教師給學(xué)生留足 “做”的空間和時(shí)間,并啟發(fā)學(xué)生的進(jìn)一步思考。

3.2.1 讓瓶蓋飛得更遠(yuǎn)

(1) 以用力“按壓”的形式來獲取更多的內(nèi)能,并迅速旋開瓶蓋。

(2) 利用加熱的方式來獲取更多的內(nèi)能(圖5)。

圖5

(3) 采用點(diǎn)火爆炸實(shí)驗(yàn)(圖6)。

圖6

通過“做”和“比”,學(xué)生發(fā)現(xiàn)圖5和圖6所示實(shí)驗(yàn)中橡皮塞和蓋子飛得更遠(yuǎn),而且在圖6所示實(shí)驗(yàn)中只需要少量酒精即可產(chǎn)生非常震撼的效果,為后續(xù)的內(nèi)燃機(jī)再次作鋪墊。另一方面的對(duì)比是圖6和圖4所示實(shí)驗(yàn)中都出現(xiàn)了“白氣”,兩者是否都證明了“氣體對(duì)外做功,內(nèi)能減小”,導(dǎo)致溫度降低而產(chǎn)生了液化現(xiàn)象呢?可繼續(xù)做實(shí)驗(yàn)予以驗(yàn)證。

3.2.2 驗(yàn)證“對(duì)外做功,內(nèi)能減小”

為了檢驗(yàn)“氣體對(duì)外做功,內(nèi)能減小”的猜想,關(guān)鍵在于檢驗(yàn)溫度是否降低。此時(shí)引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),并把自己的想法表達(dá)出來,促進(jìn)學(xué)生發(fā)散性思維、創(chuàng)新思維的發(fā)展。有學(xué)生想到用溫度傳感器來記錄溫度變化,在交流的基礎(chǔ)上,教師采用如圖7所示的氣體對(duì)外做功演示儀進(jìn)行演示,當(dāng)壓縮氣體時(shí),溫度明顯升高,而在活塞飛出去的瞬間,溫度迅速降低。

圖7

3.3 做中融

學(xué)生在課堂上生成的質(zhì)疑是寶貴的教學(xué)資源,需要教師充分引導(dǎo)和激活,以促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維能力的提升。結(jié)合圖4和圖5所示的兩個(gè)相似實(shí)驗(yàn),在瓶蓋(橡皮塞)飛出的瞬間,都出現(xiàn)了白氣,教師追問學(xué)生：“白氣”的出現(xiàn)能說明內(nèi)能減小嗎?結(jié)合圖7所示的實(shí)驗(yàn),通過對(duì)比,學(xué)生發(fā)現(xiàn)圖5中的“白氣”是水沸騰產(chǎn)生的水蒸氣遇冷液化形成的,而不是由于熱蒸氣對(duì)外做功使溫度降低。學(xué)生只有經(jīng)歷了實(shí)驗(yàn)操作、觀察對(duì)比、分析論證才能真正達(dá)成知識(shí)與技能的融通,才能激發(fā)思維的活力。[2]

3.4 做中通

結(jié)合前面的一系列活動(dòng),此時(shí)教師可以用問題鏈激發(fā)學(xué)生思考,并逐漸完善板書。

問題1：如果要獲得持續(xù)不斷的機(jī)械能,服務(wù)于生活生產(chǎn)的話,你能從剛才的實(shí)驗(yàn)中找到什么靈感呢?

學(xué)生回答：需要壓縮氣體(圖4甲),點(diǎn)燃里面的燃料(圖6)。

教師用投影呈現(xiàn)圖8甲。

圖8

問題2：燃料和氣體怎么進(jìn)去呢?燃燒后的廢氣如何處理?

生：像空氣壓縮引火儀一樣,需要有一個(gè)口進(jìn)氣和加入燃料,還要有一個(gè)口來排氣,最好還要加兩個(gè)門來控制“口”的開和關(guān)。

教師用投影呈現(xiàn)圖8乙。

問題3：要使這樣的裝置提供持續(xù)的動(dòng)力,要將活塞一直往下推嗎?該怎么改進(jìn)?

生：可以往復(fù)地推,需要加一個(gè)曲軸和連桿來帶動(dòng)活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

教師用投影呈現(xiàn)圖8丙。

問題4：考慮到連桿與曲軸運(yùn)動(dòng)時(shí)的安全性和整個(gè)裝置的氣密性,[3]我們還需要對(duì)圖8 丙進(jìn)行怎么樣的完善?

生：可以在圖丙的裝置底部加上密封的外殼。

教師用投影呈現(xiàn)圖8丁,最終完成如圖9所示的總結(jié)板書。

圖9

成功固然值得慶幸與自豪,但是成功背后的艱辛和智慧需要每位向往成功的學(xué)生去“重溫”,感慨成功背后的付出,也以此激發(fā)他們的求知欲、求勝欲。在這節(jié)課的教學(xué)中,學(xué)生經(jīng)歷了多次的失敗,而正是這些失敗使學(xué)生感悟良多。

筆者請(qǐng)學(xué)生閱讀“熱機(jī)的發(fā)展歷程”,并思考：如何讓熱機(jī)提供更強(qiáng)大的動(dòng)力?對(duì)接前面所有活動(dòng)的細(xì)節(jié),比如,獲取更大的內(nèi)能、減小摩擦、提高效率等,使學(xué)生逐漸形成能量觀念。

中國(guó)元素、中國(guó)力量是我們這一節(jié)課的落地點(diǎn),在教學(xué)的最后,筆者再次介紹中國(guó)航天成就,既展示中國(guó)航天領(lǐng)先世界的光輝一面,也呈現(xiàn)光輝背后經(jīng)歷的艱辛與失敗,以反映中華兒女的智慧與勤勞。此時(shí),學(xué)生感受到的不僅是自豪,還有榜樣的力量、自己責(zé)任的重大。

4 結(jié)語

常態(tài)課的教學(xué)也許是大同小異的,同的是流程和內(nèi)容,異的卻是教師用心、用智設(shè)計(jì)的“細(xì)節(jié)”,這些細(xì)節(jié)可激活學(xué)生的思維,提升他們的思維品質(zhì),服務(wù)于學(xué)生關(guān)鍵能力的提升、必備品格的健全、價(jià)值觀念的形成,讓學(xué)生擁有走得更遠(yuǎn)的能力。