物理教學(xué)主線的情境演進(jìn)①
——從“平拋運(yùn)動(dòng)”說(shuō)起

(江蘇省木瀆高級(jí)中學(xué),江蘇 蘇州 215101)

1 問(wèn)題的提出

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》在“實(shí)施建議”部分提出:“在教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)施過(guò)程中重視情境的創(chuàng)設(shè)”“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”。[1]影響課堂教學(xué)效益的因素有很多,而課堂教學(xué)主線的創(chuàng)設(shè)是其中十分重要的因素。如果把教學(xué)內(nèi)容比作一顆顆“珍珠”的話,教學(xué)主線則是穿起“珍珠”的“線”,“珍珠”只有用牢固的“線”，才能巧妙性地穿起來(lái),變成漂亮的“項(xiàng)鏈”。[2]筆者嘗試提出了“以核心素養(yǎng)為主旨、以學(xué)生為主體、以教師為主導(dǎo)、以情境演進(jìn)為主線”的“四主”教學(xué)模式，本文以“平拋運(yùn)動(dòng)”等的教學(xué)為例,就中學(xué)物理教學(xué)主線的情境演進(jìn)問(wèn)題與同行交流。

2 案例實(shí)錄

針對(duì)“平拋運(yùn)動(dòng)”的教學(xué),筆者采用了以下情境演進(jìn)主線。

2.1 初識(shí)“平拋”——實(shí)驗(yàn)觀察

利用如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行演示:

圖1

(1) 分別單獨(dú)釋放小球1、2、3,觀察它們的運(yùn)動(dòng);

(2) 同時(shí)釋放小球1、2,觀察它們的運(yùn)動(dòng);

(3) 同時(shí)釋放小球1、3,觀察它們的運(yùn)動(dòng);

(4) 同時(shí)釋放小球1、2、3,觀察它們的運(yùn)動(dòng)，并拍攝視頻，展示截圖。

學(xué)生通過(guò)以下活動(dòng)，初識(shí)平拋運(yùn)動(dòng)：(1) 聽(tīng)——異球同聲；(2) 望——三球聚會(huì)；(3) “左看右看”——小球1和2總在同一高度上;(4) “上看下看”——小球1和3總在同一豎直線上。

教師提問(wèn)：(1) 什么是平拋運(yùn)動(dòng)?(2) 比較小球1、2、3的運(yùn)動(dòng),可得出什么結(jié)論?

2.2 解讀“平拋”——實(shí)驗(yàn)分析

通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及視頻截圖的分析，學(xué)生得出結(jié)論:平拋運(yùn)動(dòng)是水平方向上的勻速直線運(yùn)動(dòng)和豎直方向上的自由落體運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng)。

教師追問(wèn)：為什么平拋運(yùn)動(dòng)是這樣的運(yùn)動(dòng)?

2.3 理解“平拋”——理論解釋

學(xué)生學(xué)習(xí)平拋運(yùn)動(dòng)前已有的知識(shí)儲(chǔ)備為：自由落體運(yùn)動(dòng)、牛頓運(yùn)動(dòng)定律、曲線運(yùn)動(dòng)的條件、運(yùn)動(dòng)的合成和分解等，據(jù)此提出了理論解釋?zhuān)?1) 在水平方向上，小球不受外力作用、有初速度,故做勻速直線運(yùn)動(dòng);(2) 在豎直方向上，小球只受重力作用、無(wú)初速度,故做自由落體運(yùn)動(dòng);(3) 小球所受外力與速度不在同一直線上，做曲線運(yùn)動(dòng)。

學(xué)生總結(jié)出結(jié)論:平拋運(yùn)動(dòng)是加速度為g的勻變速曲線運(yùn)動(dòng)。

教師再提問(wèn)：如何研究平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律?

2.4 研究“平拋”——規(guī)律探究

在教師的指導(dǎo)下,學(xué)生運(yùn)用已學(xué)知識(shí)，自主得出平拋運(yùn)動(dòng)的位移和速度等規(guī)律。

2.5 應(yīng)用“平拋”——學(xué)以致用

如圖2所示,小球從傾角為θ的足夠長(zhǎng)斜面上的A點(diǎn)水平拋出,若初速度大小為v0。問(wèn):(1) 小球經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間落到斜面上?經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間離斜面最遠(yuǎn)?(2) 若從A點(diǎn)分別以初速度v0和2v0平拋兩小球，討論兩小球運(yùn)動(dòng)的時(shí)間、位移和落到斜面時(shí)的速度關(guān)系；(3) 若斜面不是足夠長(zhǎng)(圖3),再討論兩小球運(yùn)動(dòng)的時(shí)間、位移和落到斜面時(shí)的速度關(guān)系。

圖2

圖3

2.6 拓展“平拋”——觸類(lèi)旁通

(1) 改變所受外力，將重力改為別的恒力，則由平拋運(yùn)動(dòng)演變?yōu)轭?lèi)平拋運(yùn)動(dòng);

(2) 改變初速度的方向，則由平拋運(yùn)動(dòng)拓展為斜拋(斜上拋、斜下拋)運(yùn)動(dòng)、豎直上(下)拋運(yùn)動(dòng)。

3 教學(xué)主線情境演進(jìn)的常用方法

在“平拋運(yùn)動(dòng)”的教學(xué)設(shè)計(jì)中,用到了實(shí)驗(yàn)探究、理論分析、遷移拓展等多種情境演進(jìn)的方法。由于教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)要求、施教對(duì)象等的不同,高中物理教學(xué)主線的情境演進(jìn)方法也是多樣的。

3.1 以知識(shí)體系為演進(jìn)主線

物理學(xué)作為一門(mén)基礎(chǔ)科學(xué),有其嚴(yán)密的知識(shí)體系,因而在教學(xué)中,就可以此作為教學(xué)主線。如在“原子結(jié)構(gòu)”的教學(xué)中,可以沿著人類(lèi)探索原子結(jié)構(gòu)的足跡為情境演進(jìn)的主線:發(fā)現(xiàn)電子→打開(kāi)探索原子結(jié)構(gòu)的大門(mén)→提出“棗糕”模型→α粒子散射實(shí)驗(yàn)(否定“棗糕”模型)→提出核式結(jié)構(gòu)模型→與經(jīng)典電磁理論和氫光譜矛盾→提出玻爾模型→在解釋氫原子以外的光譜時(shí)出現(xiàn)矛盾→提出“電子云”模型……

一般來(lái)說(shuō),這種情境演進(jìn)的主線,往往適用于那些知識(shí)體系比較完整的概念類(lèi)或知識(shí)性陳述類(lèi)課題，如人類(lèi)對(duì)力和運(yùn)動(dòng)關(guān)系的研究、對(duì)光的本性的探究等。在復(fù)習(xí)課教學(xué)中,采用這種主線演進(jìn)方式,對(duì)鞏固知識(shí)、形成知識(shí)結(jié)構(gòu)也能起到很好的作用。

3.2 以原理規(guī)律為演進(jìn)主線

中學(xué)物理中涉及到許多原理和規(guī)律,其中不少原理和規(guī)律是在原有理論的基礎(chǔ)上,通過(guò)嚴(yán)密的邏輯推理論證而得出的,在課堂教學(xué)中就可以以此思路設(shè)計(jì)情境演進(jìn)的主線。如“萬(wàn)有引力定律”的教學(xué)就可以采用如圖4所示的流程進(jìn)行。以原理、規(guī)律為情境演進(jìn)的主線,思路清晰、邏輯性強(qiáng),如勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律、衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)規(guī)律等。

圖4

3.3 以科學(xué)方法為演進(jìn)主線

在物理學(xué)的研究和學(xué)習(xí)中,經(jīng)常要用到一些科學(xué)方法,如果在教學(xué)中利用這些方法作為情境演進(jìn)的主線,不僅有助于學(xué)生的理解,而且有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。比如在“電勢(shì)能”的教學(xué)中,就可以用類(lèi)比等方法,從重力做功的特點(diǎn)→重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系→重力勢(shì)能的相對(duì)性→重力勢(shì)能進(jìn)行系統(tǒng)性復(fù)習(xí),自然而然地遷移到電勢(shì)能的教學(xué)中,使原來(lái)抽象、難以理解的問(wèn)題變得具體明了,同時(shí)還為后面分子勢(shì)能的學(xué)習(xí)打下伏筆。另外,像帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)、電路的動(dòng)態(tài)分析等專(zhuān)題的教學(xué),都可以方法為情境演進(jìn)主線，這種方式尤其適用于習(xí)題課教學(xué)和專(zhuān)題復(fù)習(xí)教學(xué)。

3.4 以實(shí)驗(yàn)探究為演進(jìn)主線

物理學(xué)是一門(mén)實(shí)驗(yàn)科學(xué),“在物理實(shí)驗(yàn)中,應(yīng)發(fā)掘?qū)嶒?yàn)在培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和提出問(wèn)題能力方面的潛在價(jià)值”。[1]在課堂教學(xué)中,可以用實(shí)驗(yàn)探究作為情境演進(jìn)的主線。比如在“產(chǎn)生電磁感應(yīng)的條件”的教學(xué)中,就可以用系列實(shí)驗(yàn)逐步探究、分析、總結(jié),最后得出結(jié)論,具體教學(xué)流程如圖5所示。在中學(xué)物理教學(xué)中,有不少規(guī)律是通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究總結(jié)出來(lái)的,比如牛頓第二定律、電阻定律等，這類(lèi)課題都可以用實(shí)驗(yàn)探究作為情境演進(jìn)的主線。

圖5

4 值得注意的問(wèn)題

教學(xué)是一門(mén)藝術(shù),教學(xué)主線的情境演進(jìn)創(chuàng)設(shè)并不是隨心所欲、信手拈來(lái)的,而要進(jìn)行深入的思考和精心的設(shè)計(jì),因此在設(shè)計(jì)教學(xué)主線時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

4.1 應(yīng)條理分明,忌雜亂無(wú)章

教學(xué)主線的情境演進(jìn)應(yīng)該按一定的思路設(shè)計(jì)，條理分明的教學(xué)主線使整個(gè)課堂教學(xué)活動(dòng)圍繞主線展開(kāi),不僅使教學(xué)過(guò)程自然順暢,教學(xué)思路清晰可辨，同時(shí)也便于學(xué)生在課堂上更快更好地領(lǐng)會(huì)知識(shí)要領(lǐng),理清學(xué)習(xí)思路。比如上面列舉的“萬(wàn)有引力定律”的情境演進(jìn)中,思路清楚、思維縝密,易于理解、便于掌握。相反,雜亂無(wú)章的教學(xué)主線,只能給教者添睹、給課堂添亂,使學(xué)生的學(xué)習(xí)由“霧里看花”變得更加“撲朔迷離”。

4.2 應(yīng)突出主題,忌喧賓奪主

教學(xué)主線的情境演進(jìn)應(yīng)密切配合教學(xué)主題展開(kāi)，只有服務(wù)于主題的教學(xué)主線才能使主題更加鮮明,更好地達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。比如在上面提到的“電勢(shì)能”的教學(xué)主線設(shè)計(jì)中,“重力勢(shì)能”是作為情境演進(jìn)的手段,其目的是通過(guò)類(lèi)比遷移來(lái)分析、研究“電勢(shì)能”。喧賓奪主、脫離教學(xué)主題的教學(xué)主線只會(huì)沖淡教學(xué)的主題,擾亂學(xué)生的思路，降低教學(xué)效率。

4.3 應(yīng)自然貼切,忌牽強(qiáng)附會(huì)

教學(xué)主線自然貼切、恰到好處,才能充分發(fā)揮教學(xué)主線的作用。教學(xué)主線猶如燒菜用的作料,而情境演進(jìn)則像是廚師做菜,只有恰當(dāng)選擇作料的種類(lèi)和數(shù)量、在恰當(dāng)?shù)幕鸷驎r(shí)加入,才能把菜做得香甜可口。比如上面提到的“感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件”,在情境演進(jìn)中,每一個(gè)實(shí)驗(yàn)在什么時(shí)候做？如何做？提什么樣的問(wèn)題?得出什么樣的結(jié)論?這些都是值得思考的問(wèn)題，要循序漸進(jìn)、順其自然,才能水到渠成。

4.4 應(yīng)豐富多變,忌形式單一

為了創(chuàng)設(shè)生動(dòng)活潑的課堂氛圍,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,提高課堂教學(xué)效率,情境演進(jìn)的形式要多種多樣,比如在前面所述“平拋運(yùn)動(dòng)”教學(xué)設(shè)計(jì)中,其情境演進(jìn)用到了多種形式。教學(xué)主線還應(yīng)該根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)和學(xué)生的具體情況來(lái)設(shè)計(jì),切不可盲目模仿、機(jī)械照搬，精心設(shè)計(jì)的教學(xué)主線才能為課堂教學(xué)增色添彩。