鄭成績(jī) 陳祖標(biāo)

摘 要：在新時(shí)代不斷叩問(wèn)中學(xué)物理之“難”過(guò)程中，福師大陳祖標(biāo)團(tuán)隊(duì)直擊問(wèn)題形成的過(guò)程、緣由及機(jī)制，提出破解物理之“難”的方法和路徑，建構(gòu)了物理思維“三重融合”模型.本文以“來(lái)自地球的力”為例，詮釋“三重模型”架構(gòu)下的初中物理教學(xué)改革與創(chuàng)新，力求起到“畫(huà)像、導(dǎo)航、評(píng)價(jià)”的作用.

關(guān)鍵詞：物理思維;物理教學(xué);學(xué)科素養(yǎng)

中圖分類號(hào)：G6337 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1008-4134（2021）08-0013-04

基金項(xiàng)目：福建省教育科學(xué)規(guī)劃課題“基于初高銜接的數(shù)理協(xié)同前置課程模塊的研究與實(shí)踐”（項(xiàng)目編號(hào)：FJJKCGZ19-290）.

作者簡(jiǎn)介：鄭成績(jī)（1972-），男，福建晉江人，本科，中學(xué)高級(jí)教師，研究方向：教學(xué)行為研究;

陳祖標(biāo)（1965-），男，福建南安人，本科，副研究員，研究方向：基礎(chǔ)教育與教師教育.

調(diào)研表明，對(duì)于大多數(shù)學(xué)不好物理的學(xué)生來(lái)說(shuō)，學(xué)習(xí)物理的困難主要表現(xiàn)為三個(gè)“賭點(diǎn)”：一是學(xué)生看不懂題目;二是不懂畫(huà)圖建模;三是不懂得列式運(yùn)算.在新時(shí)代不斷叩問(wèn)中學(xué)物理之“難”過(guò)程中，福師大陳祖標(biāo)團(tuán)隊(duì)直擊問(wèn)題形成的過(guò)程、緣由及機(jī)制，提出破解物理之“難”的方法和路徑，建構(gòu)了物理思維“三重融合”模型（如圖1所示）.在心理學(xué)中，根據(jù)思維任務(wù)的性質(zhì)、內(nèi)容和解決問(wèn)題的方法不同，一般將思維分為實(shí)踐思維（具物思維）、形象思維（具象思維）和邏輯思維（抽象思維）.實(shí)踐思維是指以實(shí)際動(dòng)作為支柱的思維;形象思維是指以事物的具體形象和表象為支柱的思維;邏輯思維則是以概念、判斷、推理等形式進(jìn)行的思維.將思維的三種形態(tài)，與學(xué)生遇到的三個(gè)“堵點(diǎn)”，交互分析比對(duì)時(shí)發(fā)現(xiàn)： 三種思維與“三個(gè)堵點(diǎn)”恰好一一對(duì)應(yīng)起來(lái)了.第一個(gè)“堵點(diǎn)”對(duì)應(yīng)實(shí)踐思維，第二個(gè)“堵點(diǎn)”對(duì)應(yīng)形象思維，第三個(gè)“堵點(diǎn)”對(duì)應(yīng)邏輯思維.第一個(gè)“堵點(diǎn)”呈現(xiàn)出來(lái)的情況，說(shuō)明是學(xué)生的實(shí)踐思維出了問(wèn)題，而實(shí)踐思維出問(wèn)題的原因，則可以合理性地推斷是由于“以實(shí)際動(dòng)作為支柱”的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)（主要是實(shí)驗(yàn)）要么是缺失了，要么是學(xué)生還沒(méi)有從實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)操練中真正理解和掌握實(shí)驗(yàn)的目的與要義;第二個(gè)“堵點(diǎn)”的情況，則說(shuō)明是學(xué)生的形象思維出了問(wèn)題，而形象思維出問(wèn)題的原因，則要么是“以事物的具體形象和表象為支柱”的物理建模（主要是畫(huà)圖、作圖和圖示）出問(wèn)題了，要么是不會(huì)畫(huà)圖建模，要么就是在圖示中沒(méi)能準(zhǔn)確地表達(dá)出來(lái);第三個(gè)“堵點(diǎn)”的情況，對(duì)應(yīng)的是邏輯思維出了問(wèn)題，而邏輯思維出問(wèn)題的原因，往往是要么“以概念、判斷、推理等形式進(jìn)行”的邏輯演算（主要是公式、定理及列式運(yùn)算）出問(wèn)題了，要么是學(xué)生列式運(yùn)算不正確，很大可能性就是結(jié)果算錯(cuò)了.

在發(fā)現(xiàn)“賭點(diǎn)”找出“原因”后，采取的“對(duì)策”是：精心創(chuàng)設(shè)對(duì)應(yīng)的三個(gè)場(chǎng)景：現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景、物理場(chǎng)景和數(shù)理場(chǎng)景.第一個(gè)場(chǎng)景是“現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景”，即看題讀題，掌握問(wèn)題的關(guān)鍵;第二個(gè)場(chǎng)景是“物理場(chǎng)景”，即畫(huà)圖建模，找到解決問(wèn)題的方法和路徑;第三個(gè)場(chǎng)景是“數(shù)理場(chǎng)景”，即列式運(yùn)算，求得問(wèn)題的最終結(jié)果.

“三重融合”簡(jiǎn)而言之，就是要求教師和學(xué)生必須結(jié)成“學(xué)習(xí)共同體”，將解決物理問(wèn)題時(shí)需要穿越的“三個(gè)場(chǎng)景”以及由此可能生成的三道無(wú)形的“障礙”，在有可能形成有形的“路障”之前，要千方百計(jì)把它排除掉，讓“障礙”不再形成“路障”，而沒(méi)有了“路障”，當(dāng)然也就沒(méi)有了“堵點(diǎn)”，沒(méi)有了“堵點(diǎn)”，學(xué)習(xí)也就不存在困難和問(wèn)題了，“三個(gè)場(chǎng)景”不就因此“三重融合”成了單一的“大物理場(chǎng)景”了嗎？所謂的物理之“難”，相信已不再是難事了.

“三重融合”場(chǎng)景視目標(biāo)、學(xué)情、內(nèi)容靈活創(chuàng)設(shè)與應(yīng)用，并非每節(jié)課都要面面俱到、平均用力.筆者以滬科版教材八年級(jí)“來(lái)自地球的力”為例，詮釋“三重模型”架構(gòu)下的初中物理教學(xué)改革與創(chuàng)新，力求起到“畫(huà)像、導(dǎo)航、評(píng)價(jià)”的作用，案例中將“場(chǎng)景”表述為“情境”.

1 基于“三重融合”模型的教學(xué)案例：“來(lái)自地球的力”

1.1 教學(xué)目標(biāo)

通過(guò)簡(jiǎn)單的任務(wù)設(shè)計(jì)，培育學(xué)生物理觀念.通過(guò)提出問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維.通過(guò)實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力.

1.2 設(shè)計(jì)理念

知識(shí)問(wèn)題化，問(wèn)題情景化，在生成與互動(dòng)中落實(shí)素養(yǎng)目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析、綜合、評(píng)價(jià)的高階思維能力.

1.3 教學(xué)用具

測(cè)力計(jì)、電子秤、三角板、鐵架臺(tái)等.

1.4 教學(xué)過(guò)程

1.4.1 情境創(chuàng)設(shè)

師：“同學(xué)們，今天我們探討的課題是‘來(lái)自地球的力，首先請(qǐng)看屏幕.”隨即屏幕出現(xiàn)一個(gè)蘋(píng)果，接著又出現(xiàn)牛頓（如圖2所示），緊接著追問(wèn)“你們聯(lián)想到什么？”

生： 很快進(jìn)入牛頓與蘋(píng)果的故事情境，并且與同學(xué)分享.

師：在學(xué)生情緒得到調(diào)動(dòng)時(shí)候，教師簡(jiǎn)要介紹牛頓的輝煌成就：發(fā)明了微積分，寫(xiě)出了《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》這本巨著，奠定了經(jīng)典物理基礎(chǔ).以此塑造牛頓的“牛人”形象，并暗示學(xué)生：本節(jié)課老師將帶領(lǐng)大家循著牛頓的思考路線去探究問(wèn)題的本源，感受“牛人”的思考，努力使自己也能成為“牛人”.

該環(huán)節(jié)旨在用科普或故事的方式引入課題，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生參與課堂的積極性、主動(dòng)性.

1.4.2 問(wèn)題引領(lǐng)

師：牛頓思考蘋(píng)果為何不飛天上去，而落向地面？探究這個(gè)問(wèn)題還得從“什么是力？”談起，什么是力？

生：“力是物體對(duì)物體的作用.”學(xué)生回答干脆利落，可是當(dāng)老師追問(wèn)“什么是作用”時(shí)，教室一片安靜.

師：其實(shí)，教材中對(duì)力的定義是很費(fèi)解的，請(qǐng)看國(guó)外教材是如何定義力的（如圖3所示）.

師生：教師邀請(qǐng)英語(yǔ)科代表讀一下英文句子，讀不來(lái).這時(shí)教師用流利的英語(yǔ)給學(xué)生做示范，學(xué)生欽佩之情溢于言表，接著教師用圖解的形式解釋什么是力，學(xué)生心領(lǐng)神會(huì)，紛紛“哦”表示已經(jīng)頓悟.教師趁熱打鐵，提醒學(xué)生注意觀察桌上的一瓶礦泉水處于靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)用手拉它的時(shí)候，礦泉水運(yùn)動(dòng)起來(lái).學(xué)生通過(guò)觀察思考，很快領(lǐng)悟到：礦泉水瓶運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變，是受到手的拉力，施力物體是手.請(qǐng)學(xué)生繼續(xù)觀察拿在手上的礦泉水瓶處于靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)松手后瓶子落向地面.學(xué)生受前面啟發(fā)可以獨(dú)立分析原因：礦泉水瓶運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化，是地球把礦泉水瓶拉向地面，施力物體是地球.教師肯定學(xué)生的分析并引出課題：來(lái)自地球的力——重力.

該環(huán)節(jié)從學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)出發(fā)，通過(guò)創(chuàng)設(shè)現(xiàn)實(shí)情境，啟發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)重力，同時(shí)進(jìn)一步理解“什么是力”，培養(yǎng)學(xué)生用力的作用效果分析力的物理觀念.

師：重力也屬于力，力有影響作用效果的“三要素”，那么重力的“三要素”如何呢？

生：能正確回答力的三要素：力的大小、方向、作用點(diǎn)，但重力的方向有的回答“向下”，有的說(shuō)是“垂直向下”.

師：針對(duì)學(xué)生存在的普遍的錯(cuò)誤認(rèn)知，教師設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，師生共同探究重力方向.

師生：教師將事先泡好的紅茶倒入空礦泉水瓶，蓋緊瓶蓋，再次讓學(xué)生觀察瓶子下落的過(guò)程，強(qiáng)調(diào)瓶子下落的方向即是重力的方向.因瓶子下落快，觀察有一定困難，特別是運(yùn)動(dòng)軌跡不明晰.這時(shí)教師用繩子綁住礦泉水瓶，請(qǐng)一位學(xué)生握住繩子一端，提著礦泉水瓶，引導(dǎo)學(xué)生觀察：瓶子現(xiàn)在的狀態(tài)就是它下落到這個(gè)位置的“定格”，繩子就是瓶子下落的軌跡，這樣重力的方向就“可視化”了，這樣的方向叫“豎直向下”.請(qǐng)學(xué)生提著礦泉水瓶緊貼黑板，用粉筆畫(huà)出水平面位置和繩子位置（如圖4所示）.豎直向下方向是垂直水平面向下，若是垂直于斜面向下（鐵架臺(tái)置于斜面上），就不是豎直向下（如圖5所示），所以“豎直向下”不能改成“垂直向下或向下”.

該環(huán)節(jié)由學(xué)生當(dāng)場(chǎng)反饋的錯(cuò)誤認(rèn)知入手，創(chuàng)設(shè)現(xiàn)實(shí)情境，以具物化表征重力方向，讓重力方向“可視化”，并用對(duì)比方式直觀呈現(xiàn)“垂直向下”與“豎直向下”的區(qū)別和聯(lián)系，符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，習(xí)得效果較好.

師：利用重力方向總是“豎直向下”，可以設(shè)計(jì)“重錘線”和“水平儀”.剛才繩子綁上礦泉水瓶的裝置就是“重錘線”，若把繩子另一端固定在直角三角板的一頂點(diǎn)上（非直角頂點(diǎn)），就做成“水平儀”，那么它們?cè)谏钪杏惺裁磻?yīng)用呢？

生：在教師講解展示的基礎(chǔ)上，學(xué)生聯(lián)系實(shí)際，聯(lián)系生活，都可以例舉出生活中的應(yīng)用實(shí)例.

師：肯定學(xué)生的精彩表現(xiàn)，引出重力的作用點(diǎn)——重心，介紹物體重心位置，對(duì)于質(zhì)量分布均勻并有規(guī)則幾何外形的物體，重心在物體的幾何中心，對(duì)于不規(guī)則物體可以用“懸掛法”或“支撐法”找重心.

師生：共同體驗(yàn)找到不規(guī)則紙板的重心和圓珠筆的重心，用手指支撐在重心位置，物體處于穩(wěn)定狀態(tài).

師：體驗(yàn)之后，請(qǐng)學(xué)生思考三個(gè)問(wèn)題：（1）重心位置一定在物體上嗎？（2）重心位置會(huì)變化嗎？（3）如何提高穩(wěn)度？

生：以小組合作形式探討以上問(wèn)題，小組代表發(fā)言.

師：在學(xué)生思考、表達(dá)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)設(shè)情境解決問(wèn)題.首先，徒手在黑板畫(huà)圓（學(xué)生很驚訝），并引導(dǎo)學(xué)生思考如果這圓代表實(shí)心球，那么重心在球上，如果這圓是籃球、排球、乒乓球呢？這時(shí)候球心是空心，重心不在物體上，所以重心不一定在物體上.其次，以跳高為例，跨越式（如圖6所示）跳高運(yùn)動(dòng)員必須讓重心高于橫桿才能跳過(guò)，而背躍式（如圖7所示）運(yùn)動(dòng)員的重心在橫桿之下就能跳過(guò).跳同樣的高度，背躍式重心更低，可見(jiàn)重心是可以改變的.

師生：請(qǐng)一位學(xué)生站到講臺(tái)前，單腳站立時(shí)輕輕一推身體就會(huì)晃動(dòng)，可雙腳站立時(shí)卻不容易推動(dòng).學(xué)生受到啟發(fā)：在重心位置不變時(shí)，穩(wěn)度與支撐面有關(guān)，增大支撐面可以提高穩(wěn)度.接著，請(qǐng)全體學(xué)生想辦法讓手中的圓珠筆立在指尖上，學(xué)生興趣很濃可是無(wú)人能做到，這時(shí)教師用小刀作配重，圓珠筆穩(wěn)站指尖（如圖8所示）.觀察現(xiàn)象后，學(xué)生既感興趣又茫然，處于“憤悱”狀態(tài)，教師及時(shí)啟發(fā)：把小刀和筆看成整體，重心降低，穩(wěn)度提高，從而得出結(jié)論：在支撐面不變時(shí)，降低重心可以提高穩(wěn)度.為了讓課堂氣氛輕松些，順便展示人的最穩(wěn)姿勢(shì)（如圖9所示），學(xué)生在笑聲中“悟道”，效果很好.

該環(huán)節(jié)除了落實(shí)“從生活走向物理，從物理走向社會(huì)”的理念外，更重要的是通過(guò)現(xiàn)實(shí)情境中穩(wěn)度的探究，讓學(xué)生再次體會(huì)“控制變量法”的應(yīng)用.

師：下面探究重力的大小與物體質(zhì)量的關(guān)系，請(qǐng)兩個(gè)學(xué)生幫忙測(cè)量物體的質(zhì)量和重力并記錄數(shù)據(jù).為了提高實(shí)驗(yàn)的精確度，使用數(shù)顯測(cè)力計(jì)測(cè)重力，電子秤測(cè)質(zhì)量.

師生：教師收集學(xué)生隨機(jī)提供的小物件，有鑰匙鏈、小剪刀、文具袋、運(yùn)動(dòng)手環(huán)等.一位同學(xué)測(cè)量質(zhì)量和重力，另一同學(xué)現(xiàn)場(chǎng)將數(shù)據(jù)錄入電腦Excel表格，其他學(xué)生觀摩過(guò)程并記錄數(shù)據(jù)（如圖10所示）.

師：請(qǐng)學(xué)生認(rèn)真觀察數(shù)據(jù)，找出規(guī)律.

生：因?yàn)樗@取的數(shù)據(jù)是隨機(jī)的，學(xué)生雖然認(rèn)真觀察，但還是找不到規(guī)律.

師：適時(shí)點(diǎn)撥數(shù)據(jù)分析的方法：可以用物理量相乘或相除的方法試試.

師生：用電腦Excel表格處理數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)處理數(shù)據(jù)的分析，很快得出結(jié)果（如圖11所示）.發(fā)現(xiàn)：G與m的比值是個(gè)定值98N/kg.

師：這是個(gè)重大發(fā)現(xiàn)，物理中把G與m的比值叫重力加速度，記為g，則G/m=g=9.8N/kg，可以寫(xiě)成G=mg，說(shuō)明：物體所受的重力跟它的質(zhì)量成正比.

師生：共同回顧之前學(xué)過(guò)的比值定義法定義的物理量：v=st .

師：其實(shí)，對(duì)于數(shù)據(jù)的處理還有一種方法“圖像法”，請(qǐng)用描點(diǎn)法畫(huà)出“G-m”圖像.

師生：教師巡視、指導(dǎo).學(xué)生完成作圖后，教師用插入圖像的辦法得到圖像（如圖12所示）.

師：圖像呈現(xiàn)是直線并且通過(guò)原點(diǎn)，表明G與m成正比.

該環(huán)節(jié)主要?jiǎng)?chuàng)設(shè)“物理情境”介紹“比值定義法”和物理思維——具象思維的數(shù)形化，通過(guò)數(shù)形結(jié)合，有效處理數(shù)據(jù)，直觀呈現(xiàn)物理規(guī)律，這些方法的掌握和能力的培養(yǎng)為今后高中的物理學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)，體現(xiàn)了初高銜接，落實(shí)了“物理觀念、科學(xué)探究、科學(xué)思維、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”的學(xué)科素養(yǎng).

1.4.3 目標(biāo)檢測(cè)

師：組織觀看微視頻“高空走鋼絲”，并要求學(xué)生思考回答“為什么表演者要拿一根長(zhǎng)棒”？

生：感受驚險(xiǎn)一幕的同時(shí)能明白：這是降低重心，提高穩(wěn)度.

師：給學(xué)生點(diǎn)贊的同時(shí)播放第二個(gè)視頻“宇航員在月球上行走”，要求學(xué)生觀察后完成以下題目：

月球?qū)σ粋€(gè)物體的吸引力只有地球?qū)υ撐矬w的吸引的六分之一.在地球上用彈簧測(cè)力計(jì)稱得一個(gè)物體的物重是9.8 N，問(wèn)：

（1）這個(gè)物體在月球上的物重是多少？

（2）它在月球上的質(zhì)量是多大？

該環(huán)節(jié)旨在創(chuàng)設(shè)數(shù)理情境，檢測(cè)教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成情況.發(fā)現(xiàn)三分之二左右學(xué)生能學(xué)以致用，部分學(xué)生認(rèn)為月球上吸引力變小是因?yàn)橘|(zhì)量變小.教師針對(duì)學(xué)生的錯(cuò)誤認(rèn)知，強(qiáng)調(diào)質(zhì)量不隨位置變化的屬性，并根據(jù)公式G=mg分析出原因是g月=g地/6.

1.4.4 課后延伸

依托福建省教育資源公共服務(wù)平臺(tái)應(yīng)用APP向?qū)W生推送作業(yè)：（1）根據(jù)自己的體重估算受到的重力，畫(huà)出重力示意圖;（2）端坐時(shí)，身體不前傾，小腿與大腿保持垂直，能站起來(lái)嗎？如何能站起來(lái)？為什么？

2 教學(xué)反思

教育部2017年印發(fā)《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》指出：學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)科育人價(jià)值的集中體現(xiàn)，是學(xué)生通過(guò)學(xué)科學(xué)習(xí)而逐步形成的正確價(jià)值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力.物理學(xué)科核心素養(yǎng)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.“三重融合”與物理學(xué)科核心素養(yǎng)是相契合的，可以說(shuō)，物理課的教與學(xué)，其實(shí)就是在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究，掌握學(xué)習(xí)方法，鍛造科學(xué)思維，形成物理觀念，養(yǎng)成科學(xué)態(tài)度，并為日后擔(dān)當(dāng)作為或科學(xué)發(fā)現(xiàn)奠基鋪路的基礎(chǔ).

參考文獻(xiàn)：

[1]陳祖標(biāo).中學(xué)物理之“難”：溯源、探微、建模與主張[J].福建基礎(chǔ)教育研究，2020（02）：4-9+20.

[2]楊萬(wàn)勝.有關(guān)新形勢(shì)下初中物理教學(xué)改革與創(chuàng)新[J].課程教育研究，2020（15）：170-171.

[3]葉樹(shù)英.基于新課改下初中物理教學(xué)創(chuàng)新思路[J].新課程（中學(xué)），2019（12）：182.

[4]彭聃齡.普通心理學(xué)[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2012.

[5]中華人民共和國(guó)教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.

（收稿日期：2020-12-01）