梅家燁

摘? 要：以“動(dòng)量和動(dòng)量定理”的教學(xué)內(nèi)容為例，闡述在深度學(xué)習(xí)理念下基于問題驅(qū)動(dòng)促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的教學(xué)策略，探索學(xué)生建構(gòu)模型、邏輯推理和科學(xué)論證等科學(xué)思維能力得到提升的有效路徑。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)栴}鏈;思維方法;教學(xué)策略;深度學(xué)習(xí);核心素養(yǎng)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-6148（2020）8-0013-3

物理學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生在物理課程學(xué)習(xí)過程中逐步形成的正確價(jià)值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力，主要包括物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四個(gè)方面。教學(xué)的愿景在于使學(xué)生“會(huì)用物理觀念認(rèn)識(shí)自然”“會(huì)用科學(xué)思維思考自然”“會(huì)用科學(xué)探究發(fā)現(xiàn)自然”“會(huì)用科學(xué)態(tài)度對(duì)待自然”以及“會(huì)用科學(xué)語言表達(dá)自然”[1]。

彭前程老師指出，能突出核心素養(yǎng)教育的教學(xué)可以是“思維型教學(xué)”，思維型教學(xué)的大致流程是：創(chuàng)設(shè)問題情境—提出問題—自主探究—總結(jié)反思—應(yīng)用遷移[2]。本文以“動(dòng)量和動(dòng)量定理”為例，闡述構(gòu)建“思維型教學(xué)”的體會(huì)，指出將該教學(xué)模式運(yùn)用于物理課堂教學(xué)所取得的積極效果。

1? ? 創(chuàng)設(shè)情境，提出原始問題

師：上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了碰撞，這節(jié)課開始，我們先來感受一下碰撞（播放視頻慢火車撞汽車，子彈擊中鐵皮、蘋果），通過視頻大家可以發(fā)現(xiàn)物體發(fā)生碰撞時(shí)的效果和物體的速度、質(zhì)量都有關(guān)。上節(jié)課的實(shí)驗(yàn)探究表明，兩個(gè)物體在發(fā)生碰撞的時(shí)候它們的mv之和可能保持不變，這讓人們認(rèn)識(shí)到mv這個(gè)物理量具有特別的意義。我們將mv定義為一個(gè)新的物理量，叫做動(dòng)量。今天我們就來學(xué)習(xí)動(dòng)量的相關(guān)知識(shí)。（板書）動(dòng)量我們用字母p表示，它等于物體的速度和質(zhì)量的乘積。關(guān)于動(dòng)量的理解，我們先來看一個(gè)例題。

例 質(zhì)量為1 kg的小球以3 m/s的速度向右撞向墻壁，然后以3 m/s的速度沿同一直線反彈。

問題1：小球的動(dòng)量變化了嗎？（學(xué)生答變了，因?yàn)閯?dòng)量是矢量，其方向與速度方向相同）

問題2：小球動(dòng)量變化量的大小和方向？（學(xué)生動(dòng)手推演）用幻燈片展示某個(gè)學(xué)生的推演內(nèi)容，分析存在的問題。

上節(jié)課我們得知兩個(gè)物體在碰撞前后動(dòng)量之和可能保持不變，但是每個(gè)物體的動(dòng)量很明顯發(fā)生了改變。

問題3：那么，某物體的動(dòng)量變化的原因是什么呢？（有學(xué)生回答是因?yàn)槭艿搅Γ╆P(guān)于這個(gè)問題，我們先不下定論，先來看一個(gè)實(shí)驗(yàn)。

2? ? 巧設(shè)體驗(yàn)，引發(fā)認(rèn)知沖突

在物理教學(xué)中，創(chuàng)設(shè)合適的教學(xué)情境，可以使抽象的物理概念和規(guī)律更加形象化，更易于學(xué)生理解。并且在教學(xué)過程中，教師注重學(xué)生的主體地位，讓學(xué)生親身體驗(yàn)，獲得直接經(jīng)驗(yàn)，有助于取得更好的教學(xué)效果[3]。

巧妙設(shè)計(jì)這個(gè)將燈泡砸向掛在空中的鐵皮的實(shí)驗(yàn)，使用一個(gè)燈絲已經(jīng)燒壞了的廢舊燈泡，為了避免可能產(chǎn)生的玻璃渣，用塑料袋將燈泡包裹起來。

在學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)前，教師向其交代注意事項(xiàng)，第一要用力，第二一定要砸在鐵皮上。數(shù)次砸到鐵皮上，燈泡不破[如圖1（a）所示]。然而，將燈泡砸向墻壁，僅僅一次燈泡就破了[如圖1（b）所示]。破碎的玻璃渣被塑料袋包住，未對(duì)環(huán)境造成不良影響，也未傷到任何人。

（a）? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（b）

這個(gè)實(shí)驗(yàn)與學(xué)生已有的觀念形成了強(qiáng)烈的認(rèn)知沖突。

按照建構(gòu)主義的觀點(diǎn)，學(xué)生進(jìn)行知識(shí)建構(gòu)時(shí)，存在“同化”和“順應(yīng)”兩種基本過程。就知識(shí)的順應(yīng)而言，新知識(shí)的獲得意味著舊的認(rèn)知圖式的改變。要改變學(xué)生的認(rèn)知圖式。教師首先應(yīng)該了解學(xué)生現(xiàn)有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，組織教學(xué)時(shí)要激發(fā)學(xué)生相關(guān)的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，然后去制造認(rèn)知的沖突，破壞原有圖式的平衡，讓學(xué)生在強(qiáng)烈的矛盾沖突中由“無疑”到“生疑”引起求知欲望。力圖找到新的平衡，實(shí)現(xiàn)順應(yīng)。由“有疑”到“釋疑”完成知識(shí)的建構(gòu)[4]。

問題4：燈泡砸到鐵皮上和砸到墻壁上效果完全不同，燈泡和鐵皮、墻壁分別碰撞時(shí)，哪種情況受到的力更大？（有學(xué)生回答和墻壁碰撞時(shí)受到的力更大）

問題5：為什么和墻壁碰撞受到的力更大呢？如果認(rèn)為兩次扔出燈泡的初速度基本相同，碰后速度幾乎降為零，則可以認(rèn)為燈泡動(dòng)量的改變是相同的，而燈泡受到的力卻不同，這說明燈泡動(dòng)量的變化除了與力有關(guān)，還應(yīng)該與其他因素有關(guān)，是哪些因素呢？（學(xué)生討論猜想發(fā)言：接觸面積、時(shí)間、速度、形變量、材質(zhì)、質(zhì)量）

3? ? 演繹推理，促進(jìn)抽象思維

有了諸多猜想之后，我們可以進(jìn)行理論推導(dǎo)，為了進(jìn)行推導(dǎo)，可以先建立以下情境模型：光滑水平面上有一質(zhì)量為m的物體向右運(yùn)動(dòng)，在向右的恒力F作用下，速度由v變?yōu)関'。

問題6：根據(jù)牛頓第二定律推導(dǎo)Δp（即mv'-mv）與力F及其他物理量有何關(guān)系？（用幻燈片展示學(xué)生的推演內(nèi)容）。

說明動(dòng)量的改變等于力和時(shí)間的乘積。動(dòng)量改變一定的情況下，作用的時(shí)間越長(zhǎng)，力就會(huì)越小。

問題7：哪位同學(xué)可以解釋燈泡不碎的原因？（生1回答，燈泡撞擊鐵皮時(shí)，作用的時(shí)間應(yīng)該比較長(zhǎng);生2回答，鐵皮移動(dòng)了，獲得了一定的動(dòng)量）

問題8：為什么作用的時(shí)間比較長(zhǎng)呢？（生2回答，因?yàn)殍F皮的后面是空的，鐵皮可以向后移動(dòng)，在移動(dòng)的過程中，燈泡和鐵皮的接觸時(shí)間就變長(zhǎng)了）

可以類比以前學(xué)習(xí)的內(nèi)容，力和位移的乘積我們把它叫做功，這里力和時(shí)間的乘積我們把它叫做沖量。動(dòng)能變化對(duì)應(yīng)功，動(dòng)量變化對(duì)應(yīng)沖量。

問題9：公式I=Ft中，F(xiàn)指的什么力？（生1回答拉力，生2回答合力）

教師作出評(píng)價(jià)，并板書：物體動(dòng)量的改變等于合力與時(shí)間的乘積（得出動(dòng)量定理）。

4? ? 歸納總結(jié)，提升認(rèn)知維度

問題10：如果運(yùn)動(dòng)過程是兩個(gè)勻變速過程，全過程物體動(dòng)量變化量與沖量有什么關(guān)系，如圖2所示？（學(xué)生推演、討論后回答）

問題11：如果運(yùn)動(dòng)過程是三個(gè)勻變速過程，動(dòng)量變化又與沖量有何關(guān)系呢？

問題12：如果運(yùn)動(dòng)過程是多個(gè)勻變速過程呢？

問題13：如果運(yùn)動(dòng)過程是變力作用過程呢？

學(xué)生在解決新場(chǎng)景問題時(shí)，總會(huì)自覺或不自覺地應(yīng)用已有的認(rèn)知去表征問題、歸類問題、尋找解決問題的圖式，而循序漸進(jìn)地建構(gòu)模型，則為遷移提供了前提，有利于讓學(xué)生抓住思維的錨點(diǎn)，逐層展開，層層遞進(jìn)[5]。因此，可以通過以上的層層問答，輔助學(xué)生的思維，實(shí)現(xiàn)螺旋式的上升。此教學(xué)片段對(duì)應(yīng)的學(xué)生思維活動(dòng)，可以通過圖2外顯出來。最終有利于知識(shí)體系建構(gòu)和思維躍遷之間的有效互動(dòng)，從而提升學(xué)生的思維品質(zhì)和認(rèn)知維度。

5? ? 應(yīng)用遷移，回歸生活物理

5.1? ? △p一定時(shí)，作用時(shí)間越長(zhǎng)，作用力越小

問題14：如果讓雞蛋從這個(gè)高度落下，雞蛋會(huì)碎裂嗎？（用塑料袋將雞蛋包起來）

演示雞蛋落到泡沫里并未碎裂的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生體會(huì)到雞蛋落到泡沫里作用時(shí)間較長(zhǎng)的形象思維。展示圖3中的圖片，試著讓學(xué)生來解釋它的用處和蘊(yùn)含的物理知識(shí)，訓(xùn)練學(xué)生會(huì)用科學(xué)語言表達(dá)自然的能力和意識(shí)。

5.2? △p一定時(shí)，作用時(shí)間越短，作用力越大

問題15：以上的例子都是通過延長(zhǎng)時(shí)間減小力，有沒有通過縮短時(shí)間增大力的案例呢？（敲釘子，如圖4所示，讓學(xué)生來解釋）

師：這節(jié)課，我們認(rèn)識(shí)了動(dòng)量，學(xué)習(xí)了動(dòng)量定理，知道了物體動(dòng)量的變化取決于合力和時(shí)間的乘積，生活中有很多現(xiàn)象都可以用動(dòng)量定理來解釋，我們要學(xué)會(huì)用物理的眼光去觀察和認(rèn)識(shí)生活中的現(xiàn)象，物理源自于生活，而又服務(wù)于生活，生活其實(shí)就是一部豐富的物理書。同學(xué)們用心去體會(huì)一定會(huì)發(fā)現(xiàn)我們的生活其樂無窮。

參考文獻(xiàn)：

[1]王耀村.面向核心素養(yǎng)的科學(xué)課程建構(gòu)與教學(xué)建議[J].物理教學(xué)，2018，40（8）：1-4.

[2]楊春生.基于核心素養(yǎng)的原始物理問題編制策略實(shí)踐研究[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2018，47（8）：1-3.

[3]王勝華，侯恕.高中物理課堂教學(xué)情境創(chuàng)設(shè)的研究——以“牛頓第一定律”為例[J].物理教學(xué)探討，2017，35（2）：19-20.

[4]吳愛林.設(shè)置認(rèn)知沖突 實(shí)現(xiàn)知識(shí)順應(yīng)[J].中學(xué)物理，2014，32（4）：26-27.

[5]趙瑩.基于問題解決的科學(xué)思維培育策略[J].物理教師，2020，41（1）：23-26.

（欄目編輯? ? 趙保鋼）