吳 敏 劉霽華

(1. 江蘇省常州市第二中學(xué),江蘇 常州 213003; 2. 江蘇省常州市教育科學(xué)研究院，江蘇 常州 213001)

物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任構(gòu)成了物理學(xué)科核心素養(yǎng)的4大方面．所以“素養(yǎng)不只是知識與技能,它是在特定情境中、通過利用和調(diào)動心理和社會資源(包括技能和態(tài)度)、以滿足復(fù)雜需要的能力”．要培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng),就要在教學(xué)中立足學(xué)生主體,全面發(fā)展學(xué)生的學(xué)科能力、必備品格和價值觀念．那么在物理課堂上如何體現(xiàn)核心素養(yǎng)培養(yǎng)的要求呢?

1 “學(xué)習(xí)即研究”觀點(diǎn)

“學(xué)習(xí)即研究”觀點(diǎn)”[1]認(rèn)為:科學(xué)學(xué)習(xí)的本質(zhì)是研究,學(xué)習(xí)者就是研究者,學(xué)習(xí)過程就是研究過程．這個過程要依據(jù)學(xué)生的真實(shí)思維、構(gòu)建真實(shí)的情境、以問題為紐帶、實(shí)現(xiàn)過程的體驗(yàn)和和方法的運(yùn)用,并在質(zhì)疑評價中推進(jìn)研究成果的深入和發(fā)展．學(xué)習(xí)的目的包含研究本身,不惟結(jié)論、不拘形式．這一觀點(diǎn)確立了學(xué)生的主體地位,特顯了學(xué)習(xí)的本質(zhì),為當(dāng)前核心素養(yǎng)的培養(yǎng)提供了有效策略．

2 “學(xué)習(xí)即研究”觀點(diǎn)的核心素養(yǎng)培養(yǎng)策略

按照“學(xué)習(xí)即研究”觀點(diǎn),要落實(shí)素養(yǎng)培養(yǎng)的要求,就要用研究的觀點(diǎn)設(shè)計學(xué)習(xí)、用研究的方式組織學(xué)習(xí)、用研究的過程深化學(xué)習(xí)、用研究的文化豐富學(xué)習(xí)．下面以江蘇省高中物理優(yōu)課一等獎《動量 動量定理》為例來談?wù)劇皩W(xué)習(xí)即研究觀點(diǎn)”下的具體的做法,以期和同行們共同交流．

2.1 體現(xiàn)研究的選擇性——回歸物理學(xué)的學(xué)科本質(zhì)

素養(yǎng)培養(yǎng)的課堂,要選擇能促進(jìn)素養(yǎng)發(fā)展的內(nèi)容在課堂開展討論,這里最重要的途徑就是回歸本質(zhì)．本質(zhì)中包含著理性思維的魅力、過程與方法的精妙、求真求美的精神,是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度等核心素養(yǎng)的最重要素材．只有在本質(zhì)中才能體驗(yàn)科學(xué)思維的過程、促進(jìn)物理觀念的形成,在知識層面則由知道上升為領(lǐng)悟．但本質(zhì)具有隱蔽性、復(fù)雜性、抽象性,對本質(zhì)的學(xué)習(xí)需要教師的挖掘和設(shè)計．如本節(jié)選擇的“動量是矢量”的教學(xué)設(shè)計如下.

師:動量是矢量還是標(biāo)量?(研究問題1)

生:矢量,因?yàn)樗俣仁鞘噶浚?此時學(xué)生處在“知道”的水平)

師:為什么動量定義成質(zhì)量與速度的乘積?為什么不像動能那樣,v指的是速度的大小呢?

生:……(疑惑,在本質(zhì)性的問題面前產(chǎn)生了思維沖突,引發(fā)了問題的研究)

師:展現(xiàn)二維碰撞的實(shí)驗(yàn)視頻和合成的頻閃照片(圖1)．引導(dǎo)學(xué)生理解在時間間隔相等的情況下用距離來替代速度的大小,從而計算出碰撞前后的動量,畫出動量的圖示(圖2),很快就發(fā)現(xiàn)前后動量之和不變滿足的是平行四邊形定則(圖3)．

圖1

圖2 圖3

生:哦,原來動量果真是失量!(知其然更知其所以然——碰撞中動量這個不變量遵循的是矢量的守恒,所以動量才是矢量,這才是動量矢量性的本質(zhì)! 也許學(xué)生內(nèi)心還能聯(lián)想到了上節(jié)課反方向碰撞要相減,聯(lián)想到機(jī)械能守恒是標(biāo)量的守恒,所以動能是標(biāo)量．)

通過對本質(zhì)的回歸,選擇了有價值的研究問題,學(xué)生獲得的不僅是知識結(jié)論,而是理論依據(jù)和形成過程,這就從原來的知道上升為領(lǐng)悟,感受到了科學(xué)方法和嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度,實(shí)現(xiàn)核心素養(yǎng)多個維度的培養(yǎng)．下面的幾個研究的問題也都體現(xiàn)了這種選擇性,研究的選擇性要注意循序漸進(jìn)的原則——置疑不等于置難!比如本節(jié)課我們并沒有對沖量的方向進(jìn)行復(fù)雜的討論,還是先分析和力的方向一致的簡單情況,就是基于這樣的考慮．

2.2 體現(xiàn)研究的曲折性——基于學(xué)生主體的本位思維

研究的過程不可能是一帆風(fēng)順的,忽視學(xué)生主體地位、一步到位、包辦代替等方式是偽研究的表現(xiàn),難以實(shí)現(xiàn)學(xué)生素養(yǎng)的提升．課堂要立足學(xué)生的本位思維,把質(zhì)疑評價等環(huán)節(jié)引入課堂,體現(xiàn)研究過程的曲折性,促進(jìn)學(xué)生批判性思維的發(fā)展．本節(jié)課中推演動量定理的過程就體現(xiàn)了這樣的策略.

生:兩同學(xué)展示頭頂足球的表演,其他同學(xué)看著興趣盎然．

師:在頂球的過程中,足球的動量變化了嗎?

生:變化了．

師:請頂球的同學(xué)說說他的頭部感受．

生:有點(diǎn)疼! (笑)

師:請用物理的語言表達(dá)“有點(diǎn)疼”．

生:有力的作用．

師:對!那么力與動量變化有什么關(guān)系?(研究問題2)

建立模型(如圖4所示):

圖4

理論推導(dǎo):F=ma=m(v2-v1)/t.

得出結(jié)論:Ft=mv2-mv1.

質(zhì)疑評價:同學(xué)們討論,對上述研究過程有疑問嗎?

生:如果不光滑、力的方向和速度方向不一致或者變力情況怎么辦呢?

師:非常好!不光滑,這要把上述恒力看成是合力就解決了;如力的方向和運(yùn)動方向不一致,我們在前面討論動量的矢量性的實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)看到,這時動量變化應(yīng)該用平行四邊形法則處理．變力,其實(shí)前面同學(xué)頭頂球的力就是變力．

師:那么變力與動量變化有什么關(guān)系?(研究問題3),結(jié)合過去的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn),思考一下變力問題我們?nèi)绾翁幚?

生:把時間分割成一小段一小段處理(遷移)．

圖5

師:根據(jù)下面的3幅圖(圖5—圖7),引導(dǎo)學(xué)生用微元法逐步進(jìn)行變力的研究．

圖6 圖7

如果把時間劃分很短,每一小段里就可看成恒力,得到這樣的一系列表達(dá)式:

F1Δt=mv1-mv0,F2Δt=mv2-mv1,F3Δt=mv3-mv2,……FnΔt=mvn-mvn-1.

把這些式子全部累加起來,就得到這樣一個表達(dá)式

F1Δt+F2Δt+F3Δt…+FnΔt=mv1-mv0+mv2-mv1+mv3-mv2…+mvn-mvn-1=mvn-mv0.

而F1Δt+F2Δt+…+FnΔt在圖像上表示無數(shù)個小矩形面積之和,當(dāng)時間間隔劃分得趨于0,就變成了圖線與時間軸所圍的面積,這個面積叫力與時間乘積的累積(圖7)．

得出結(jié)論:力(恒力或變力)與時間乘積的累積等于這個過程初末動量的變化．

質(zhì)疑評價:前面我們由特殊到一般,并利用微元法,等到了一般性的結(jié)論,但是理論推導(dǎo)的結(jié)果必須通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,才是可靠的(科學(xué)態(tài)度)．

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證:讓一輛229g小車去碰力的傳感器,力傳感器能采集到碰撞中的實(shí)時作用力,用光電門完成對速度的測量(圖8),通過朗威8.0版變力與動量變化的關(guān)系專用軟件采集處理數(shù)據(jù),動量變化為0.251kg·m/s,沖量(面積值)為0.252N·s(圖9),兩者符合的很好．

圖8

圖9

通過質(zhì)疑評價環(huán)節(jié),對特殊條件下獲得的結(jié)論的質(zhì)疑,生成出一般條件下的問題;對一般性結(jié)論的質(zhì)疑,生成了理論探究的成果需要通過實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)的實(shí)證思想;展示了研究的曲折過程,體現(xiàn)了思維由淺入深、由表及里的發(fā)展過程,將學(xué)生的思維引向更高的層次．質(zhì)疑批判是布魯姆能力目標(biāo)的高級層次,因此是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力、嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度等核心素養(yǎng)的重要手段．要想提高學(xué)生的科學(xué)探究的能力,理應(yīng)在課堂教學(xué)的環(huán)節(jié)中滲透質(zhì)疑的意識,批判的精神．

2.3 體現(xiàn)研究的思想性——注重思想方法的滲透與熏陶

物理知識的學(xué)習(xí)過程,離不開思想方法、程序方法．古人說:“授人以魚,只供一飯之需,教人以漁,則終身受用無窮”．重視知識與方法的統(tǒng)一性,在教學(xué)中滲透思想方法的內(nèi)容,關(guān)注思想方法的習(xí)得與領(lǐng)悟,是科學(xué)探究能力培養(yǎng)的重要內(nèi)容．本節(jié)課在研究力與動量變化的關(guān)系過程中,建立模型、質(zhì)疑評價、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等步驟,不需要教師過多的講解,卻起到了對學(xué)生的科學(xué)方法和科學(xué)態(tài)度的熏陶．使學(xué)生認(rèn)識到科學(xué)研究程序的邏輯性,研究過程中顯化的微元法、從特殊到一般的研究方法,必然會凝練為學(xué)生的核心素養(yǎng)．

2.4 體現(xiàn)研究的人文性——注重物理教學(xué)的情感滲透

科學(xué)態(tài)度與責(zé)任,靠灌輸難以培養(yǎng),要依據(jù)物理學(xué)的學(xué)科特點(diǎn),創(chuàng)設(shè)充滿人文品味的物理課堂．物理學(xué)發(fā)展的過程是人類認(rèn)識世界的過程,物理教學(xué)理應(yīng)展示物理學(xué)的文化品位、體現(xiàn)自然的和諧統(tǒng)一．如本節(jié)課在討論動量的矢量性后,筆者給學(xué)生介紹了科學(xué)家對動量的認(rèn)識過程及笛卡爾、惠根斯、牛頓在動量概念建立過程中發(fā)揮的關(guān)鍵作用,使他們認(rèn)識到科學(xué)探究從來都不是一蹴而就的,科學(xué)發(fā)展的道路是曲折的．在本節(jié)課的結(jié)尾,筆者對“力與運(yùn)動的關(guān)系”的討論也是體現(xiàn)了物理學(xué)特有的魅力,激發(fā)了學(xué)生對自然本真的感悟和對物理學(xué)的贊美之情．

師: 力與運(yùn)動這個看似簡單的問題,曾困擾了人們數(shù)千年,人們理清力與運(yùn)動的關(guān)系也經(jīng)歷了一個復(fù)雜的過程,那么我們學(xué)過哪些描述力與運(yùn)動的關(guān)系式?

生:動量定理算一個吧!

師:當(dāng)然,還有嗎?

生:動能定理．

生:牛頓第二定律．

師:總結(jié)的很好!動能定理和動量定理都可以從牛頓第二定律推導(dǎo)出來,這3個關(guān)系式是否有重復(fù)的嫌疑?

生:……

師:它們各自描述問題的角度一樣嗎?

生:不一樣,(恍然)動量定理是從力對時間累積的角度……

師:哦!那動能定理,牛頓第二定理又是從哪個角度?

生:動能定理是從力對空間累積的角度,牛頓第二定律說的是力的瞬時性問題!

師:說的太好了!看來,物理學(xué)家對力與運(yùn)動的關(guān)系的認(rèn)識是多角度,多元化的,這種多元的認(rèn)知方式使得人類對自然的認(rèn)識逐步走向全面和深刻!

2.5 體現(xiàn)研究的主體性——落實(shí)學(xué)生主體的自主參與

“學(xué)習(xí)即研究”觀點(diǎn)認(rèn)為,學(xué)習(xí)者即研究者,否則不能稱為研究,只能被認(rèn)為是灌輸．物理學(xué)習(xí)的重要價值是發(fā)現(xiàn),而不是簡單的給予．從激疑生趣的雞蛋砸碎彩鋼板的實(shí)驗(yàn)開始,到概念的建立,規(guī)律的形成,以及運(yùn)用規(guī)律解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、認(rèn)識緩沖原理、完成抽桌布實(shí)驗(yàn)等研究的過程都是建立在學(xué)生的主體需求上的．這個需求不是過去的被動接受,而是通過選擇性、參與性、曲折性等過程形成的成就性學(xué)習(xí)心理的需要．本節(jié)課的全過程正是在調(diào)動學(xué)生的這種需求的基礎(chǔ)上完成的,以真正促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展．

3 結(jié)語

當(dāng)前教學(xué)惟知識、惟書本、惟結(jié)論;過程缺失、批判缺失的根本原因與其說是考試等各類評價機(jī)制的制約,不如說是廣大教師對學(xué)習(xí)本質(zhì)缺乏深刻理解,上述案例可以看出,“學(xué)習(xí)即研究”觀點(diǎn)下的教學(xué)過程體現(xiàn)了學(xué)習(xí)過程就是研究過程的學(xué)習(xí)本質(zhì)、落實(shí)了學(xué)習(xí)者就是研究者的要求,為當(dāng)前課堂落實(shí)培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)提供了有效方案和策略．