基于物理核心素養(yǎng)的“平拋運(yùn)動(dòng)”教育價(jià)值解讀

摘 要：基于物理核心素養(yǎng)，從模型建構(gòu)、比較分類(lèi)、研究方法、科學(xué)探究以及解釋現(xiàn)象和解決問(wèn)題五點(diǎn)，分析挖掘了“平拋運(yùn)動(dòng)”教學(xué)內(nèi)容中蘊(yùn)含的教育價(jià)值.通過(guò)比較反思，發(fā)現(xiàn)基于三維課程目標(biāo)的人教版教材在教學(xué)內(nèi)容編寫(xiě)和實(shí)際教學(xué)中，削弱了該節(jié)教學(xué)內(nèi)容應(yīng)有的教育價(jià)值的邏輯問(wèn)題，探討了充分發(fā)揮該節(jié)教學(xué)內(nèi)容教育價(jià)值，有效落實(shí)物理核心素養(yǎng)的教學(xué)邏輯.

關(guān)鍵詞：物理核心素養(yǎng)；平拋運(yùn)動(dòng)；教育價(jià)值

深化課程改革的目標(biāo)指向立德樹(shù)人，全面提升學(xué)生核心素養(yǎng).教師要充分挖掘物理教學(xué)內(nèi)容中蘊(yùn)含的教育價(jià)值，發(fā)揮物理學(xué)科的教育功能.平拋運(yùn)動(dòng)是典型曲線運(yùn)動(dòng)模型之一，研究平拋運(yùn)動(dòng)的方法是解決曲線運(yùn)動(dòng)的重要方法.著眼高中物理核心素養(yǎng)，平拋運(yùn)動(dòng)這節(jié)內(nèi)容蘊(yùn)藏豐富的教育價(jià)值.所以，基于核心素養(yǎng)的新課程標(biāo)準(zhǔn)的課程設(shè)置中，仍然在必修2保留了這一內(nèi)容.然而，基于三維目標(biāo)的原課標(biāo)人教版教材內(nèi)容和教學(xué)實(shí)踐中尚存在不少邏輯問(wèn)題，削弱了平拋運(yùn)動(dòng)這節(jié)內(nèi)容的教育價(jià)值.當(dāng)前，與基于學(xué)科核心素養(yǎng)的新課程標(biāo)準(zhǔn)相匹配的教材尚未出版，本文總結(jié)原課標(biāo)人教版教材及教學(xué)實(shí)踐中存在的問(wèn)題，基于有效落實(shí)物理核心素養(yǎng)，分析平拋運(yùn)動(dòng)教學(xué)內(nèi)容中蘊(yùn)含的主要教育價(jià)值，以資有效落實(shí)新課標(biāo)教育教學(xué)實(shí)踐參考.

一、模型建構(gòu)

模型建構(gòu)是物理核心素養(yǎng)中科學(xué)思維的要素之一，體現(xiàn)為基于現(xiàn)象事實(shí)，為了揭示其本質(zhì)，抓主略次，構(gòu)建理想模型的抽象概括過(guò)程.

把物體拋出去是日常常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，從這些常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)中抽象概括出理想化拋體運(yùn)動(dòng)模型，關(guān)鍵是空氣的影響這一因素能否忽略.原課標(biāo)人教版教材和實(shí)際教學(xué)中都缺失模型建構(gòu)的過(guò)程，導(dǎo)致這一內(nèi)容應(yīng)有的教育價(jià)值沒(méi)有發(fā)揮出來(lái).

模型建構(gòu)的舉例（實(shí)驗(yàn)演示）中，不可或缺的事例是受到空氣影響不能忽略的拋體.筆者在教學(xué)中，設(shè)計(jì)以下教學(xué)邏輯層次，把模型建構(gòu)落到實(shí)處.

（1）今天我們來(lái)研究拋體運(yùn)動(dòng)，請(qǐng)大家列舉把物體拋出去的事例.

（2）下面老師拋一支筆給某同學(xué)，請(qǐng)?jiān)撏瑢W(xué)注意接住啊.（演示）

（3）再演示拋一片紙給這位同學(xué)，拋三次，都沒(méi)有拋到位.紙片的運(yùn)動(dòng)很復(fù)雜，每次都不同.問(wèn)題：為什么拋出的紙片運(yùn)動(dòng)這么復(fù)雜呢？（空氣的影響）

（4）把紙片捏緊成紙團(tuán)，再拋，一次到位.物理學(xué)研究問(wèn)題的策略是通過(guò)建立理想化模型把復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)化以突出本質(zhì).所以，我們建立只受重力作用的拋體運(yùn)動(dòng)模型，當(dāng)如紙團(tuán)、筆等拋體，空氣的影響很小，忽略不計(jì)，可近似看作拋體運(yùn)動(dòng).

把紙片三次拋給某學(xué)生，該學(xué)生每次都試圖接住但都沒(méi)有成功的現(xiàn)象，引發(fā)大多數(shù)學(xué)生開(kāi)懷大笑，有效調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和好奇心.所以，在模型建構(gòu)過(guò)程中，也潛移默化融入了科學(xué)態(tài)度與責(zé)任素養(yǎng)中的要素.

二、比較分類(lèi)

比較分類(lèi)是科學(xué)思維的重要方法之一，通過(guò)比較事物的共性與特性，對(duì)事物加以分類(lèi)研究，也是從物理學(xué)視角對(duì)事物本質(zhì)、內(nèi)在規(guī)律以及相互聯(lián)系的認(rèn)識(shí)方式之一.

拋體運(yùn)動(dòng)的研究具有這一教育價(jià)值，教學(xué)中要體現(xiàn)出來(lái).教師通過(guò)演示從不同方向拋出物體（如粉筆頭，拋后注意及時(shí)撿起），學(xué)生通過(guò)觀察比較，先從初速度方向不同分類(lèi)為：斜上拋，斜下拋，平拋，豎直上拋，豎直下拋，然后，再?gòu)能壽E上歸類(lèi)：斜上拋，斜下拋，平拋都是曲線運(yùn)動(dòng)，豎直上拋和豎直下拋都是直線運(yùn)動(dòng).在此基礎(chǔ)上，點(diǎn)明下一步目標(biāo)是以平拋運(yùn)動(dòng)為例，學(xué)習(xí)研究曲線運(yùn)動(dòng)的方法.

三、研究方法

曲線運(yùn)動(dòng)的研究方法，屬于科學(xué)思維，是從物理學(xué)視角對(duì)事物本質(zhì)、內(nèi)在規(guī)律及相互聯(lián)系的認(rèn)識(shí)方式.“方法”能夠以程序性知識(shí)傳承，關(guān)鍵在于經(jīng)歷思維過(guò)程的內(nèi)化.把曲線運(yùn)動(dòng)沿二維或三維坐標(biāo)分解，是研究曲線運(yùn)動(dòng)的重要方法之一.通過(guò)學(xué)習(xí)這一方法，學(xué)生還能體驗(yàn)分析綜合、類(lèi)比推理等科學(xué)思維方法，經(jīng)歷質(zhì)疑創(chuàng)新洗禮，體會(huì)將復(fù)雜運(yùn)動(dòng)分解為簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)的物理思想.

然而，原課標(biāo)人教版教材和實(shí)際教學(xué)中，對(duì)曲線運(yùn)動(dòng)的研究方法的理解把握卻存在很多問(wèn)題，削弱了本節(jié)教學(xué)內(nèi)容的教育價(jià)值.主要存在以下兩方面問(wèn)題.

第一，曲解方法，人為加難.首先，原課標(biāo)人教版教材把運(yùn)動(dòng)的分解與相對(duì)運(yùn)動(dòng)問(wèn)題混為一談，[1]可謂曲解方法，使學(xué)生誤入歧途.其次，曲線運(yùn)動(dòng)的“化曲為直”思想實(shí)際上是非常抽象的.把解決曲線運(yùn)動(dòng)的分解方法，深入挖掘拔高到這一思想水平，脫離了大多數(shù)中學(xué)生的實(shí)際認(rèn)知能力水平.一直以來(lái)我國(guó)高中物理教學(xué)實(shí)踐中，都是先以“相對(duì)運(yùn)動(dòng)”實(shí)例，灌輸“合直為曲”思想，然后再逆向思維，強(qiáng)行灌輸“化曲為直”這一思想，然后在此思想指導(dǎo)下，去體會(huì)運(yùn)動(dòng)的分解方法，這有違認(rèn)知規(guī)律，人為加難，適得其反.學(xué)生不僅未形成思想，而且不解方法.所以，筆者建議，在曲線運(yùn)動(dòng)這一章的教學(xué)，先不要急于灌輸“化曲為直”思想，而應(yīng)把“解決曲線運(yùn)動(dòng)的分解方法”實(shí)實(shí)在在地落實(shí)到位，學(xué)生在學(xué)習(xí)方法過(guò)程以及掌握方法之后再提煉升華思想，體會(huì)將復(fù)雜運(yùn)動(dòng)分解為簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)的物理思想.筆者認(rèn)為，“化曲為直”比“將復(fù)雜運(yùn)動(dòng)分解為簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)”更難理解，所以，在曲線運(yùn)動(dòng)的教學(xué)中，教師不宜使用“化曲為直”術(shù)語(yǔ)，建議使用“化繁為簡(jiǎn)”.

第二，粗枝大葉，殘缺不全.首先，缺失分解初速度和加速度的過(guò)程.其次，分解是否唯一，是否只能沿水平和豎直兩個(gè)方向分解？是否只能在相互垂直的方向分解？缺乏知識(shí)的建構(gòu)過(guò)程，不給學(xué)生質(zhì)疑機(jī)會(huì)，是知識(shí)本位的教學(xué)理念.

筆者設(shè)計(jì)本節(jié)“研究方法”的教學(xué)邏輯如下.

（1）我們?cè)谏弦还?jié)“曲線運(yùn)動(dòng)”中初步了解了研究曲線運(yùn)動(dòng)的方法：建立平面直角坐標(biāo)系，把位移、速度和加速度（合力）沿坐標(biāo)軸方向分解.本節(jié)具體的運(yùn)用這種方法.

（2）下面，請(qǐng)注意觀察平拋軌跡，并在筆記上畫(huà)出示意圖.教師演示，并在黑板上畫(huà)出軌跡示意圖.以拋出點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，畫(huà)出平面直角坐標(biāo)系，畫(huà)出某一時(shí)間內(nèi)的位移，并分解，再畫(huà)出該時(shí)間末時(shí)刻速度，并分解.畫(huà)出初速度，分解得水平分初速度v0x=v0，豎直分初速度v0y=0；畫(huà)出加速度，并分解，水平分加速度ax=0，豎直分加速度ay=g.

（3）綜合剛才分解得到的信息與自由落體運(yùn)動(dòng)和勻速直線運(yùn)動(dòng)條件進(jìn)行類(lèi)比，請(qǐng)大家猜想：水平分位移和水平分速度的變化規(guī)律，豎直分位移和豎直分速度的變化規(guī)律與你學(xué)過(guò)的哪個(gè)直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律一樣？水平方向和勻速直線一樣，豎直和自由落體一樣.通常，我們把這樣的結(jié)論表述為：水平分運(yùn)動(dòng)是勻速直線運(yùn)動(dòng)，豎直分運(yùn)動(dòng)是自由落體運(yùn)動(dòng).所以，我們猜想，平拋運(yùn)動(dòng)可以分解為水平方向勻速直線運(yùn)動(dòng)和豎直方向自由落體運(yùn)動(dòng).

（4）假定猜想正確，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明.實(shí)驗(yàn)表明，猜想與假設(shè)正確.

（5）質(zhì)疑創(chuàng)新.研究平拋運(yùn)動(dòng)只能沿水平和豎直建立平面直角坐標(biāo)系嗎？比如，能否沿斜向上30°方向?yàn)閤軸建立坐標(biāo)系呢？假如可以這樣建立，我們?cè)俨孪胍幌?，分位移、分速度變化?guī)律和哪些直線運(yùn)動(dòng)相同？?jī)蓚€(gè)分運(yùn)動(dòng)都是初速度都不為零的勻變速直線運(yùn)動(dòng)，顯然比沿水平和豎直兩個(gè)方向建立坐標(biāo)系分解結(jié)果復(fù)雜，所以，為了研究的簡(jiǎn)便，一般來(lái)說(shuō)，我們研究拋體運(yùn)動(dòng)時(shí)沿水平和豎直兩個(gè)方向建立直角坐標(biāo)系.

值得指出，對(duì)平拋運(yùn)動(dòng)，無(wú)論沿什么方向的正交分解，抑或是斜分解，其分運(yùn)動(dòng)性質(zhì)及其規(guī)律，都是理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相統(tǒng)一的正確結(jié)論.如果我們的教學(xué)、課后練習(xí)及考試，千方百計(jì)，千錘百煉，使得所有學(xué)生都對(duì)平拋運(yùn)動(dòng)的分解結(jié)論形成僵化的、唯一的認(rèn)識(shí)“水平方向勻速直線運(yùn)動(dòng)和豎直方向自由落體運(yùn)動(dòng)”，舍此無(wú)他，足見(jiàn)以往物理教學(xué)對(duì)“研究方法”的謬傳和對(duì)學(xué)生思想的禁錮.

四、科學(xué)探究

“科學(xué)探究”是物理核心素養(yǎng)的四個(gè)方面之一，是指基于觀察和實(shí)驗(yàn)提出物理問(wèn)題、形成猜想和假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制訂方案、獲取和處理信息、基于證據(jù)得出結(jié)論并作出解釋?zhuān)约皩?duì)科學(xué)探究過(guò)程和結(jié)果進(jìn)行交流、評(píng)估、反思的能力.

“科學(xué)探究”主要包括問(wèn)題、證據(jù)、解釋、交流等要素.

物理核心素養(yǎng)的表述內(nèi)容是四面一體.四個(gè)方面其實(shí)是一體的不同面，各面有差異，但各面背后卻融為一體，你中有我，我中有你.比如，科學(xué)探究，是物理學(xué)研究方法的發(fā)展與推廣，是物理學(xué)基本認(rèn)識(shí)方式之一，是科學(xué)思維中的重要組成.但科學(xué)探究的諸要素中，都離不開(kāi)科學(xué)思維素養(yǎng)的支撐.

平拋運(yùn)動(dòng)的教學(xué)內(nèi)容，是能夠完整凸顯科學(xué)探究素養(yǎng)的知識(shí)載體，具有很強(qiáng)的承載科學(xué)探究諸要素的張力.這一節(jié)的實(shí)際教學(xué)中，落實(shí)科學(xué)探究素養(yǎng)存在的主要問(wèn)題是目標(biāo)設(shè)置不當(dāng)，有兩種極端表現(xiàn)。其一，常規(guī)課中基本不探究；其二，公開(kāi)課中探究的力度過(guò)猶不及，顧此失彼，導(dǎo)致對(duì)其他方面素養(yǎng)的忽視.落實(shí)物理核心素養(yǎng)，既要深挖廣掘教學(xué)內(nèi)容的教育價(jià)值，也要酌情考慮，統(tǒng)籌安排，合理布局，量力而行，確定各方面素養(yǎng)要素配比恰當(dāng)與容量恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)目標(biāo)，“如烹小鮮”.原課標(biāo)人教版教材編排兩節(jié)內(nèi)容，“平拋運(yùn)動(dòng)”和“研究平拋運(yùn)動(dòng)”，按照新課程標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，也是安排兩節(jié)，筆者猜想這兩節(jié)的標(biāo)題為“平拋運(yùn)動(dòng)”和“探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)”.

綜合考慮，筆者建議，落實(shí)科學(xué)探究素養(yǎng)諸要素要兩節(jié)統(tǒng)籌布局，各有側(cè)重，避免每一節(jié)都全面開(kāi)花.

“平拋運(yùn)動(dòng)”這一節(jié)教學(xué)，重點(diǎn)落實(shí)提出問(wèn)題、形成猜想和假設(shè)和基于證據(jù)得出結(jié)論并作出解釋要素，在落實(shí)這些要素中，要以學(xué)生獨(dú)立思考、交流討論、表達(dá)觀點(diǎn)為主.在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制訂方案、獲取和處理信息要素，以教師為主.順便指出，教師提供的信息最好是頻閃照片（如圖1）.此圖片為學(xué)生提供了直觀感性材料，便于學(xué)生直觀地感受豎直分位移和水平分位移的變化規(guī)律.其實(shí)，位置、位移這兩個(gè)概念比速度概念更加感性，原課標(biāo)人教版教材上，先研究平拋速度分解合成，后研究位移分解合成，有違從感性到抽象的認(rèn)知規(guī)律.

“研究平拋運(yùn)動(dòng)”（或“探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)”）這一節(jié)教學(xué)，重點(diǎn)落實(shí)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制訂方案、獲取和處理信息、基于證據(jù)得出結(jié)論并作出解釋要素.實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)（問(wèn)題、猜想假設(shè)）、器材等，教師開(kāi)門(mén)見(jiàn)山，直接呈現(xiàn)給學(xué)生.

五、解釋現(xiàn)象和解決問(wèn)題

解釋現(xiàn)象和解決問(wèn)題的過(guò)程，是學(xué)生形成物理核心素養(yǎng)的必要過(guò)程，解釋現(xiàn)象和解決問(wèn)題的能力水平，是學(xué)生物理核心素養(yǎng)水平的體現(xiàn).物理觀念是從物理學(xué)視角解釋現(xiàn)象和解決問(wèn)題的基礎(chǔ)，運(yùn)用物理觀念解釋和解決問(wèn)題過(guò)程，必然需要模型建構(gòu)、分析綜合、邏輯推理等科學(xué)思維，甚至經(jīng)歷完整的科學(xué)探究過(guò)程.挑戰(zhàn)性的問(wèn)題解決，需要強(qiáng)烈的學(xué)科興趣、堅(jiān)持不懈的科學(xué)精神、團(tuán)隊(duì)合作的精神等.所以，解釋現(xiàn)象和解決問(wèn)題極具培養(yǎng)物理核心素養(yǎng)的功能，但能否充分發(fā)揮這一功能，與以下三個(gè)“度”密切相關(guān).

第一，解釋現(xiàn)象的復(fù)雜程度和問(wèn)題的難度.現(xiàn)象太復(fù)雜，難度太大，學(xué)生產(chǎn)生畏懼心理，喪失學(xué)習(xí)物理的興趣，不僅無(wú)法發(fā)揮培養(yǎng)物理核心素養(yǎng)的功能，而且成為物理核心素養(yǎng)形成的殺招.根據(jù)SOLO理論，筆者認(rèn)為，平拋運(yùn)動(dòng)的習(xí)題，最簡(jiǎn)單的運(yùn)用，也屬于關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平.從知識(shí)結(jié)構(gòu)上，要綜合運(yùn)用分運(yùn)動(dòng)規(guī)律，屬于關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)，從能力上，分析與綜合能力是必須的，在過(guò)去的高考大綱里，分析與綜合能力是重點(diǎn)考核的能力，能力程度至少屬于關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平.教學(xué)實(shí)踐表明，有不少學(xué)生對(duì)“落地速度”迷思不解，對(duì)從斜面高處拋出，落到斜面低處，從斜面外拋出，垂直撞到斜面等情景，其中的信息斜面傾斜角往往不得要領(lǐng).以基于物理核心素養(yǎng)的物理教育理念而論，物理教師科學(xué)把控習(xí)題難度、梯度，才能發(fā)揮“解釋現(xiàn)象和解決問(wèn)題”的育人功能.

第二，現(xiàn)象、問(wèn)題情境的真實(shí)度.聯(lián)系實(shí)際，貼近生活、生產(chǎn)實(shí)踐的現(xiàn)象、問(wèn)題情境，使學(xué)生覺(jué)得物理有用.新課標(biāo)在“實(shí)施建議”部分的“教學(xué)建議”中指出，創(chuàng)設(shè)情境進(jìn)行教學(xué)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)具有關(guān)鍵作用.應(yīng)用物理知識(shí)解決具體問(wèn)題應(yīng)結(jié)合具體的實(shí)際情境.運(yùn)用物理知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題能力的高低，往往取決于學(xué)生將情境與知識(shí)相聯(lián)系的水平.

第三，解釋現(xiàn)象和解決問(wèn)題思維路徑的清晰度.解釋現(xiàn)象要條理清晰，推理嚴(yán)密，避免囫圇吞棗，霧里看花.解決具體問(wèn)題時(shí)，細(xì)致地展現(xiàn)思維路徑，讓學(xué)生把握思維路徑中的關(guān)鍵路標(biāo)和某些疑難路段的方法策略.比如，平拋物體的飛行時(shí)間取決于哪些因素？先要暴露不同類(lèi)型學(xué)生的不同思路和結(jié)論.有學(xué)生根據(jù)水平分位移規(guī)律，認(rèn)為與初速度和水平射程有關(guān)，初速度越大，時(shí)間越短.他們的思維過(guò)程有以下問(wèn)題，其一，在運(yùn)用水平位移規(guī)律時(shí)，沒(méi)有確認(rèn)位移一定前提下，就得出時(shí)間與速度成反比，推理不嚴(yán)密.其二，思維缺乏多角度分析與綜合，沒(méi)有考慮從多角度分析時(shí)間，如果考慮到，從豎直位移公式分析時(shí)間，會(huì)得出與水平結(jié)論不同的認(rèn)識(shí)，就會(huì)重新思考問(wèn)題出在何處，培育自我反思習(xí)慣和能力.從豎直位移規(guī)律得出時(shí)間取決于豎直位移，進(jìn)而反思，認(rèn)識(shí)到水平位移和初速度成正比的關(guān)系.還要經(jīng)歷通過(guò)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證水平位移和初速的密切關(guān)系.

通過(guò)以上五個(gè)主要方面的教育價(jià)值的落實(shí)，學(xué)生在提升能力的過(guò)程中，頭腦中形成的拋體模型、運(yùn)動(dòng)規(guī)律、化繁為簡(jiǎn)的思想以及對(duì)力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系的進(jìn)一步升華，都屬于物理觀念方面的素養(yǎng).可見(jiàn)，在理解物理核心素養(yǎng)的內(nèi)涵時(shí)，要結(jié)合學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的內(nèi)涵，注意素養(yǎng)的整體性.在四個(gè)方面中，物理觀念代表物理知識(shí)的內(nèi)化，是其他核心素養(yǎng)的基礎(chǔ)，科學(xué)思維和科學(xué)探究是關(guān)鍵能力，科學(xué)態(tài)度和責(zé)任是必備品格.四個(gè)方面互相依賴(lài)，共同發(fā)展.

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