基于物理科學(xué)思維核心素養(yǎng)的“水平級(jí)”教學(xué)實(shí)踐研究與思考
——以“庫(kù)侖定律”教學(xué)設(shè)計(jì)為例

黨強(qiáng)強(qiáng)

(江蘇省前黃高級(jí)中學(xué), 江蘇 常州 213000)

優(yōu)秀的教學(xué)設(shè)計(jì)能為學(xué)生創(chuàng)造自主學(xué)習(xí)的環(huán)境,促使學(xué)生發(fā)揮主體作用,引導(dǎo)學(xué)生積極參與到教學(xué)過(guò)程中來(lái),激發(fā)學(xué)習(xí)的求知欲,提高教學(xué)效率,解決學(xué)生關(guān)于“教了,不等于學(xué)了;學(xué)了,不等于學(xué)會(huì)了”的困境．

物理核心素養(yǎng)是學(xué)生在接受物理教育過(guò)程中,逐步形成的適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力,是學(xué)生通過(guò)物理學(xué)習(xí)內(nèi)化的帶有物理學(xué)科特性的品質(zhì),是學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的關(guān)鍵成分．物理學(xué)科核心素養(yǎng)下的物理學(xué)科科學(xué)思維是重要的組成部分．

本文基于物理科學(xué)思維核心素養(yǎng)的“水平級(jí)”教學(xué)實(shí)踐研究與思考,通過(guò)“庫(kù)侖定律”教學(xué)設(shè)計(jì)展開(kāi),著眼于物理核心素養(yǎng)下的物理科學(xué)思維．教學(xué)環(huán)節(jié)及評(píng)價(jià)體系采用依據(jù)知識(shí)難易程度、學(xué)生的領(lǐng)悟能力、知識(shí)儲(chǔ)備情況進(jìn)行采用“水平分級(jí)”的方法,使得不同層級(jí)的學(xué)生,能夠在最短的時(shí)間內(nèi)掌握相符合層級(jí)的知識(shí)點(diǎn)．具體實(shí)施方案:(1) 從知識(shí)點(diǎn)、能力項(xiàng)到水平級(jí),將物理科學(xué)思維核心素養(yǎng)轉(zhuǎn)化為清晰的教學(xué)目標(biāo); (2) 關(guān)注學(xué)生的經(jīng)歷,依據(jù)不同層級(jí)的學(xué)生,進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì); (3) 強(qiáng)調(diào)深度學(xué)習(xí),開(kāi)展過(guò)程性和表現(xiàn)型評(píng)價(jià),并完成相應(yīng)的教學(xué)成果評(píng)估,極大地提高課堂教學(xué)效率．

1 “庫(kù)侖定律”的整體設(shè)計(jì)思路

關(guān)于電學(xué)知識(shí),學(xué)生在初中已經(jīng)有了一定基礎(chǔ),只是停留在認(rèn)識(shí)的層次上,僅僅知道電荷之間的相互作用力“同性相斥、異性相吸”.高中階段學(xué)習(xí),加大了思維強(qiáng)度,要注意知識(shí)的深化和科學(xué)研究方法、情感態(tài)度的教育,讓學(xué)生對(duì)電荷之間的作用力有更深的理解．

庫(kù)侖定律這節(jié)課的設(shè)計(jì)銜接初中、高中的相關(guān)知識(shí)點(diǎn),符合學(xué)生由形象思維向抽象思維轉(zhuǎn)變的過(guò)渡階段．本文關(guān)于庫(kù)侖定律的教學(xué)設(shè)計(jì)注重發(fā)揮學(xué)生的主體性,積極引導(dǎo)思想方法的理解與應(yīng)用,整體教學(xué)環(huán)節(jié)井然有序．

筆者設(shè)計(jì)了吸管吸水、球體運(yùn)動(dòng)、紙屑飛出等小實(shí)驗(yàn)為課堂引入,既激發(fā)了學(xué)生的興趣,也為庫(kù)侖力的提出做了鋪墊.本節(jié)課重在思想探究、庫(kù)侖定律的得出.筆者以學(xué)生猜想的形式開(kāi)場(chǎng),利用實(shí)驗(yàn)定性探究,整堂課貫穿著理想實(shí)驗(yàn)思想和堅(jiān)持真理、不迷信權(quán)威的科學(xué)態(tài)度的熏陶．最后回歸課堂,解釋引入視頻,并從思想上引領(lǐng)學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)．

2 凸顯核心素養(yǎng)的教學(xué)過(guò)程

2.1 巧設(shè)環(huán)境,精彩引入

教師:請(qǐng)同學(xué)們觀看視頻(簡(jiǎn)短小視頻)．

視頻內(nèi)容:電學(xué)引入實(shí)驗(yàn)如圖1所示，塑料吸管靠近細(xì)細(xì)的水流,發(fā)現(xiàn)水流由豎直狀態(tài)變彎曲;當(dāng)人將手靠近乒乓球,乒乓球會(huì)自主發(fā)生運(yùn)動(dòng);當(dāng)手張開(kāi)時(shí)碎屑會(huì)向四面八方飛出;視頻播放過(guò)程中,引導(dǎo)學(xué)生思考其中的奧妙,并通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí),讓學(xué)生最后對(duì)實(shí)驗(yàn)給予解釋?zhuān)?/p>

視頻播放結(jié)束,教師給予總結(jié):結(jié)合學(xué)生的回答,給出相應(yīng)的概念,電荷間的這種相互作用力叫庫(kù)侖力,遵循的規(guī)律為庫(kù)侖定律．

(a)

(b)

(c)

2.2 開(kāi)拓思維、類(lèi)比猜想

通過(guò)觀察引入實(shí)驗(yàn),學(xué)生結(jié)合前概念、生活經(jīng)驗(yàn)、學(xué)過(guò)的知識(shí)總結(jié)出帶電粒子間有庫(kù)侖力,那么庫(kù)侖力與哪些因素有關(guān)呢？可以積極引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行類(lèi)比猜想,學(xué)生猜想的結(jié)果以及猜想的思維方法會(huì)一直貫穿于整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)．

教師提問(wèn):庫(kù)侖力和哪些因素有關(guān),并解釋提出這樣猜想的原因?

學(xué)生回答:電荷間距離、質(zhì)量、電荷量、體積、溫度、濕度等等．

教師解釋:變量越多實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程越復(fù)雜,我們可以采用相對(duì)簡(jiǎn)單的模型,突出重要因素,忽略次要因素.

教師提問(wèn):怎么忽略“溫度、濕度”的影響?

學(xué)生回答:真空當(dāng)中．

教師提問(wèn):怎么忽略“體積”的影響?

學(xué)生回答:看成帶電的 “質(zhì)點(diǎn)”.

教師總結(jié):本節(jié)課我們主要來(lái)研究力與電荷量、距離之間的關(guān)系．

2.3 模型初建、實(shí)驗(yàn)探究

本環(huán)節(jié)主要是初步探究庫(kù)侖定律,通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究,讓學(xué)生觀察,定性地總結(jié)力與哪些重要因素有關(guān)系,并且猜想有著怎樣的規(guī)律?

2.3.1 模型建立

實(shí)驗(yàn)采用的實(shí)驗(yàn)儀器:起電機(jī)(解釋原理),連接絕緣繩的輕質(zhì)小球(解釋構(gòu)造),透明面板(觀察小球的偏轉(zhuǎn)),標(biāo)志物(定位小球具體位置)．

教師提問(wèn):當(dāng)起電機(jī)給大球帶電,猜想小球會(huì)如何運(yùn)動(dòng)?(起電機(jī)演示實(shí)驗(yàn)如圖2所示)

圖2 圖3

學(xué)生回答:小球先被吸引到大球,接觸之后馬上排開(kāi)．

教師提問(wèn):小球被排開(kāi)說(shuō)明受到力,如何判斷力的大小呢?

學(xué)生回答:根據(jù)小球的偏轉(zhuǎn)角度判斷,角度越大,受力越大．(小球受力模型如圖3所示)

2.3.2 定性實(shí)驗(yàn)探究

教師提問(wèn):根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)儀器以及建立的模型,請(qǐng)同學(xué)們思考,接下來(lái)應(yīng)該如何進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究?

學(xué)生回答:探究庫(kù)侖力與兩個(gè)物理量直接的相互作用,可以通過(guò)控制變量法,分別控制電荷量不變,改變距離;控制距離不變,改變電荷量來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究．

教師提問(wèn),如何實(shí)現(xiàn)上述控制變量的實(shí)驗(yàn),怎樣設(shè)計(jì)你的實(shí)驗(yàn)過(guò)程呢?

教師總結(jié): (1) 控制電荷量不變,改變距離:利用起電機(jī)給大球和小球分別帶電后斷開(kāi),則兩球的電荷量不變,此時(shí)小球偏轉(zhuǎn)一定角度α1,用定位標(biāo)記定位為距離r1,移動(dòng)小球到距離r2處,小球偏轉(zhuǎn)角度為α2.

(2) 控制距離不變,改變電荷量:利用起電機(jī)給大球和小球分別帶電后斷開(kāi),則兩球的電荷量不變,此時(shí)小球偏轉(zhuǎn)一定角度α1,用定位標(biāo)記定位為距離r1,利用不帶電的小球(與帶電小球完全一樣)改變帶電小球的電荷,小球偏轉(zhuǎn)角度為α2,繼續(xù)移動(dòng)小球位置,使得兩球之間距離為r1,觀察小球偏轉(zhuǎn)角度為α3．

教師提問(wèn):在當(dāng)時(shí)電荷的定義尚不清楚,如何能夠得到定量的電荷呢,也就是說(shuō),上述實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,采用與帶電小球完全相同的小球的目的是什么?

學(xué)生思考: ……

圖4

教師解釋:根據(jù)守恒思想和對(duì)稱(chēng)思想得到,將兩個(gè)相同的小球接觸,電荷量會(huì)平均分配(電荷量均分模型如圖4所示)．解釋原因．

給學(xué)生一定時(shí)間思考并展開(kāi)討論.

教師提問(wèn):通過(guò)觀察上述實(shí)驗(yàn),并且展開(kāi)猜想,力與電量和距離有什么樣具體的 “定量關(guān)系”呢?

學(xué)生回答:通過(guò)觀察對(duì)比上述實(shí)驗(yàn),不難發(fā)現(xiàn):

(1) 距離相同時(shí),小球帶電荷量越大,偏角越大,力越大;帶電荷量越小,力越?。?/p>

(2) 帶電荷量相同時(shí),距離越近,偏角越大,力越大;距離越遠(yuǎn),力越?。?/p>

教師提問(wèn):在探究影響庫(kù)侖力因素時(shí),本實(shí)驗(yàn)有什么優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)?為什么庫(kù)侖不采用這種實(shí)驗(yàn)進(jìn)行定量研究?

學(xué)生回答:實(shí)驗(yàn)并沒(méi)有排除外界環(huán)境的影響,并沒(méi)有采用實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)候的模型簡(jiǎn)化．

教師總結(jié):引入“庫(kù)侖扭秤”實(shí)驗(yàn)(如圖5—圖7所示),并講述庫(kù)侖扭稱(chēng)的使用原理．

圖5 圖6

圖7

2.3.3 探究影響電荷間相互作用力的因素

教師提問(wèn):通過(guò)上面的結(jié)論,能不能思考以前學(xué)過(guò)的知識(shí),并且通過(guò)類(lèi)比的方法猜想F與Q、r有什么具體定量關(guān)系?

學(xué)生回答:類(lèi)比萬(wàn)有引力定律,電荷間作用力應(yīng)和萬(wàn)有引力一樣具有“平方反比” 規(guī)律.

教師介紹庫(kù)侖扭稱(chēng)實(shí)驗(yàn),如何實(shí)驗(yàn) “定量”探究,由于庫(kù)侖扭秤比較難以理解,教師類(lèi)比生活中的“擰毛巾”過(guò)程,介紹扭稱(chēng)的工作原理,并且播放簡(jiǎn)短視頻,便于學(xué)生更好的理解．

2.3.4 規(guī)律的多樣性與統(tǒng)一性

通過(guò)對(duì)比總結(jié):規(guī)律的多樣性與統(tǒng)一性,我們要用多樣性和統(tǒng)一性的眼光看待我們的世界．

2.4 庫(kù)侖定律的應(yīng)用

例1.試比較電子和質(zhì)子間的靜電引力和萬(wàn)有引力.已知電子的質(zhì)量m1=9.10×10-31kg,質(zhì)子的質(zhì)量m2=1.67×10-27kg.電子和質(zhì)子的電荷量都是1.60×10-19C.

圖8

例2.如圖8所示，真空中有3個(gè)點(diǎn)電荷,它們固定在邊長(zhǎng)為50cm的等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)上,每個(gè)點(diǎn)電荷都是×10-6C,求它們所受的庫(kù)侖力.

2.5 課堂小結(jié)

教師提問(wèn):通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí),你學(xué)到了哪些知識(shí)?

學(xué)生回答:

(1) 知識(shí)點(diǎn)的總結(jié)．

(2) 思想方法的滲透、科學(xué)思維、科學(xué)態(tài)度的培養(yǎng)．

3 “水平級(jí)”教學(xué)成果評(píng)估

“庫(kù)侖定律”這節(jié)課靈活運(yùn)用教學(xué)設(shè)計(jì),采用精心設(shè)計(jì)的學(xué)案,課程遵循高中學(xué)生的思維習(xí)慣,整堂課教學(xué)、學(xué)習(xí)、評(píng)價(jià)圍繞著課程目標(biāo)展開(kāi)．

教與學(xué)環(huán)節(jié):通過(guò)設(shè)計(jì)問(wèn)題及合適的教學(xué)方法,符合不同水平級(jí)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解過(guò)程．精心的教學(xué)設(shè)計(jì),激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力,創(chuàng)新能力.

教與評(píng)環(huán)節(jié):通過(guò)知識(shí)點(diǎn)的講解,結(jié)合學(xué)案,基本達(dá)到“所教即所學(xué)”,利用相應(yīng)的教學(xué)方法,將本節(jié)課的重難點(diǎn)清晰地給予講解,讓學(xué)生從本質(zhì)上理解問(wèn)題．例如,讓學(xué)生總結(jié)所學(xué)內(nèi)容,結(jié)合學(xué)生的回答,巧設(shè)問(wèn)題,引導(dǎo)學(xué)生學(xué)到知識(shí)并且學(xué)會(huì)應(yīng)用知識(shí).

學(xué)與評(píng)環(huán)節(jié):通過(guò)學(xué)案的有效的分級(jí)、教學(xué)環(huán)節(jié)中問(wèn)題難度的分級(jí),做出最有效的評(píng)價(jià).例如,對(duì)于“電荷平分”知識(shí)點(diǎn)的理解屬于A水平級(jí),給物理理解能力比較強(qiáng)的學(xué)生解答;對(duì)于“類(lèi)比思想”的應(yīng)用屬于C水平級(jí),則要求所有學(xué)生都可以解答等．

總之,本節(jié)課教學(xué)設(shè)計(jì),“教-學(xué)-評(píng)”始終嚴(yán)格遵守教學(xué)目標(biāo),對(duì)于水平級(jí)分層的方法,效果也很明顯,學(xué)案設(shè)計(jì)在評(píng)價(jià)體系中也恰到好處,彰顯了課程的完整性．

4 結(jié)語(yǔ)

有效的教學(xué)設(shè)計(jì)與教師的課程素養(yǎng)與評(píng)價(jià)素養(yǎng)息息相關(guān).教師在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)必須源于教材,基于教學(xué)目標(biāo),以學(xué)生為主體,重視教學(xué)過(guò)程及評(píng)價(jià)方式方法,讓學(xué)生的學(xué)習(xí)具有可持續(xù)性．在教學(xué)設(shè)計(jì)和學(xué)案設(shè)計(jì)中,對(duì)知識(shí)點(diǎn)和學(xué)生進(jìn)行初步的“水平分級(jí)”,選擇和組織最合適的教學(xué)方式以及評(píng)價(jià)方式,通過(guò)對(duì)知識(shí)點(diǎn)和學(xué)生水平分級(jí),在最短的時(shí)間內(nèi)提高整堂課的教學(xué)設(shè)計(jì)效率,也是物理學(xué)科核心素養(yǎng)的基本要求,真正做到“因材施教”．