高中物理核心素養(yǎng)中科學(xué)思維的培養(yǎng)
——以《動(dòng)能定理》為例

付樹雷

（江蘇省徐州高級(jí)中學(xué)，江蘇徐州 221009）

引言

在我國，雖然核心素養(yǎng)日益受到廣大物理教師的關(guān)注，但高中教育仍面臨著學(xué)生普遍缺乏物理素養(yǎng)的窘境，如何在物理教學(xué)過程中有效培養(yǎng)他們的科學(xué)思維，就成了大家關(guān)注和討論的話題?？茖W(xué)思維是從物理角度來客觀認(rèn)識(shí)物質(zhì)本質(zhì)屬性、內(nèi)在的規(guī)律及相互之間的關(guān)系，是其他素養(yǎng)的先決條件[1]。本文以《動(dòng)能定理》這一節(jié)為例，提出了以下幾種培養(yǎng)學(xué)生物理科學(xué)思維的方法，希望和大家共同探討。

一、抽象模型，引導(dǎo)學(xué)生思考

為了形象、方便地處理問題，人們通常將復(fù)雜的生活現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為簡單的理想情境，從而得到具有經(jīng)驗(yàn)性的規(guī)律——物理模型。因此，教師應(yīng)當(dāng)重視學(xué)生在具體情境中抽象物理模型的能力。在日常教學(xué)中，教師要引導(dǎo)學(xué)生思考如何提取實(shí)際問題中的重要因素和本質(zhì)特征，忽略次要因素或非本質(zhì)特征，在研究過程中如何簡化研究對(duì)象的復(fù)雜狀態(tài)，從而得到與事實(shí)情況相符的物理模型。筆者發(fā)現(xiàn)，在考試中一些情境新穎、過程復(fù)雜的試題會(huì)導(dǎo)致學(xué)生很難得分，究其原因，學(xué)生不能在這種新的情境中構(gòu)建出相同或相似的物理模型，導(dǎo)致沒有思路而無從下手。

開始授課時(shí)，筆者向?qū)W生展示了兩段視頻情境：①皮球從一定高度靜止落下，多次反彈后最終停止；②滑板運(yùn)動(dòng)員從高處沿曲面沖下。通過這兩個(gè)情境，學(xué)生意識(shí)到有些物理過程利用牛頓運(yùn)動(dòng)定理不能或很難解決。隨后，筆者舉例：汽車以初速度υ1出發(fā)，在恒力F的作用下行駛一段路程后，速度增加到υ2，指導(dǎo)學(xué)生視路面給汽車的阻力為定值、忽視風(fēng)阻等其他影響因素，進(jìn)而簡化、抽象得到物體在恒力作用下做勻加速直線運(yùn)動(dòng)這一模型，然后運(yùn)用牛頓定律得到它所遵循的數(shù)學(xué)表達(dá)式，并在此模型的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)他們找到與能量相關(guān)的物理量，即W=F合S。筆者通過舉例給出動(dòng)能的定義，即物體因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)而具有的能就稱為動(dòng)能，從而為接下來分析動(dòng)能定理的本質(zhì)起到了鋪墊的作用。在學(xué)習(xí)開始環(huán)節(jié)，學(xué)生通過忽略實(shí)際環(huán)境中的風(fēng)阻等次要影響因素抽象得到物理模型，體會(huì)到建模思維，從而提升了科學(xué)思維能力。

二、科學(xué)推理，提升創(chuàng)新思維

在學(xué)生掌握舊知識(shí)后，教師再指導(dǎo)他們加入新條件來推導(dǎo)得到新知識(shí)，通過已知推出未知，并由實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證得到一般性的規(guī)律。需要引起注意的是，科學(xué)推理的過程是建立在邏輯的嚴(yán)密性、數(shù)據(jù)的可靠性基礎(chǔ)上得到相關(guān)結(jié)論。物理教材內(nèi)有大量通過實(shí)驗(yàn)總結(jié)得到規(guī)律的素材。學(xué)生在推導(dǎo)完定理后，不僅能夠?qū)χR(shí)加深理解，還能掌握從特殊到一般的演繹推理思路，從而提升自己的創(chuàng)新思維。如何處理好新舊知識(shí)間的關(guān)系，如何通過已有知識(shí)推導(dǎo)得到新知識(shí)，既考驗(yàn)著教師的備課智慧和授課技巧，又能夠培養(yǎng)和考察學(xué)生的邏輯推理能力。

在推理環(huán)節(jié)，筆者說道：“在已經(jīng)建立的模型中，我們知道了汽車的初、末速度υ1、υ2，那么功W與速度υ之間存在怎么樣的關(guān)系？即想辦法將力F合和位移S去掉，大家回想以前的公式，誰知道位移S與υ的關(guān)系？”學(xué)生紛紛回答：“是筆者說道：“那么，我們代入到公式W=FS中，

合看看能得到什么？”學(xué)生回答：“得到W=?！惫P者又問：“請(qǐng)問 等于什么？”學(xué)生回答道：“根據(jù)牛頓第二定律F=ma就是m?！惫P者回答道：“好，我們將m帶入上述公式，大家簡化下得到什么？”學(xué)生得出，在之前，大家了解到物體因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)而具有能量，這種能量就是動(dòng)能。我們定義就是小車在速度為υ時(shí)的動(dòng)能，即1最終得到動(dòng)能的表達(dá)式 EK。

三、科學(xué)論證，內(nèi)化教材要點(diǎn)

物理是一門自然學(xué)科，需要大量的論證過程來驗(yàn)證相關(guān)的規(guī)律或定理。物理推導(dǎo)的過程有很多奇妙的思路，如極限法、微積分法、替代法等，體現(xiàn)了教學(xué)大綱中利用數(shù)學(xué)知識(shí)解決物理問題的要求。學(xué)生通過科學(xué)論證來檢驗(yàn)教材內(nèi)容，最終內(nèi)化相關(guān)知識(shí)。在物理教學(xué)中，教師應(yīng)著力提升學(xué)生的科學(xué)論證能力，充分采用小組合作的形式來培養(yǎng)其物理科學(xué)思維能力。在小組合作過程中，學(xué)生能夠通過交流來活躍思維，同時(shí)，教師要走下講臺(tái)參與到互動(dòng)活動(dòng)中，讓學(xué)生在問題引領(lǐng)下不斷地橫向和縱向發(fā)散思維，從而培養(yǎng)他們思維的靈活性，提出解決問題的辦法并進(jìn)行論證，最終提高其科學(xué)思維水平。

在論證環(huán)節(jié)，筆者問道：“如果物體同時(shí)受到幾個(gè)力的作用，那么W表示什么？”學(xué)生回答：“表示物體做的總功?！惫P者趁勢又問：“我們剛才推導(dǎo)在恒力作用下物體的直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，假如物體做曲線運(yùn)動(dòng)或受到變化的力，動(dòng)能定理能不能適用？”學(xué)生開始進(jìn)行思考，在他們思考幾分鐘后，筆者引導(dǎo)提示學(xué)生：“我們能否嘗試運(yùn)用微元法來得到動(dòng)能定理？”在高一階段，學(xué)生已經(jīng)在推導(dǎo)勻變速直線運(yùn)動(dòng)位移和時(shí)間關(guān)系中接觸到了微元法的思想，筆者就抓住微元法中“變化”這一本質(zhì)特征，通過限制“變化”的時(shí)間和空間，將過程分成無數(shù)的情況，還適用于變力做功、曲線運(yùn)動(dòng)的情況。通過上述分析思路，學(xué)生就能有效地將相關(guān)教材知識(shí)內(nèi)化為自己的知識(shí)，從而有效提升物理科學(xué)思維。

四、質(zhì)疑創(chuàng)新，拓展學(xué)生思維

在當(dāng)前教學(xué)模式中，由于教師的“填鴨式”教學(xué)、加之自身缺乏引導(dǎo)意識(shí)，導(dǎo)致課堂教學(xué)氣氛不夠自由民主，學(xué)生只能從內(nèi)心質(zhì)疑物理教學(xué)內(nèi)容，很難形成自己的知識(shí)體系。物理的發(fā)展過程就是科學(xué)家不斷質(zhì)疑和驗(yàn)證的過程，牛頓通過質(zhì)疑蘋果落地現(xiàn)象而發(fā)現(xiàn)萬有引力定律，因此，教師應(yīng)當(dāng)重視學(xué)生的質(zhì)疑創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，讓他們能夠從高中邁出創(chuàng)新的第一步，培養(yǎng)主體創(chuàng)新意識(shí)。在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生面對(duì)疑難問題時(shí)可以多問“為什么”，從某種意義上講，提出問題就意味著思考問題，通過反思活動(dòng)能夠提升自身發(fā)現(xiàn)問題、思考問題的主動(dòng)性。

在當(dāng)堂檢測環(huán)節(jié)，筆者為學(xué)生布置了兩道習(xí)題：①將兩個(gè)相同的金屬球以相同的速度分別向下及水平拋出，落在同一水平面上，比較兩者落地時(shí)速度的大小。②一質(zhì)量為m的物體，從傾角為θ，高度為h的斜面頂點(diǎn)A處無初速度地滑下，到達(dá)B點(diǎn)后速度變?yōu)棣?，然后在水平地面上滑行?位移后停在C處。求：如果把物體從C點(diǎn)拉回到原出發(fā)點(diǎn)A，拉力至少要做多少功？第①題檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)課堂教學(xué)情況的掌握程度，學(xué)生由動(dòng)能定理得出落地時(shí)速度相同，但心中仍不太信服，筆者利用傳感器演示實(shí)驗(yàn)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果跟自己推論一致，印象勢必更加深刻；第②題檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)動(dòng)能定理的綜合應(yīng)用能力，筆者通過第②題檢驗(yàn)學(xué)生掌握功、動(dòng)能定理的情況，然后再引導(dǎo)他們得到應(yīng)用動(dòng)能定理的步驟及注意事項(xiàng)。

結(jié)語

隨著“萬眾創(chuàng)新，大眾創(chuàng)業(yè)”如火如荼地開展，學(xué)校和社會(huì)越來越重視對(duì)人的能力、素養(yǎng)的培養(yǎng)。在此背景下，廣大物理教師應(yīng)當(dāng)加大對(duì)教材的研究力度，努力提升自身的專業(yè)素質(zhì)，通過“巧妙”的課堂教學(xué)來提高學(xué)生科學(xué)思維能力，幫助他們形成終身受益的思維習(xí)慣，進(jìn)而提升其物理核心素養(yǎng)。

[1] 劉亞珍.基于能力培養(yǎng)的高職實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建研究[J].職教論壇,2015(11):57-60.