創(chuàng)設(shè)真實(shí)物理問題情境 促進(jìn)學(xué)科核心素養(yǎng)落地

陳成波

摘? ?要：在高中物理課堂教學(xué)過程中，要實(shí)現(xiàn)物理問題由微觀到宏觀、抽象到具體的轉(zhuǎn)化，需要設(shè)計(jì)與學(xué)生認(rèn)知水平相關(guān)的物理問題、創(chuàng)設(shè)生動(dòng)有趣的物理情境、大膽質(zhì)疑創(chuàng)新，創(chuàng)設(shè)出目標(biāo)明確、方式方法多樣的教學(xué)案例進(jìn)行有序引導(dǎo)，致力于教學(xué)問題的解決，幫助學(xué)生在感悟解決問題的過程中，促進(jìn)高中物理學(xué)科核心素養(yǎng)的落地。

關(guān)鍵詞：問題情境;建構(gòu)模型;引導(dǎo);科學(xué)探究

高中物理學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系的建構(gòu)，是高中物理（2017版）課程標(biāo)準(zhǔn)的核心內(nèi)容之一，具體體現(xiàn)在物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等四個(gè)方面物理學(xué)科核心素養(yǎng)和五個(gè)學(xué)業(yè)質(zhì)量的等級(jí)表達(dá)。因此，改進(jìn)高中物理教學(xué)可以從學(xué)習(xí)目標(biāo)的建立、課堂教學(xué)的實(shí)施、學(xué)生評(píng)價(jià)的改革等多個(gè)維度來落實(shí)培育學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生學(xué)業(yè)質(zhì)量的全面提升。

根據(jù)高中物理學(xué)科核心素養(yǎng)的具體要求，在課堂教學(xué)的實(shí)施過程中，圍繞創(chuàng)設(shè)真實(shí)有價(jià)值的問題情境，實(shí)現(xiàn)物理問題由微觀到宏觀、抽象到具體的轉(zhuǎn)化，是高中物理學(xué)科核心素養(yǎng)落地的著力點(diǎn)之一，下面通過幾個(gè)教學(xué)實(shí)例加以說明。

1? 設(shè)計(jì)與學(xué)生認(rèn)知水平相關(guān)的問題，促進(jìn)學(xué)生物理觀念的形成

物理概念是對(duì)物理事實(shí)的本質(zhì)特征的綜合表述，常用文字和數(shù)學(xué)公式兩種形式來表達(dá)，形成物理概念一般要經(jīng)歷從感性到理性的認(rèn)識(shí)過程;而物理規(guī)律的建立一般是在理論與實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過分析、歸納、推理等多種科學(xué)方法得到的，常用文字與符號(hào)表達(dá)的認(rèn)知結(jié)果。

作為高中物理兩大基石的物理概念與物理規(guī)律，因其抽象，學(xué)生的學(xué)習(xí)要經(jīng)過復(fù)雜的認(rèn)識(shí)、理解過程，課堂教學(xué)中需要采用多渠道、多層次由淺入深的設(shè)計(jì)與學(xué)生認(rèn)知水平相關(guān)的問題，才能讓學(xué)生弄清物理概念與規(guī)律的內(nèi)涵與外延，逐步形成正確的物理觀念。

1.1? “瞬時(shí)速度” 概念的教學(xué)

學(xué)生在學(xué)習(xí)平均速度概念的基礎(chǔ)上建立瞬時(shí)速度的概念，教學(xué)中利用DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)測定瞬時(shí)速度，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集、記錄并顯示圖象，再到提取數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)的處理，讓學(xué)生感受體會(huì)一段時(shí)間或一段位移相對(duì)應(yīng)的速度為平均速度，當(dāng)時(shí)間非常短或位移非常小時(shí)，此時(shí)的平均速度可以表示瞬時(shí)速度，從而架起實(shí)驗(yàn)到抽象概念之間的橋梁，而不是單純從數(shù)學(xué)極限角度來理解這一概念。

1.2? “在擺角α<5°的情況下，單擺做簡諧運(yùn)動(dòng)”的教學(xué)

教學(xué)中，從F回=mgsinα到F回≈mgx/L，具體的推導(dǎo)過程用到了兩個(gè)近似：①sinα≈α，②在小角度下弧線與直線近似相等，這兩個(gè)近似成立的條件是擺角α<5°。推導(dǎo)過程用到的這兩個(gè)近似，如何讓學(xué)生找到感覺呢？

這時(shí)候可采用多種媒體的不同角度，讓學(xué)生感受體會(huì)。比如：①列表比較：α在小于5°時(shí)的sinα和α弧度值。②幾何作圖：感受體會(huì)弧長與弦長。③實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：簡諧運(yùn)動(dòng)的圖象是正弦（或余弦）曲線，既然單擺做簡諧運(yùn)動(dòng)，猜想其運(yùn)動(dòng)的圖象也應(yīng)該是正弦（或余弦）曲線。用單擺振動(dòng)圖象演示儀演示振動(dòng)圖象，結(jié)果墨水灑在勻速運(yùn)動(dòng)的紙板上是正弦（或余弦）曲線，學(xué)生親歷這樣的教學(xué)過程，對(duì)物理概念與規(guī)律就會(huì)有深層次的理解。

2? 創(chuàng)設(shè)生動(dòng)有趣的物理情境，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力

高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)指出“教師要緊密聯(lián)系學(xué)生的生活環(huán)境，從學(xué)生的經(jīng)驗(yàn)和已有的知識(shí)出發(fā)，創(chuàng)設(shè)生動(dòng)的物理情景” [ 1 ]，提煉出生產(chǎn)、生活中的實(shí)際物理問題中的某一對(duì)象與某一過程，通過通俗易懂的實(shí)例類比，加深對(duì)物理問題的理解，讓學(xué)生在形象比較中建構(gòu)物理模型、進(jìn)行科學(xué)推理與論證，學(xué)會(huì)以不同方式分析解決綜合物理問題的方法。

2.1? 衛(wèi)星變軌、能級(jí)躍遷與登山模型

在分析地球與衛(wèi)星的變軌、氫原子能級(jí)的躍遷的課堂教學(xué)中，面臨著天體與微觀粒子一大一小、看不見又摸不著的困境，為有效化解這一教學(xué)難點(diǎn)，可用“登山模型”來類比。

來自于人們生活生產(chǎn)勞動(dòng)實(shí)踐的登山運(yùn)動(dòng)，無論上山或下山常見的有走緩坡和走臺(tái)階兩種形式，衛(wèi)星在不同軌道上的運(yùn)動(dòng)可以等效為“走緩坡”，意味著衛(wèi)星的軌道半徑可以取大于地球半徑的任意值。氫原子內(nèi)部抽象的能級(jí)分布形象化為“走臺(tái)階”這一模型，就是說氫原子的軌道半徑不是任意的，而是定態(tài)的。

而衛(wèi)星在某一軌道的動(dòng)能、引力勢能和機(jī)械能以及在變軌過程中變化，與氫原子能級(jí)分布動(dòng)能、電勢能，某一能級(jí)的能量以及在躍遷過程中的改變，隨著軌道半徑的增大，動(dòng)能減少、勢能增大而總能量增大，它們又有著相同的變化規(guī)律，這樣的類比學(xué)生不僅容易聽懂，而且便于理解。

用“登山模型”講解衛(wèi)星變軌和能級(jí)躍遷，通過類比學(xué)生容易理解又能區(qū)別兩者的異同點(diǎn)，在降低難度的同時(shí)，又領(lǐng)略自然界規(guī)律的奇妙，激發(fā)了他們學(xué)習(xí)的興趣，為學(xué)生思維空間搭建起一個(gè)平臺(tái)，其教學(xué)效果顯著，具有一定的借鑒意義。

2.2? 不同軌道的衛(wèi)星與環(huán)形跑道的運(yùn)動(dòng)員

在探討“在同一軌道平面上不同高度的A、B兩顆人造地球衛(wèi)星某一時(shí)刻恰好相距最近，經(jīng)過多長時(shí)間兩者將再次相距最近”的問題時(shí)，不少老師在教學(xué)中，從數(shù)學(xué)的角度運(yùn)算衛(wèi)星轉(zhuǎn)過的圓心角之差進(jìn)行分析，因其抽象而令人費(fèi)解。

而環(huán)形跑道的長跑比賽，當(dāng)跑道的運(yùn)動(dòng)員追上最后面的運(yùn)動(dòng)員，出現(xiàn)所謂的“套圈”總能引來陣陣喝彩聲，教學(xué)中將這一情境引入，點(diǎn)撥比較在相同的時(shí)間內(nèi)前者比后者多跑了一圈。然后將這一情形與探討的問題“A、B兩顆人造地球衛(wèi)星由相距最近到再次相距最近“進(jìn)行類比，換個(gè)角度的思考，學(xué)生感受到由大惑不解進(jìn)而豁然開朗的喜悅。

3? 強(qiáng)化質(zhì)疑與創(chuàng)新，培育學(xué)生的科學(xué)探究品質(zhì)

高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)指出“教師可在一些物理實(shí)驗(yàn)中創(chuàng)設(shè)情境，讓學(xué)生在觀察和體驗(yàn)后有所發(fā)現(xiàn)、有所聯(lián)想，萌發(fā)出科學(xué)問題” [ 1 ]。在高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)操作以及通過數(shù)據(jù)得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論等基本技能，通過配以練習(xí)還能掌握，運(yùn)用物理理論和實(shí)驗(yàn)方法去處理物理實(shí)驗(yàn)問題有一定難度，用所學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的思想去設(shè)計(jì)解決新問題，那就難上加難了。

實(shí)驗(yàn)探究是提升學(xué)生科學(xué)探究品質(zhì)的重要途徑，反思我們的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，教學(xué)中首先要落實(shí)好每節(jié)實(shí)驗(yàn)課，讓學(xué)生親自經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)的每個(gè)環(huán)節(jié)，如根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康奶暨x實(shí)驗(yàn)器材、分析評(píng)價(jià)結(jié)果的合理性提出改進(jìn)的措施等;其次教學(xué)中教師的科學(xué)引導(dǎo)，在學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的形成中也起到促進(jìn)作用。

3.1? 探究“影響小球動(dòng)能大小的因素有哪些”的演示實(shí)驗(yàn)

先準(zhǔn)備三個(gè)小球，其中兩個(gè)質(zhì)量相同，第三個(gè)質(zhì)量大一些。實(shí)驗(yàn)中有個(gè)步驟是將三個(gè)小球用等長的細(xì)線懸掛于同一點(diǎn)，保留一個(gè)質(zhì)量小的小球不動(dòng)，將質(zhì)量一大一小的兩個(gè)小球，向右拉開同一高度，先后釋放，質(zhì)量大的小球撞擊后，原來靜止的球擺起的高度較大，說明質(zhì)量大的小球動(dòng)能大，在學(xué)生還沒學(xué)習(xí)動(dòng)能定理及機(jī)械能守恒定律的情況下，給出“大小兩球撞擊時(shí)速度相同”， 生活經(jīng)驗(yàn)告訴同學(xué)，同一高度擺到最低點(diǎn)，質(zhì)量大的速度大，這一教學(xué)難點(diǎn)如何化解？

實(shí)驗(yàn)教學(xué)中可增加設(shè)計(jì)如下情境：在鐵架臺(tái)水平直棒上用等長的細(xì)線懸掛質(zhì)量一大一小的兩個(gè)小球，同時(shí)讓它們從同一高度由靜止釋放，觀察到兩球同步左右擺動(dòng)，說明質(zhì)量不同的兩個(gè)小球從同一高度到達(dá)最低點(diǎn)速度相同。

3.2? 幾何光學(xué)光路作圖中的“偏向角”

光的傳播規(guī)律和平面幾何知識(shí)是幾何光學(xué)教學(xué)的重要內(nèi)容，作圖中求偏向角的問題為學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)。所謂偏向角是指入射透明體的光線與折射出透明體的光線之間的夾角，常規(guī)的方法是作光路圖，畫輔助線，通過幾何圖形求解。這辦法在入射光線經(jīng)過一兩次折射時(shí)比較容易解決，如果是經(jīng)過三次折射后的求偏向角問題，學(xué)生很難從圖中找到幾何關(guān)系。

化解這一難題，可以讓學(xué)生討論“走一有幾個(gè)拐角的馬路，如何確定方向改變 ”，感受總結(jié)后應(yīng)用于求解偏向角問題，其實(shí)只要分別求出每一界面的偏角，規(guī)定一下順時(shí)針為正、逆時(shí)針為負(fù)，求出各偏角的代數(shù)和即可。

今天我們追求學(xué)科核心素養(yǎng)，就要正視核心素養(yǎng)的落地問題，創(chuàng)建一個(gè)個(gè)目標(biāo)明確、方法多樣的教學(xué)案例，進(jìn)行有序引導(dǎo)、致力于教學(xué)問題的解決，讓學(xué)習(xí)由淺入深，幫助學(xué)生在感受與感悟解決問題的過程中，發(fā)展核心素養(yǎng)，助推學(xué)習(xí)真正發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

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