“影視資源”在高中物理核心素養(yǎng)之科學(xué)思維形成中的應(yīng)用策略

【摘 要】本文利用“影視資源”創(chuàng)設(shè)若干個(gè)物理情境，讓學(xué)生在合作與交流的過(guò)程中利用物理觀念提出有效問(wèn)題，再在解決問(wèn)題的過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維與實(shí)驗(yàn)探究的能力，從而實(shí)現(xiàn)物理核心素養(yǎng)的養(yǎng)成。

【關(guān)鍵詞】 影視資源 核心素養(yǎng) 物理情景 物理觀念 科學(xué)思維 建模能力

物理核心素養(yǎng)是學(xué)生在接受物理教育過(guò)程中逐步形成的適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力，是學(xué)生通過(guò)物理學(xué)習(xí)內(nèi)化的帶有物理學(xué)科特性的品質(zhì)，是學(xué)生物理核心素養(yǎng)的關(guān)鍵成分[1]。高中物理核心素養(yǎng)主要由“物理觀念與應(yīng)用”“科學(xué)思維與創(chuàng)新”“科學(xué)探究與交流”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”等四個(gè)方面的要素構(gòu)成[2]。其中“科學(xué)思維”主要指高中物理中重要的思維方法，包括建模的思想、理想化方法、分析綜合、抽象概括、批判性思維、推理論證等思維與方法； 物理課本中的有些知識(shí)如電磁場(chǎng)本身就看不見(jiàn)摸不著，很抽象難以感受的到?？茖W(xué)思維方法的形成一方面要在課堂簡(jiǎn)單情景中學(xué)習(xí)時(shí)生成，但更需要在新情景的應(yīng)用中得以提升，特別是建模能力及分析綜合能力的提升需要。

影視作為一門(mén)集視聽(tīng)娛樂(lè)于一體的綜合性的現(xiàn)代藝術(shù)，也是現(xiàn)實(shí)生活的縮影，無(wú)論是從制作過(guò)程還是從畫(huà)面內(nèi)容上來(lái)看，影視中都蘊(yùn)藏了大量的科學(xué)素材，從這些影視資源中鑒別和吸取出有價(jià)值的物理素材是一個(gè)拓寬課程資源的可行途徑[3]。對(duì)于物理學(xué)科而言，如何創(chuàng)造性地開(kāi)發(fā)和應(yīng)用影視中的這些素材，設(shè)計(jì)出影視資源與中學(xué)物理教學(xué)整合的有效案例使其在培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)揮一定的作用呢？經(jīng)過(guò)近兩年的研究，筆者認(rèn)為影視資源在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維形成中的應(yīng)用時(shí)可采用以下策略：

1、利用影視資源培養(yǎng)建模能力

建模能力的培養(yǎng)過(guò)程需要學(xué)生使用物理思想方法將物理中的概念、定理和法則等應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)生活中。物理思想方法就是我們建立模型的靈魂，物理情景就是材料，物理中的概念、定理和法則就是建模的工具。建模的過(guò)程是學(xué)生自發(fā)的、有策略的將物理知識(shí)應(yīng)用于物理情景的過(guò)程。處理物理情景將將其是實(shí)現(xiàn)物理知識(shí)“四化”的具體體現(xiàn)，這需要學(xué)生在完全陌生的環(huán)境中建立起物理模型，并將物理知識(shí)和物理思想方法運(yùn)用其中。由此可見(jiàn)，建模能力的培養(yǎng)在物理核心素養(yǎng)養(yǎng)成中的重要地位。物理觀念和物理思想方法融合于物理概念、定理、公式、法則、定義之中，這是它們的精神和靈魂，同時(shí)物理思想方法是形成物理觀念的前提。在物理學(xué)習(xí)中，物理思想方法的掌握、物理觀念的形成是使物理知識(shí)條件化、結(jié)構(gòu)化、自動(dòng)化和策略化的關(guān)鍵。

《電磁感應(yīng)》是高中物理課本中的重要知識(shí)，電磁感應(yīng)現(xiàn)象在實(shí)驗(yàn)室中演示功能很有限，這些實(shí)驗(yàn)僅能有助于讓學(xué)生掌握物理知識(shí)，但將物理知識(shí)轉(zhuǎn)化為物理觀念的功能有限。但如何才能通過(guò)其學(xué)習(xí)才能將物理知識(shí)轉(zhuǎn)化為物理觀念呢，為了培養(yǎng)學(xué)生在知識(shí)的應(yīng)用過(guò)程中，利用筆者就借用了《變形金剛》中的一個(gè)片段創(chuàng)設(shè)了電磁炮的發(fā)射情景（圖1），學(xué)生很自然的想知道電磁炮工作原理。在激發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)興趣后，讓學(xué)生應(yīng)用已知的物理知識(shí)，在新情景中建立物理模型，在利用網(wǎng)絡(luò)查找對(duì)比物理模型從而驗(yàn)證建立模型的正確性，圖2為一網(wǎng)絡(luò)上的電磁炮模型。

2、將抽象的模型理想化處理

在物理科學(xué)的發(fā)展過(guò)程中理想物理模型的建立是一種重要的物理思想方法。理想物理模型的建立要求建立模型的過(guò)程中抓住主要問(wèn)題，忽略次要矛盾，盡可能的把復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化，做到科學(xué)的抽象。這個(gè)過(guò)程在教學(xué)中往往被老師包辦了，學(xué)生的并不知道理想化的目的所在，更談不上理想化處理的策略，可這種理想化處理的策略正是物理核心素養(yǎng)之一。如何才能更好的培養(yǎng)關(guān)鍵在于抓住主要問(wèn)題，下面以電磁炮模型的建立為例談?wù)劷⒌牟呗?。電磁炮的關(guān)鍵在于如何發(fā)射，其動(dòng)力來(lái)源在哪里？學(xué)生帶著這個(gè)問(wèn)題就會(huì)想到滑塊受到安培力，可是磁場(chǎng)從哪里來(lái)？從軌道的電流中產(chǎn)生。這就涉及到電流周?chē)拇艌?chǎng)是非均勻的，且距導(dǎo)線越遠(yuǎn)處磁場(chǎng)越弱。可是由于滑塊的長(zhǎng)度是較小的，為了抓住主要問(wèn)題，就可以忽略磁場(chǎng)的變化了，那么還受哪些力呢？自然想到了重力和摩擦力，為了突出主要問(wèn)題就可以提出金屬桿水平和忽略摩擦力這些理想化條件了，具體處理過(guò)程如下表所示。學(xué)生只有在這種解決問(wèn)題的驅(qū)動(dòng)中進(jìn)行理想化處理才能真正提升其科學(xué)思維素養(yǎng)。

表1 理想化處理

理想化處理 處理目的

第1次處理 滑塊所在位置始終可以簡(jiǎn)化為勻強(qiáng)磁場(chǎng) 忽略磁場(chǎng)的變化

第2次處理 平行金屬導(dǎo)軌沿水平方向固定 忽略重力在金屬導(dǎo)軌方向上的分力

第3次處理 滑塊可沿導(dǎo)軌無(wú)摩擦滑行 忽略摩擦力

經(jīng)過(guò)3次理想處理后，得到了一個(gè)處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中水平導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)的單桿模型

3、利用影視資源培養(yǎng)分析綜合能力

理想化模型建立后就需要學(xué)生應(yīng)用所學(xué)的物理知識(shí)及物理思想方法對(duì)模型進(jìn)行分析綜合、推理論證，能過(guò)抽象概括其中的物理現(xiàn)象和規(guī)律，甚至批判性的提出一些問(wèn)題和改進(jìn)的措施，整個(gè)分析過(guò)程就是科學(xué)思維與創(chuàng)新這一核心素養(yǎng)的形成過(guò)程。為了讓學(xué)生能夠動(dòng)手計(jì)算推導(dǎo)自己建立的模型，筆者引用了北京市高考題中的關(guān)于電磁炮模型（圖3）的一些數(shù)據(jù)如：勻強(qiáng)磁場(chǎng)，方向垂直于紙面，其強(qiáng)度與電流的關(guān)系為B=kI，比例常量k=2.5×10-6T/A。兩導(dǎo)軌內(nèi)側(cè)間距l(xiāng)=1.5cm，滑塊的質(zhì)量m=30g，滑塊沿導(dǎo)軌滑行5m后獲得的發(fā)射速度v=3.0km/s（此過(guò)程視為勻加速運(yùn)動(dòng)）等， 圖3

同時(shí)給學(xué)生提出了（1）求發(fā)射過(guò)程中電源提供的電流強(qiáng)度（2）若電源輸出的能量有4%轉(zhuǎn)換為滑塊的動(dòng)能，則發(fā)射過(guò)程中電源的輸出功率和輸出電壓各是多大？（3）若此滑塊射出后隨即以速度v沿水平方向擊中放在水平面上的砂箱，它嵌入砂箱的深度為s'。設(shè)砂箱質(zhì)量為M，滑塊質(zhì)量為m，不計(jì)砂箱與水平面之間的摩擦。求滑塊對(duì)砂箱平均沖擊力的表達(dá)式。

在這些問(wèn)題的分析過(guò)程中，讓學(xué)生經(jīng)過(guò)建模和理論計(jì)算等科學(xué)思維過(guò)程將牛頓運(yùn)動(dòng)定律、能量和動(dòng)量等等高中物理主干知識(shí)應(yīng)用于電磁炮模型之中，在這個(gè)過(guò)程中就要利用較高水平的思想活動(dòng)應(yīng)用物理知識(shí)中蘊(yùn)含的思想、觀點(diǎn)和方法，從而提升了科學(xué)思維與創(chuàng)新這一核心素養(yǎng)。

由影視資源拋出一個(gè)現(xiàn)實(shí)生活中的場(chǎng)景，學(xué)生應(yīng)用建模、理想化處理及分析綜合等科學(xué)思維方式來(lái)處理生活中的物理。模型的研究有著開(kāi)放性的問(wèn)題和科學(xué)的思維方式，有效的提升了科學(xué)思維與創(chuàng)新這一核心素養(yǎng)，還更大程度地調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和探索發(fā)現(xiàn)的積極性。

參考文獻(xiàn)

[1]林明華. 積極探索基于核心素養(yǎng)理念下的物理教學(xué)[J].中學(xué)物理，2016（2）.

[2]林明華.高中物理核心素養(yǎng)的內(nèi)涵與培養(yǎng)途徑[J].福建基礎(chǔ)教育研究，2016（2）.

[3]洪家旺.初中物理視頻資源的開(kāi)發(fā)和利用探析[J].教學(xué)研究，2015（9）.

作者簡(jiǎn)介

姓名：吳旭東出生年：1980年

性別：男

學(xué)歷：研究生學(xué)歷

職稱(chēng)：中學(xué)一級(jí)

研究方向：中學(xué)物理教學(xué)研究