陳金貴 林炳煌 鄭衛(wèi)峰

關(guān)鍵詞：課堂教學;科學思維;能力培養(yǎng);超重與失重

《普通高中物理課程標準（2017版）》中指出：“科學思維”是物理核心素養(yǎng)的一個方面[ 1 ]?！翱茖W思維”是從物理學視角對客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互聯(lián)系的認識方式;是基于經(jīng)驗事實建構(gòu)物理模型的抽象概括過程;是分析綜合、推理論證等方法在科學領(lǐng)域的具體運用;是基于事實證據(jù)和科學推理對不同觀點和結(jié)論提出質(zhì)疑和批判，進行檢驗和修正，進而提出創(chuàng)造性見解的能力與品格[ 2 ]。主要包括模型建構(gòu)、科學推理、科學論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素[ 1 ]。筆者以物理魯科版“超重與失重”一節(jié)的教學研究為例，探討基于問題解決促進物理核心素養(yǎng)的達成，闡述如何在物理課堂教學活動中培養(yǎng)學生科學思維能力。

1 ?在教學過程中實踐學生“科學思維”發(fā)展的達成

1.1 ?問題情境

（1）體驗性實驗

教師：（展示實驗器材）在一個細細的紙帶上懸掛了兩個鉤碼，紙帶沒斷。如果我取走一個鉤碼，不用剪刀只用一只手，能不能讓鉤碼在豎直方向上運動將紙帶撕斷呢？

學生：兩兩一組開始實驗探究。

（2）視頻播放

教師：在一個電梯里，放有兩個測力計：臺秤和彈簧測力計，將重物靜止放在（懸掛）在測力計上。此時臺秤和彈簧測力計的示數(shù)反映了物體的重力。那么，當電梯開始運行的時候，示數(shù)會發(fā)生什么樣的變化呢？由于臺秤便于觀察，當我們在播放錄像時，大家注意觀察臺秤示數(shù)的變化并加以記錄。（播放視頻）

學生：認真觀察并進行現(xiàn)象描述。

此教學環(huán)節(jié)，呈現(xiàn)了超重和失重現(xiàn)象，引導學生回顧已有的牛頓運動定律知識，明確視重概念，定義超重與失重現(xiàn)象。

1.2 ?探索規(guī)律

教師：在電梯上升的過程中我們看到了超重現(xiàn)象，也看到了失重現(xiàn)象;在電梯下降的過程中我們同樣也看到了超重現(xiàn)象和失重現(xiàn)象。那么到底在什么情況下會發(fā)生超重和失重呢？

活動1 ? 學生利用一個傳感器，用它勾住鉤碼，然后上下移動（這相當于電梯的上下移動）。學生借助DIS實驗，直觀得到彈力隨時間變化圖象，如表1填寫表格的前兩列內(nèi)容。綜合分析彈力隨時間的變化圖象，進而進行猜想，分析出超重（失重）對應的運動過程。

為了避免只觀看視頻及教師講授，學生缺乏探究體驗獲取知識，本設計借助DIS學生實驗，突出了教學重點（知道超重與失重現(xiàn)象）。學生科學思維得以發(fā)展，達成了學習的第一層要求（目標為知道超重與失重現(xiàn)象），同時為第二層要求（目標為理解超重與失重現(xiàn)象產(chǎn)生的條件）的學習提供了歸納、猜想的依據(jù)。

活動2 ? ?教師制作了一個模擬升降機，在升降機里放著兩個傳感器，一個力傳感器，下面懸掛一個重物，在運行之后可以記錄彈力隨時間的變化圖象。另一個是位移傳感器，它可以幫助我們記錄下位移隨時間的變化圖象，通過計算機處理轉(zhuǎn)變成速度與時間的變化圖象。也就是通過教師演示DIS實驗，同時獲得F-t圖像和v-t的圖象，驗證學生的猜想，幫助學生歸納得出超重（失重）的條件。

本活動設計是為了突出了教學重點，突破教學難點——探究超重與失重現(xiàn)象產(chǎn)生的條件。通過獲得F-t圖象和v-t的圖象，引導學生將這兩圖建立聯(lián)系，實驗驗證學生的猜想，并從中探究超重和失重?？茖W思維這一學科核心素養(yǎng)得以體現(xiàn)。

1.3 ?理論分析

教師：我們用DIS模擬實驗的方法找到了產(chǎn)生超重與失重現(xiàn)象的條件。發(fā)現(xiàn)物體在向上加速，向下減速的過程中都出現(xiàn)了超重。那么這兩個超重現(xiàn)象有什么共同特點呢？

活動3 ? ?引導學生運用牛頓運動定律通過理論上進一步探究出現(xiàn)超重與失重現(xiàn)象的原因，填寫表1的后兩列。

以電梯里的重物為研究對象，進行受力分析。根據(jù)牛頓運動定律，有

Ⅰ.當電梯靜止或做勻速運動時，F(xiàn)_N=G=mg;

Ⅱ.當電梯向上加速或向下減速時，F(xiàn)_N+（-G） =ma，則F_N=m（g +a）>mg，超重;

Ⅲ.當電梯向下加速或向上減速時，G+（-F_N）=ma，則F_N=m（g-a）

總結(jié)：在超重和失重現(xiàn)象中，重力沒變，變的是彈力。

本活動是為了落實教學目標：會用牛頓運動定律解釋超重和失重現(xiàn)象。結(jié)合理論推導，采用理論與實際聯(lián)系相結(jié)合，學習掌握運用牛頓運動定律分析問題的方法，歸納出了結(jié)論。通過理論分析探究，科學思維這一學科核心素養(yǎng)又得以展現(xiàn)。

教師：在失重狀態(tài)時，如果當a=g，那么FN應該等于多少啊？

學生：F_N=0。

教師：要讓物體加速度等于重力加速度，怎么做才可以？

學生：讓物體做自由落體運動！

活動4 ? ?教師操作DIS軟件，通過演示實驗驗證完全失重現(xiàn)象。

本活動是為了落實教學目標：知道完全失重狀態(tài)的特征和條件。從感知和理性兩方面加深學生對完全失重概念的認知。

1.4 ? 應用鞏固

（1）解釋上課伊始的小實驗，教師演示，學生觀察：第一次緩慢提升紙帶，紙帶沒斷，第二次快速提升紙帶，紙帶斷了，第三次向下做減速運動，紙帶斷了。引導學生發(fā)現(xiàn)：加速度方向都是豎直向上的，都處于超重狀態(tài)。學生回答抓住問題的關(guān)鍵點——加速度的方向。判斷超重和失重現(xiàn)象就看在豎直方向上加速度方向，與物體運動方向無關(guān)。

（2）將兩本書交疊在一起，叫兩位同學對拉，無法拉而分開。教師把這兩本書拋起，輕松地把這兩本書分開。依據(jù)是什么？完全失重。

（3）將一只裝滿水的瓶子，在其瓶底鉆了很多小孔，將瓶蓋擰開可以觀察到水從瓶底漏出。將其自由下落，觀察到水不灑出來。（教師演示，錄像并慢鏡頭播放）

（4）學生展示：宇航員的超重和失重現(xiàn)象。

教師點評：航天員為了國家的發(fā)展，都需要奉獻精神。

此部分是本課的應用拓展環(huán)節(jié)，通過對實際問題中超重和失重現(xiàn)象的解釋，通過設計小實驗觀察失重，鞏固對概念的認識與學習。達到第三層目標要求：能根據(jù)加速度的方向，判別物體的超重或失重[ 3 ]。

2 ?教學反思與總結(jié)

科學思維的培養(yǎng)特別依賴于問題情境的創(chuàng)設，用真實的物理情境聯(lián)系物理概念規(guī)律，運用問題導向驅(qū)動學生思維，通過問題解決展開學習探究，靈活運用多種教學手段，發(fā)展學生科學思維。本節(jié)課的教學設計就遵循著這些原則，有效創(chuàng)設實驗情境，通過問題解決展開科學探究活動，培養(yǎng)思維能力以達成核心素養(yǎng)，從多個維度來構(gòu)思和實現(xiàn)教學目標。具體體現(xiàn)在以下幾個方面。

2.1 ?概念教學環(huán)節(jié)清晰

超重失重作為重要的物理概念，本教學設計在概念教學各環(huán)節(jié)非常流暢，認識概念、形成概念、建立概念、理解概念、應用概念，層層遞進，這種清晰的邏輯有助于學生對概念的理解和掌握。

2.2 ?概念建立科學有效

本課在概念建立的階段，給出多個情境，讓學生感知其存在，以及大致悟出一些共性的東西。在原因分析的階段，將學生的視線集中收縮在某一簡單的情境之上（再看錄像），建立物理模型，具體分析。此后再對其余的各個現(xiàn)象、情境作類似的分析（應用階段）。老師的這種做法非常符合由情境抽象出物理問題，得到規(guī)律性的東西，再應用到實際的思路，思維得以發(fā)展，容易幫助學生建立新的物理概念。

2.3 ?突出科學方法教育

在這節(jié)課的教學中，自始至終從大量的事實和實驗現(xiàn)象出發(fā)，用歸納的方法，指導學生認識超重和失重現(xiàn)象，總結(jié)出產(chǎn)生超重和失重的條件。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合牛頓運動定律分析并找到產(chǎn)生超重和失重的原因。最后應用超重和失重的知識分析相關(guān)實驗現(xiàn)象，理論聯(lián)系實際。在學生獲取新知識的過程中，潛移默化地對學生進行了科學方法教育。

2.4 ?融合信息技術(shù)與學科教學

經(jīng)過精心設計，編制了計算機教學軟件，將課前學生拍攝的錄像、現(xiàn)場攝像以及文字和圖片投影到大屏幕上，學生直接獲取大量的信息。創(chuàng)設仿真情境，借助多媒體教學，猶如身臨其境，有利于學生對新知識的建構(gòu)，實現(xiàn)課堂教學的高效。

總之，實施物理核心素養(yǎng)提升的教學，教師根據(jù)教學的內(nèi)容和學生的實際情況，遵循教學規(guī)律，弄清物理課程所蘊含的科學思維和方法，創(chuàng)設真實、鮮活的學習情境，引導學生從“霧里”走向“物理”，直到“悟理”，體驗物理學研究過程的科學精神，問題也得到解決，也領(lǐng)悟到物理學的價值，有利于物理學科核心素養(yǎng)的達成。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017版）[S].北京：人民教育出版社，2018：4-5.

[2]王高.物理核心素養(yǎng)培養(yǎng)淺探[D]. 南京：江蘇第二師范學院， 2016.

[3]楊鳴華.做而論道·中學物理課堂教學設計、實施及感悟[M].上海：上?？萍冀逃霭嫔?，2016：125-138.