姚中化

(深圳市教育科學(xué)研究院 廣東 深圳 518029)

物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)需建立在深入理解物理學(xué)科本質(zhì)的基礎(chǔ)上得以實(shí)現(xiàn);而物理本質(zhì)又常常隱藏在復(fù)雜的現(xiàn)象和關(guān)聯(lián)之中.如何精準(zhǔn)定位物理本質(zhì),引導(dǎo)學(xué)生尋找物理本質(zhì)的最簡(jiǎn)之路?在教學(xué)策略上如何通過(guò)“通俗化”“形象化”“拆解化”“可視化”“情境化”等手段降低思維難度,實(shí)現(xiàn)復(fù)雜問(wèn)題“簡(jiǎn)單化”?

1 語(yǔ)言“通俗化”

高中物理知識(shí)的理論性和系統(tǒng)性較強(qiáng),根據(jù)認(rèn)知心理學(xué),課堂教學(xué)中,需要結(jié)合學(xué)生的認(rèn)知水平,將那些深?yuàn)W的理論巧妙地轉(zhuǎn)化為淺顯的知識(shí),化晦澀為暢達(dá)、化深?yuàn)W為淺顯,將抽象的問(wèn)題直觀化,才能真正形成學(xué)生認(rèn)知的一部分.

例:用兩個(gè)物理量之比定義一個(gè)新物理量的方法,是中學(xué)物理常用的方法.雖然學(xué)生在初中階段已經(jīng)接觸過(guò)以兩個(gè)或多個(gè)物理量之比定義一個(gè)新的物理量的方法,但是,用該方法定義不同的物理量時(shí),對(duì)學(xué)生思維轉(zhuǎn)化要求較高,多數(shù)初學(xué)者很難從這種抽象的定義式中深刻領(lǐng)悟每個(gè)具體概念的物理意義.

上述例1是現(xiàn)行新教材中用兩個(gè)物理量電場(chǎng)力F與試探電荷的電荷量q之比定義電場(chǎng)強(qiáng)度這個(gè)概念的一段描述,這種簡(jiǎn)化的、經(jīng)典的定義方法,使教材內(nèi)容的呈現(xiàn)更加簡(jiǎn)潔、嚴(yán)謹(jǐn),但缺乏宜讀性.

為了幫助初學(xué)者理解概念的物理意義,在實(shí)際課堂教學(xué)中,在保證科學(xué)性前提下,需要先舍棄其部分嚴(yán)謹(jǐn)性,創(chuàng)設(shè)物理情境,抓住主要問(wèn)題和問(wèn)題的主要方面,通過(guò)通俗的語(yǔ)言,對(duì)比分析,引導(dǎo)學(xué)生探究電場(chǎng)強(qiáng)度概念的建立過(guò)程,再逼近真理,逐步得出電場(chǎng)強(qiáng)度的科學(xué)定義.例如下面的真實(shí)教學(xué)設(shè)計(jì)片段.

案例：如圖1所示,在電荷Q電場(chǎng)的空間,有A、B兩點(diǎn),為了比較A、B兩點(diǎn)的強(qiáng)弱,可以用同一個(gè)試探電荷在A、B兩點(diǎn)受力大小進(jìn)行比較.

圖1 案例情境圖

然而,如果在A點(diǎn)放置一個(gè)電荷量是8單位的試探電荷,受力是40單位,而在B點(diǎn)放置一個(gè)2單位試探電荷,受力是6單位,那么,又如何合理地比較這兩點(diǎn)的強(qiáng)弱?(學(xué)生思考)

師:帶電荷量多的試探電荷受力大,帶電荷量少的試探電荷受力小,是否受力大的地方場(chǎng)強(qiáng)就大?

提示:為此,需要一個(gè)“公平”的比較方式,即分析在試探電荷上平均每一個(gè)單位電荷受力的大小.

于是就用F與q的比值,表示該處電場(chǎng)的強(qiáng)弱——電場(chǎng)強(qiáng)度.

在抽象的新概念建立過(guò)程中,擺脫對(duì)教材的過(guò)度依賴,通過(guò)“通俗化”的語(yǔ)言,幫助學(xué)生將晦澀的專業(yè)術(shù)語(yǔ)“翻譯”為 “直白”表達(dá)方式,也不失為“變復(fù)雜為簡(jiǎn)單”的一條途徑.

2 巧設(shè)類比 化抽象為形象

將抽象的問(wèn)題通過(guò)各種教學(xué)手段,使之“可視化”,實(shí)現(xiàn)“簡(jiǎn)單化”,便于學(xué)生的理解和記憶.例:能量觀念是物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要觀念之一,“功能關(guān)系”貫穿高中物理學(xué)習(xí)的全過(guò)程,也是高中物理幾大知識(shí)板塊(力、熱、電、光、原 )的一條“主線”.很多中學(xué)生對(duì)“功能關(guān)系”不能深入理解,尤其是對(duì)多個(gè)研究對(duì)象參與的復(fù)雜物理過(guò)程.

【例2】板塊模型:如圖2所示,物塊A以某一初速度在木板B上滑動(dòng),通過(guò)摩擦力帶動(dòng)木板B運(yùn)動(dòng).比較摩擦力對(duì)A、B所做功大小及A、B的動(dòng)能改變量的關(guān)系.

圖2 例2題圖

以上模型類比為如圖3所示情境,二者類比如表1所示.

表1 板塊模型類比

圖3 板塊模型可視化類比情境

若研究對(duì)象增多,且物理情境再?gòu)?fù)雜些,如圖4所示,木板B運(yùn)動(dòng)過(guò)程中撞擊到物體C,全過(guò)程中有水平拉力F作用在物塊A上,且地面不光滑,則可進(jìn)行圖5所示類比,這樣,將不可視的抽象物理過(guò)程通過(guò)類比實(shí)現(xiàn)“可視化”,從而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的物理過(guò)程“簡(jiǎn)單化”.

圖4 多物體復(fù)雜情境

圖5 復(fù)雜情境類比

3 破解原理 拆解過(guò)程

高考評(píng)價(jià)要求“加強(qiáng)閱讀能力的考查,考生需具備獲取信息、加工處理信息的能力,通過(guò)理解文本、符號(hào)、圖形、表格等,透過(guò)現(xiàn)象看到本質(zhì),發(fā)現(xiàn)蘊(yùn)含的規(guī)律或原理”.由于物理題呈現(xiàn)的篇幅過(guò)于精簡(jiǎn),考生往往會(huì)出現(xiàn)“讀不懂題”的現(xiàn)象.提高物理學(xué)科閱讀能力,首先需要實(shí)現(xiàn)“文字符號(hào)向物理情境的轉(zhuǎn)化”.

圖6 例3題圖

在筆者之前的一線教學(xué)中,曾經(jīng)對(duì)該題進(jìn)行過(guò)常規(guī)方法的習(xí)題講授——根據(jù)物理情境,運(yùn)用規(guī)律,一步步求解.一節(jié)課下來(lái),通過(guò)反饋:學(xué)生雖然認(rèn)可筆者的解題過(guò)程,承認(rèn)解題的每一步過(guò)程都很嚴(yán)謹(jǐn),但是,他們自己卻很茫然于老師為何能想到要運(yùn)用那一系列的物理規(guī)律來(lái)求解,對(duì)筆者布置的課后鞏固訓(xùn)練題仍然無(wú)從下手.說(shuō)明這節(jié)課的教學(xué)效果極為不理想.

通過(guò)教學(xué)反思,筆者得出結(jié)論:由于該題干過(guò)于簡(jiǎn)練,文字描述的邏輯關(guān)系過(guò)于隱含,其情境的復(fù)雜程度超出了班級(jí)多數(shù)學(xué)生的分析能力,大部分學(xué)生有讀“穿越劇”的感覺(jué),難以找到其內(nèi)在的因果關(guān)系.在習(xí)題講解中,需要教師幫助學(xué)生“拆解”題干,顯化物理情境,將復(fù)雜的物理關(guān)系逐層剖解,合理的“搭梯子”,充分獲取文字信息,再進(jìn)行“組合”.在另一個(gè)班級(jí)的習(xí)題分析中,筆者做了以下改進(jìn).

下面是筆者曾經(jīng)在一線教學(xué)中的一次真實(shí)教學(xué)片段記錄.

師:如圖7所示,一個(gè)光滑半球形的物體,開(kāi)口向下平放,在上面自然放置一個(gè)小球,小球能否靜止在上面?

圖7 光滑半球上自然放置一個(gè)小球

生:不能.

師:如何才能讓小球靜止在半球上?

生:可以對(duì)小球加一個(gè)外力.

師:如果加一個(gè)指向半球軸的合適的水平外力,可否使小球靜止?

生:可以.

師:如果加一個(gè)豎直方向的磁場(chǎng),小球能否得到一個(gè)指向半球軸的水平力?

生:需要小球帶電,并且沿著正確的方向旋轉(zhuǎn),半球絕緣.

師:如果外加磁場(chǎng)較弱,小球能否在水面內(nèi)旋轉(zhuǎn)?

生:根據(jù)f洛=qBv只要速率v足夠大,洛倫茲力也隨之增大,可以實(shí)現(xiàn).

生:需要磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小B滿足一定條件.

教師提示:以小球所在位置的切斜面對(duì)小球進(jìn)行受力分析(豎直方向受力平衡,水平方向,洛倫茲力和彈力的分力提供向心力),列方程組求解.

在第二個(gè)班級(jí)的教學(xué)反饋中,學(xué)生普遍反映“是真的理解了”,通過(guò)同一個(gè)課后練習(xí)題的反饋,教學(xué)效果大幅提升.

結(jié)合物理原理,幫助學(xué)生將復(fù)雜的物理現(xiàn)象,拆解為一個(gè)個(gè)簡(jiǎn)單的物理過(guò)程.再引申拓展,多角度剖析,多方法解答,科學(xué)架構(gòu),幫助學(xué)生找到現(xiàn)象、知識(shí)之間的內(nèi)在邏輯關(guān)系,將看似紛繁復(fù)雜的物理知識(shí)體系化、完整化,再將“簡(jiǎn)單化”的物理問(wèn)題回歸到合理的認(rèn)知高度,提升學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力,培養(yǎng)科學(xué)的思維方式,形成系統(tǒng)化知識(shí)和能力體系.

綜上所述,不管在新授課、復(fù)習(xí)課、習(xí)題課講解過(guò)程中,采用上述策略以“簡(jiǎn)單化”切入,使原本“看不見(jiàn)”“摸不著”“聽(tīng)不懂”“解不出”的復(fù)雜問(wèn)題,突然變得“簡(jiǎn)單”起來(lái).應(yīng)當(dāng)指出的是,高中物理教學(xué)過(guò)程,對(duì)教師和學(xué)生的個(gè)人因素具有較大的依存性,我們需要正視學(xué)生的個(gè)體差異和學(xué)能體現(xiàn),堅(jiān)持教學(xué)的針對(duì)性原則,結(jié)合學(xué)生的思維特征,俯下身去,設(shè)身處地,了解他們的心理需求,改進(jìn)物理教學(xué)方式,把“復(fù)雜”的物理問(wèn)題“簡(jiǎn)單化”,才能在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和學(xué)科能力,凸顯物理學(xué)科對(duì)提高學(xué)生核心素養(yǎng)的獨(dú)特作用,幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)終身發(fā)展.