閆鑫

摘 要：只有創(chuàng)設(shè)問題情境，科學(xué)地設(shè)置問題，讓整個(gè)教學(xué)過程圍繞設(shè)計(jì)的問題來展開，激發(fā)學(xué)生的探究欲望，引導(dǎo)學(xué)生積極參與課堂學(xué)習(xí)的全過程，培養(yǎng)學(xué)生猜想、假設(shè)、實(shí)驗(yàn)探究、創(chuàng)新等思維能力，才能有效地培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);科學(xué)思維;實(shí)驗(yàn)探究

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 收稿日期：2019-11-12 文章編號(hào)：1674-120X（2020）16-0092-02

物理學(xué)的發(fā)展始于發(fā)現(xiàn)問題，這些問題給人們提供了學(xué)習(xí)、猜想、假設(shè)、實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新的思維空間。在教學(xué)過程中，教師通過創(chuàng)設(shè)問題情境，科學(xué)地設(shè)置問題，來激發(fā)學(xué)生的探究欲望，促進(jìn)學(xué)生運(yùn)用已有的知識(shí)和方法主動(dòng)地建構(gòu)探究途徑，從而提高學(xué)生的認(rèn)知水平，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)密的科學(xué)思維、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，提升其物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

一、豐富學(xué)生的物理觀念

物理觀念包括物質(zhì)觀念、運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念、規(guī)律應(yīng)用、能量觀念等要素。教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生通過觀察現(xiàn)象、分析規(guī)律等方式形成物理觀念。但是學(xué)生具有個(gè)體差異性以及認(rèn)識(shí)問題的局限性，這時(shí)候教師就要思考如何創(chuàng)設(shè)問題情境以及科學(xué)地設(shè)置問題。

案例：探究曲線運(yùn)動(dòng)速度的方向。

現(xiàn)象演示：將陀螺放在一張白紙上，讓其高速旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)過程中在陀螺上面滴幾滴紅墨水，觀察白紙上紅墨水被陀螺甩出的軌跡。

播放視頻：觀察砂輪打磨下來的熾熱微粒的運(yùn)動(dòng)軌跡、雨傘轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)雨傘上水滴飛行的軌跡。

提出問題：物體做曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)，速度方向有哪些特點(diǎn)？

生：物體做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，速度沿軌跡的切線方向。

師：圓周運(yùn)動(dòng)是特殊的曲線運(yùn)動(dòng)，速度沿切線方向，那么一般的曲線運(yùn)動(dòng)都是這樣的嗎？

生：不確定。

師：同學(xué)們回答得很好，我們?cè)谌魏吻闆r下都不能以特殊的事例就得出普遍的規(guī)律。那么一般的曲線運(yùn)動(dòng)中速度方向又如何呢？

實(shí)驗(yàn)探究：在小鋼球外面包一層薄薄的脫脂棉，在紅墨水里浸泡一下（注意不要太濃），放在一張白紙上，給其初速度，然后選用磁性較強(qiáng)的磁鐵控制小球沿任意曲線快速運(yùn)動(dòng)，觀察其在白紙上留下的痕跡，如圖1所示。

結(jié)論：物體做曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)在任一時(shí)刻速度的方向沿軌跡的切線方向。

構(gòu)建微元模型：圖2中的B點(diǎn)逐漸靠近A點(diǎn)，AB與AF無限接近，說明了什么問題？

問題拓展：這些問題都是從宏觀現(xiàn)象中提取的，那么在微觀現(xiàn)象中成立嗎？

通過猜想、觀察、探究、理論分析，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生對(duì)物理概念、規(guī)律的認(rèn)識(shí)與理解，在潛移默化的認(rèn)知過程中不斷積累對(duì)物質(zhì)的性質(zhì)、相互作用、規(guī)律、能量的認(rèn)知能力，逐漸形成更高層次的物理觀念（如量子觀）。

二、提高學(xué)生的科學(xué)探究能力

學(xué)生最大的學(xué)習(xí)障礙是提不出問題，教師要提出問題或幫助學(xué)生提出問題，以積極的態(tài)度為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個(gè)良好的探究環(huán)境，激發(fā)學(xué)生探究的動(dòng)機(jī)，再啟發(fā)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)探究、理論分析，尋找證據(jù)，鼓勵(lì)同學(xué)之間進(jìn)行合作、交流，用物理語(yǔ)言做出定性解釋和定量分析與計(jì)算。

教師提出的問題一定要符合學(xué)生的認(rèn)知能力，如果超越學(xué)生的認(rèn)知能力，那么提出的問題可以說是無效問題;相反，如果所提出的問題符合中學(xué)生的認(rèn)知能力，就會(huì)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情與探究欲望。

案例：我國(guó)高鐵技術(shù)近幾年發(fā)展特別得快，請(qǐng)學(xué)生根據(jù)自己外出旅游的親身體驗(yàn)以及所學(xué)圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí)，對(duì)火車安全轉(zhuǎn)彎的速度做出理論分析與計(jì)算。

（一）火車轉(zhuǎn)彎時(shí)安全速度的理論分析

提出問題：火車轉(zhuǎn)彎時(shí)路面傾斜，如果火車的速度符合鐵路設(shè)計(jì)要求，向心力由哪些力提供？畫出受力圖，并表示向心力F。

引導(dǎo)學(xué)生相互交流、討論，先試著畫出受力圖，然后給學(xué)生板書、交流的機(jī)會(huì)，把自己思考的結(jié)論展示到黑板上（圖3），關(guān)鍵在于把向心力畫到沿斜面方向上了。

（二）火車轉(zhuǎn)彎時(shí)安全速度的理論計(jì)算

展示問題：設(shè)一列質(zhì)量為m的火車在傾角為θ、軌道半徑為r的彎道上安全行駛，此時(shí)火車速度多大？

學(xué)生活動(dòng)：交流、討論，展示計(jì)算結(jié)果ν=。

定性分析：在彎道半徑為r與傾角為θ確定的情況下，速度滿足上述條件，火車行駛最安全。

（三）火車提速帶來的實(shí)際問題以及解決的辦法

設(shè)問：（1）假如你是火車司機(jī)，如果火車仍在原來修建的鐵路上運(yùn)行，但提速了，那么轉(zhuǎn)彎處你該怎么做？

（2）假如你是鐵路的設(shè)計(jì)工程師，火車提速，你在設(shè)計(jì)鐵路彎道時(shí)該怎么做？

三、提高學(xué)生的科學(xué)思維能力

科學(xué)思維是物理學(xué)科核心素養(yǎng)的主要組成部分，是教學(xué)中的一個(gè)關(guān)鍵性要素，因此，教師在教學(xué)中要突出培養(yǎng)學(xué)生思考問題的方法和能力。正如斯金納說的“當(dāng)我們將學(xué)過的東西忘得一干二凈時(shí)，最后剩下來的，就是教育的本質(zhì)了”。這里的本質(zhì)就是在教學(xué)過程中借助于概念、規(guī)律以及生活經(jīng)驗(yàn)，逐步引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)模型構(gòu)建、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新的科學(xué)思維方法與能力。

案例：探究太陽(yáng)與行星間的引力。

問題1：太陽(yáng)對(duì)行星的引力F跟行星到太陽(yáng)的距離r有什么關(guān)系？

（1）假設(shè)行星繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，行星的質(zhì)量為m，速度為v，行星到太陽(yáng)的距離為r，則行星繞太陽(yáng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力是多少？

（2）從天文觀察中可以直接得到行星運(yùn)動(dòng)的速度v還是行星公轉(zhuǎn)的周期T？它們之間的關(guān)系如何？

結(jié)論：F=m? ① ;T=? ② ;F=③

（3）不同行星的公轉(zhuǎn)周期相同嗎？如果不同，如何找到共性？

根據(jù)開普勒第三定律，=K? ④

化簡(jiǎn)③④兩式可知，F(xiàn)=4π2K⑤

（4）對(duì)所有行星而言，K是常數(shù)，向心力F與行星的質(zhì)量m、半徑r之間存在怎樣的關(guān)系？

從上面⑤式可以看出，F(xiàn)∝ ⑥

定性結(jié)論：太陽(yáng)對(duì)不同行星的引力，與行星的質(zhì)量成正比，與行星和太陽(yáng)間距離的二次方成反比。

問題2：行星對(duì)太陽(yáng)的引力

根據(jù)力的相互作用規(guī)律，太陽(yáng)對(duì)行星存在作用力，那么行星對(duì)太陽(yáng)也必然存在作用力，行星對(duì)太陽(yáng)的作用力遵循怎樣的規(guī)律？

定性結(jié)論：不同行星對(duì)太陽(yáng)的引力，與太陽(yáng)的質(zhì)量成正比，與行星和太陽(yáng)間距離的二次方成反比，即F∝ ⑦

問題3：太陽(yáng)與行星之間的相互作用力

結(jié)合⑥⑦兩式可以得出：F∝⑧

如果寫成等式：F=G⑨

問題4：上述結(jié)論在月地之間是否成立？

設(shè)月球的軌道半徑為r，地球的半徑為R，r=60R

（1）物體在月球軌道上受到的引力F1與物體在地球表面附近受到的作用力F2之間的關(guān)系如何？

如果等式⑨在月地之間成立，則F1=F2

由F=ma可知，物體在月球軌道上運(yùn)動(dòng)的加速度a1，物體在地球表面附近下落的加速度a2，則a1=a2

（2）請(qǐng)學(xué)生查找數(shù)據(jù)，月球的軌道半徑為r，月球的公轉(zhuǎn)周期為T，月球公轉(zhuǎn)的向心加速度是多少？

查找結(jié)果：r=384000km，T=27.3天，因此a1==0.029m/s2

（3）物體在地球表面附近下落的加速度a2大約是10m/s2，試比較a1和a2的大小關(guān)系。

a2=0.028m/s2，即a1≈a2

（4）問題4的論述說明了什么？

說明行星與太陽(yáng)之間的相互作用規(guī)律在月地之間也是成立的，也進(jìn)一步說明自然界的不同物體之間的相互作用規(guī)律是相同的，即萬(wàn)有引力。

四、培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

主要以教材中的“科學(xué)漫步與科學(xué)足跡欄目”為素材，引導(dǎo)學(xué)生多讀物理學(xué)史，感受物理學(xué)史中涵蓋的哲學(xué)思想、科學(xué)本質(zhì)，使學(xué)生形成一定的方法論和認(rèn)識(shí)論;讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)家對(duì)待科學(xué)的態(tài)度和高度的社會(huì)責(zé)任感，培養(yǎng)學(xué)生積極向上和致力科學(xué)研究的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。

案例：探究從對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)到對(duì)核能研究與合理利用的過程。

問題1：人們對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)經(jīng)過了幾個(gè)階段？

問題2：請(qǐng)同學(xué)們談?wù)剬?duì)核能的認(rèn)識(shí)。

問題3：請(qǐng)同學(xué)們談?wù)勎覈?guó)“導(dǎo)彈之父”錢學(xué)森和“兩彈元?jiǎng)住编嚰谙葘?duì)我國(guó)國(guó)防事業(yè)的貢獻(xiàn)。

通過對(duì)上述問題的探討、思考與研究，引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)科學(xué)家從研究原子結(jié)構(gòu)到研究核能及合理利用核能的漫長(zhǎng)過程中所付出的艱辛努力、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和高度的社會(huì)責(zé)任感，培養(yǎng)學(xué)生正確對(duì)待科學(xué)的態(tài)度與責(zé)任。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳妙燕.學(xué)科核心素養(yǎng)在高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中落實(shí)的有效途徑[J].高考，2018（22）：32-33.

[2]時(shí)春華.文化視野下高中物理的教學(xué)策略及思考[J]. 中學(xué)物理教學(xué)參考，2013（3）：2-7.