唐保東

(南京雨花臺中學(xué) 江蘇 南京 210012)

隨著研究和宣傳的不斷深入，廣大一線物理教師對物理學(xué)科核心素養(yǎng)教學(xué)理論已經(jīng)有較深的認(rèn)識，并且在一線教學(xué)中嘗試踐行這一理論，但是與“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”不同，“物理觀念”顯得有些曲高和寡，較難理解.深入思考物理觀念的概念及意義，發(fā)現(xiàn)它是物理學(xué)科核心素養(yǎng)的基石，可以真正提高學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)，實現(xiàn)物理課程的價值.2017版課程標(biāo)準(zhǔn)中對物理觀念的水平劃分為5個層級，教師在教學(xué)中如何設(shè)計教學(xué)策略從而循循善誘，層層遞進(jìn)，幫助學(xué)生梯度建立物理觀念呢？

本文以牛頓第三定律教學(xué)為例，對這一問題進(jìn)行探究.

1 本節(jié)內(nèi)容涉及到哪些物理觀念

物理觀念的構(gòu)成包括自然觀、物質(zhì)觀、時空觀、運(yùn)動觀、相互作用觀、能量觀和物理價值觀等，仔細(xì)研讀課本，牛頓第三定律涉及到3個方面，分別是力的作用是相互的即相互作用觀，沒有施力物體或受力物體就不存在力,即物質(zhì)觀以及能量守恒思想,即能量觀，其中相互作用觀是重點.雖然在高中物理的力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)中都會涉及到相互作用觀的培養(yǎng)，但是本節(jié)知識是最直觀、最明確提出力的作用是相互的，是幫助學(xué)生建立和明確相互作用觀的重要契機(jī)，以后的各種情境都是強(qiáng)化和應(yīng)用這一觀念.

2 如何設(shè)計教學(xué)策略 幫助學(xué)生梯度建立物理觀念

2.1 設(shè)置問題 暴露學(xué)生的前觀念 了解學(xué)生物理觀念水平層次

在課間休息以及展示課題之前，在PPT上一直展示一副圖片：宇航員麥克坎德雷斯太空自由行走的照片，照片中宇航員漂浮在太空中，并且在圖片下方設(shè)置一個問題“想一想，宇航員可以像在地面上一樣走回空間站嗎 ？”

學(xué)生：我覺得好像不可以，腳下沒有路，是飄在空中的.

教師追問：為什么沒有路就不可以走呢？

學(xué)生：因為是飄著的.

教師追問：那宇航員手腳并用，像游泳一樣游回空間站呢？

學(xué)生陷入爭論，大部分學(xué)生仍然堅持認(rèn)為不可以，一部分學(xué)生動搖認(rèn)為好像可以.

教師點評：其實還是不可以的，我們在地球上游泳前進(jìn)，因為周圍有水，但是，現(xiàn)在宇航員周圍沒有任何物體跟他接觸，無論他手腳怎么用力都是寸步難行的.

個別學(xué)生做恍然大悟狀，但是更多的學(xué)生表情仍然將信將疑狀.這時教師追問：真的是這樣嗎？我們來欣賞一段視頻，教師播放神十女航天員太空授課前一小段內(nèi)容，視頻中航天員在空間站中移動非常困難，必須扶著側(cè)壁才能移動，王亞平剛出場時是“橫著”漂浮狀態(tài)，在另外兩位航天員的幫助下才順利地讓自己的身體“豎”起來，站到空間站地板上.受此啟發(fā)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)航天員必須接觸到物體才能獲得力移動自己，也就是力的作用是相互的，在學(xué)生為發(fā)現(xiàn)這一物理知識而興奮的同時教師再次追問：宇宙飛船周圍是真空，為什么可以自由飛行？

學(xué)生回答：因為有燃料??！

教師反問：有燃料就可以了，周圍沒有物體跟它接觸啊，哪來的動力.

學(xué)生再次陷入沉默……

人教版初中物理僅僅只提到力的作用是相互的，根本不提相互作用力這一概念，學(xué)生更不知道牛頓第三定律的相關(guān)結(jié)論.但是,初中教學(xué)中教師為了幫助學(xué)生理解力的作用是相互的，做了大量的實驗，常見的“鼓掌”“推桌子”“敲雞蛋”等實驗學(xué)生都體驗過，學(xué)生已經(jīng)具備淺顯的相互作用觀，高中物理教師再重復(fù)這些實驗顯然不能調(diào)動學(xué)生積極性.針對以上情況，為了暴露學(xué)生已有的相互作用觀水平層次，筆者設(shè)計了相反的物理情境---周圍沒有物體無法獲得相互作用力使航天員移動，不出我所料，大部分學(xué)生能夠根據(jù)生活經(jīng)驗和已有的相互作用觀猜想結(jié)論，卻不能系統(tǒng)性地解釋這一問題，經(jīng)過教師問題引領(lǐng)，逐漸喚醒和明確他們潛意識中“力的作用是相互的”這一知識性結(jié)論，看似已經(jīng)具備了一定的相互作用觀，但再換一種情境時不少學(xué)生開始困惑和動搖了，這說明學(xué)生雖然把這個結(jié)論背得很熟，但實際上他們頭腦中相互作用觀層次非常低，連新課標(biāo)的一級水準(zhǔn)都沒有達(dá)到，更不要說把相互作用觀內(nèi)化到學(xué)生的世界觀中去.

2.2 體驗探究 讓學(xué)生從舊觀念中生長出新觀念并加以整合

活動1:

教師演示實驗：遙控汽車在教室地面上可以前進(jìn)，但是用繩子吊起懸空后無論車輪怎么轉(zhuǎn)都不能前進(jìn)；

活動2:

學(xué)生體驗實驗：請學(xué)生動動手放飛教師事先準(zhǔn)備好的竹蜻蜓.

活動3:

教師演示實驗：教師播放親手制作水火箭過程視頻，并展示實物，之后再播放在操場上親自發(fā)射水火箭的視頻.

在每一個活動之后請學(xué)生嘗試用力的作用是相互的這一原理解釋實驗現(xiàn)象，并具體找一找情境中存在怎么樣的作用力和反作用力以及各個力的施力物體、受力物體、方向，在具體的問題環(huán)境中讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)不管固體、液體、氣體都存在相互作用力，力的作用的確總是相互的.進(jìn)而強(qiáng)化了相互作用觀在學(xué)生頭腦中的認(rèn)同，并促使了這一概念的發(fā)展：宇宙飛船能夠獲得動力也一定是某一物體給它的反作用力→但是周圍是真空沒有其他物體和它接觸→這只能說明此時箭體和噴出的氣體不是一個整體，它們之間發(fā)生了相互作用，再體驗彈簧測力計和傳感器探究多種物理情境下相互作用力大小的實驗.經(jīng)過教師的引領(lǐng)和整合，牛頓第三定律已經(jīng)可以水到渠成地在學(xué)生頭腦中生長出來了，大多數(shù)學(xué)生頭腦中的相互作用觀得到加深，勉強(qiáng)可以達(dá)到一級水準(zhǔn).

2.3 創(chuàng)設(shè)情境 制造思維沖突讓學(xué)生的物理觀念得到強(qiáng)化和拓寬

活動4:

學(xué)生活動：拔河比賽看看誰的拉力更大？請學(xué)生主動報名，并從報名的學(xué)生中挑選身材、體重相差最大的兩位同學(xué)進(jìn)行比賽，比賽結(jié)果基本上不出所料，呈現(xiàn)一邊倒的狀態(tài)，明顯是身材更加高大壯碩的學(xué)生贏得比賽，就在學(xué)生們輕松歡笑以為答案不言自明的時候教師拋出問題：這個實驗真的說明贏的一方拉力更大嗎？甲對乙的拉力與乙對甲的拉力是相互作用力啊，牛頓第三定律告訴我們相互作用力大小是相等的，這豈不是矛盾？學(xué)生一怔，教室頃刻安靜下來，學(xué)生眉頭緊鎖陷入思考.

教師點撥：所謂輸其實就是被拉動了，這涉及到一個什么重要的力？

學(xué)生：人與地面的摩擦力.

教師點撥：大家講得很好，如何改變摩擦力？如何設(shè)計實驗?zāi)兀?/p>

學(xué)生：讓剛才贏得比賽的同學(xué)穿上溜冰鞋.

學(xué)生活動：仍然請剛才兩位學(xué)生進(jìn)行拔河比賽，但是先前取勝的同學(xué)穿上溜冰鞋或者站在平板車上，溜冰鞋效果更佳，但是從安全角度考慮要看這位同學(xué)是否會溜旱冰，結(jié)果比賽呈另一種一邊倒的狀態(tài)，與之前情況剛好完全相反.

完全相反的實驗現(xiàn)象給學(xué)生巨大的思維沖擊，也讓學(xué)生跳出書面上的定義重新審視相互作用力，在教師的點撥后理解這并不矛盾：研究力一定要關(guān)注研究對象，相互作用力是作用在兩個物體上的，而與某一個物體是否移動沒有直接關(guān)系.

活動5:

PPT展示馬拉車圖片，并設(shè)置問題，馬拉著車加速運(yùn)動，馬拉車的力與車?yán)R的力還相等嗎？學(xué)生再次陷入爭論，大部分學(xué)生贊同不再相等的觀點，否則怎么會加速運(yùn)動呢？

教師：大家分析的有些道理，但是我們再仔細(xì)閱讀一下牛頓第三定律，沒有提到適用條件，而是強(qiáng)調(diào)相互作用力總是大小相等的，怎么印證呢？

學(xué)生：實驗驗證.

教師：怎么測出相互作用力的大小呢？

學(xué)生：剛才用過的力的傳感器.

教師：沒有馬也沒有馬車怎么辦？

學(xué)生：可以人拉著玩具小車.

學(xué)生演示實驗：教師拿出事先準(zhǔn)備好的玩具小車，小車上綁著一個力的傳感器，再拿出另一個力的傳感器，請學(xué)生拉小車加速運(yùn)動，發(fā)現(xiàn)兩個傳感器示數(shù)總是相等的.

教師：結(jié)論是明確了，但是怎么解釋這里的矛盾呢，加速運(yùn)動為何仍然相等？

學(xué)生思考后在教師點撥下，發(fā)現(xiàn)仍然是研究對象的問題，與拔河問題本質(zhì)相同.

通過制造思維沖突，可以讓學(xué)生跳出課本，重新思考，加深理解，這是發(fā)展和拓寬學(xué)生物理觀念的一條“綠色通道”，在教師這樣的教學(xué)策略引導(dǎo)下，大部分學(xué)生可以將頭腦中相互作用觀提升至二級或者三級水準(zhǔn).

當(dāng)然，不可能指望通過一節(jié)課就使學(xué)生某一物理觀念一蹴而就達(dá)到最高的層次，要通過多種物理情境的訓(xùn)練、自身生活經(jīng)歷的體驗來逐漸感悟.這就要求我們在教學(xué)過程中努力優(yōu)化教學(xué)策略，設(shè)計不同情境是可以更高效率地促進(jìn)物理觀念在學(xué)生身上的內(nèi)化，這還需要大量的工作要做，通過堅持不懈的努力，必將取得滿意的結(jié)果.

本文僅是本人在這方面的一些粗淺體會，以做拋磚引玉之用.