探討物理概念 培養(yǎng)核心素養(yǎng)①
——以“線速度”教學(xué)為例

(1. 廣東省汕頭市實驗學(xué)校，廣東 汕頭 515041;2. 廣東省佛岡縣第一中學(xué)，廣東 清遠(yuǎn) 511600)

探討物理概念培養(yǎng)核心素養(yǎng)①
——以“線速度”教學(xué)為例

董友軍1周長春2

(1. 廣東省汕頭市實驗學(xué)校，廣東 汕頭 515041;2. 廣東省佛岡縣第一中學(xué)，廣東 清遠(yuǎn) 511600)

介紹人教版物理課本對線速度概念的相關(guān)描述，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)教材中存在的問題，通過師生合作學(xué)習(xí)方式，組織學(xué)生展開探討，最終建立起線速度的正確概念，從而培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。

線速度；物理概念；核心素養(yǎng)

物理概念是研究物理學(xué)的起點，若物理概念的定義不清晰，人們對自然現(xiàn)象的描述就會不準(zhǔn)確，從而阻礙物理學(xué)的發(fā)展。本文以探討“線速度”教學(xué)為例，探討在課堂教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的策略。

1 教材中“線速度”概念的敘述

筆者查閱了近三十年的人教版物理教材，線速度的概念有以下兩種敘述。

圖1

從以上描述可以看出：人教版教材把線速度都定義為弧長與時間的比值，并指出線速度就是瞬時速度，且是矢量，有大小也有方向。

2 “線速度”概念的邏輯錯誤

筆者要上汕頭市公開課，內(nèi)容為“圓周運動”，所以備課特別認(rèn)真，竟然發(fā)現(xiàn)人教版線速度概念的描述存在邏輯錯誤：線速度定義為弧長與時間的比值，弧長和時間是標(biāo)量，線速度應(yīng)是標(biāo)量，教材為何說線速度是矢量呢？

筆者的第一反應(yīng)是直接指出教材的邏輯錯誤，但轉(zhuǎn)念一想，教材在中學(xué)生心中權(quán)威最大，若直接指出，估計難以讓學(xué)生信服，不如引導(dǎo)學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)教材中的問題，進(jìn)而更正教材錯誤，從而建立線速度的正確概念，筆者認(rèn)為這個探討過程比概念本身對學(xué)生更有意義。

3 “線速度”概念的教學(xué)過程

培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)是高中物理教學(xué)的方向，探討線速度的概念是培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)非常寶貴的素材，因此，筆者認(rèn)真設(shè)計教學(xué)過程，嘗試在課堂中落實物理核心素養(yǎng)教育目標(biāo)。

隨后筆者采用合作教學(xué)模式，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)并解決問題。

師：教材對線速度的描述存在一些問題，給大家5分鐘時間，看能否找出？

生：老師，我認(rèn)為教材中“弧長Δs也就是物體由A到B的位移Δl”的說法是錯誤的。

師：為什么？

生：因為弧長是圓弧的長度，有大小無方向，是標(biāo)量，而位移是由起點指向終點的有向線段，有大小也有方向，是矢量。所以不能說“弧長Δs也就是物體由A到B的位移Δl”，而應(yīng)該說“弧長Δs與物體由A到B的位移Δl的大小相等”。

師：非常好！不但發(fā)現(xiàn)了問題，而且能夠說明原因，并提出解決方案，給你點贊！

師：大家繼續(xù)思考，還有一處錯誤。

幾分鐘過去了，還是沒有學(xué)生發(fā)現(xiàn)線速度的邏輯錯誤。

師：位移是矢量，時間是標(biāo)量，位移與時間的比值是速度，速度是矢量，其方向與位移的方向相同。速度的變化是矢量，時間是標(biāo)量，速度的變化與時間的比值是加速度，加速度是矢量，其方向與速度的變化方向相同。即只有一個是矢量，一個是標(biāo)量，比值才會為矢量。

生：老師，我發(fā)現(xiàn)問題了，弧長是標(biāo)量，時間是標(biāo)量，則線速度不可能為矢量。

師：心有靈犀一點通，言之有理！

一石激起千層浪，同學(xué)們議論紛紛，物理教材竟然也會出錯！

師：我們既然發(fā)現(xiàn)了教材存在邏輯錯誤，那么我們應(yīng)該如何理順教材邏輯呢？

雖然學(xué)生已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了教材邏輯錯誤，但要學(xué)生自己理順教材的要求太高了。因此筆者采用問答形式，降低思維梯度，幫助學(xué)生得出線速度的正確概念。

師：請問速度的定義是什么？

生：位移與發(fā)生這段位移時間的比值叫速度。

生：我感覺用弧長與時間的比值表示線速度更容易理解！

師：我也有同感！就是因為用弧長與時間的比值表示線速度容易理解，所以教材的編者也沒有注意到其中的邏輯錯誤。既然更容易理解，那么它們之間是否存在某種隱含的邏輯聯(lián)系呢？

學(xué)生靜靜思考。

師：當(dāng)Δt足夠小時，線段AB與弧AB有什么關(guān)系？

生：幾乎沒有什么差別，可以認(rèn)為位移Δl的大小與弧長Δs相同。

生：哦，終于明白了！原來弧長與時間的比值，只是等于線速度的大小，而不是線速度的定義。

師：若物體做勻速圓周運動，已知圓周的半徑為R，周期為T，如何求勻速圓周運動的線速度大??？

師：請同學(xué)們總結(jié)線速度的定義。

4 “線速度”概念教學(xué)的反思

公開課結(jié)束后，大家都對公開課表示滿意：聽課教師說“出其不意，備課深入”，本班學(xué)生說“積極思考，理解深刻”。本人在教學(xué)過程中也有一些感悟，現(xiàn)總結(jié)如下。

4.1 熟悉核心素養(yǎng)的內(nèi)容，是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的前提條件

物理教師要想培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，首先就要知道其具體內(nèi)容。培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，以科學(xué)性、時代性和民族性為基本原則，以培養(yǎng)“全面發(fā)展的人”為核心，分為文化基礎(chǔ)、自主發(fā)展、社會參與三個方面。綜合表現(xiàn)為人文底蘊、科學(xué)精神、學(xué)會學(xué)習(xí)、健康生活、責(zé)任擔(dān)當(dāng)、實踐創(chuàng)新六大素養(yǎng)，具體細(xì)化為國家認(rèn)同等十八個基本要點。物理核心素養(yǎng)包括物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究以及科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。物理觀念包括物質(zhì)觀念、運動觀念、相互作用觀念、能量觀念及其應(yīng)用等要素?？茖W(xué)思維包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素?？茖W(xué)探究包括問題、證據(jù)、解釋、交流等要素。科學(xué)態(tài)度與責(zé)任包括科學(xué)本質(zhì)、科學(xué)態(tài)度、科學(xué)倫理、STSE等要素。

4.2 合理設(shè)計教學(xué)過程，是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的必然要求

凡事預(yù)則立，不預(yù)則廢。要想培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)，就要求教師精心設(shè)計教學(xué)過程，把核心素養(yǎng)滲透在教學(xué)的各個環(huán)節(jié)之中。通過線速度的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生明白：無論是描述直線運動還是圓周運動，都可以用速度去表示運動的快慢，以培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念。運用極限方法，當(dāng)Δt足夠小時，得出位移的大小與弧長相同，“化直為曲”，達(dá)到研究圓周運動的目的。學(xué)生們比較熟悉“化曲為直”，卻不知道“化直為曲”，通過本節(jié)課的探討，讓研究物理的方法更加充實，從而培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維?？茖W(xué)探究包括實驗探究和理論探究，從直線運動的速度公式出發(fā)，探究圓周運動的線速度，使線速度的概念更加符合物理邏輯，從而糾正了教材的前后矛盾，培養(yǎng)了學(xué)生的理論探究能力。學(xué)生通過找出教材存在的問題，形成了實事求是的態(tài)度，不迷信權(quán)威，敢于向權(quán)威挑戰(zhàn)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度。

4.3 善于引導(dǎo)學(xué)生，是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的重要保證

運用最近發(fā)展區(qū)理論，引導(dǎo)學(xué)生積極思考，從而培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)。維果斯基的最近發(fā)展區(qū)理論認(rèn)為：學(xué)生的發(fā)展有兩種水平，一種是學(xué)生的現(xiàn)有水平，指獨立活動時所能達(dá)到的解決問題的水平；另一種是學(xué)生可能的發(fā)展水平，也就是通過教學(xué)所獲得的潛力，兩者之間的差異就是最近發(fā)展區(qū)。教學(xué)應(yīng)著眼于學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，為學(xué)生提出帶有難度的問題，調(diào)動學(xué)生的積極性，發(fā)揮其潛能，超越其最近發(fā)展區(qū)而達(dá)到下一發(fā)展階段的水平，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行下一個發(fā)展區(qū)的發(fā)展。在課堂教學(xué)中，學(xué)生通過認(rèn)真閱讀，能夠找出“弧長Δs也就是物體由A到B的位移Δl”是錯誤的，老師就不要去引導(dǎo)。當(dāng)學(xué)生找不出線速度概念的邏輯錯誤時，此時老師就應(yīng)該伸出援手，給予適當(dāng)提醒，讓學(xué)生能根據(jù)現(xiàn)有知識，達(dá)到恍然大悟的效果。如引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注速度和加速度的定義，讓學(xué)生通過類比思維，發(fā)現(xiàn)線速度的定義存在錯誤。通過筆者引導(dǎo)，讓學(xué)生明白教材編者產(chǎn)生錯誤的根源：在Δt足夠小時，位移大小與時間的比值在數(shù)值上等于弧長與時間的比值。筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)有困難時，及時給予學(xué)生適當(dāng)引導(dǎo)，讓學(xué)生自己一步步弄清了線速度的本質(zhì)含義，加深了對知識的理解，促進(jìn)了物理核心素養(yǎng)的發(fā)展。

[1] 人民教育出版社物理室．全日制普通高級中學(xué)教科書(試驗修訂本 必修)物理第一冊[M].北京：人民教育出版社,2000：90．

[2] 人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心．普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書 物理必修2[M].北京：人民教育出版社,2010：16-17．

①本文系廣東省教育研究院2014年度教育研究立項課題“基于粵教版高中物理教材評價與教材教學(xué)的研究”(編號：GDJY-2014-A-b301)和汕頭市教育局十三五研究課題“高中物理高效課堂教學(xué)策略研究”(編號：2016GHBY021)的研究成果。