基于物理學(xué)科核心素養(yǎng)的綜合實踐課程的設(shè)計

楊俊亞　鄭衛(wèi)峰

[摘? ? ? ? ? ?要]? 自新課標提出各學(xué)科的核心素養(yǎng)以來，如何培養(yǎng)本學(xué)科的核心素養(yǎng)成為教師和教育工作者討論的重要話題。課標中指出物理學(xué)科的核心素養(yǎng)包括“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責任”四個方面?；谖锢韺W(xué)科核心素養(yǎng)設(shè)計高中物理力學(xué)模塊相關(guān)的綜合活動實踐課程。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? 物理學(xué)科;核心素養(yǎng);綜合實踐課程

[中圖分類號]? G642? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2019）34-0318-02

在新的課標中提到：學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)科育人價值的集中體現(xiàn)，是學(xué)生通過學(xué)科學(xué)習而逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力，基于此物理學(xué)科的核心素養(yǎng)為“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責任”四個方面，其中“物理觀念”是從物理學(xué)視角形成的關(guān)于物質(zhì)、運動與相互作用、能量等的基本認識，不僅僅是簡單的物理概念或者物理規(guī)律，更是物理概念和規(guī)律等在學(xué)生頭腦中轉(zhuǎn)化后而得到的內(nèi)容，這是學(xué)生能從物理學(xué)視角解釋自然現(xiàn)象和解決實際問題的基礎(chǔ)，但是由于一些規(guī)律與概念本身比較抽象，因此需要在物理教學(xué)過程中能升華、強化和遷移，使概念和規(guī)律在學(xué)生頭腦中扎實地轉(zhuǎn)化為概念?！翱茖W(xué)思維”是從物理學(xué)視角對客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認識方式，也就是構(gòu)建模型的思維，是對生活中的情景以及模型抽象概括的過程，這個過程中會利用到分析、推理、歸納總結(jié)等方法。在學(xué)生產(chǎn)生了物理觀念之后，根據(jù)科學(xué)的思維方式將現(xiàn)實問題轉(zhuǎn)化為模型，才能采用科學(xué)的方式對問題進行探究，在這一過程中逐漸形成的對科學(xué)和技術(shù)應(yīng)有的正確態(tài)度和責任感[1]。因此基于物理學(xué)科核心素養(yǎng)的物理教學(xué)是培養(yǎng)科學(xué)思維的關(guān)鍵。[2]

高中物理中力學(xué)是關(guān)鍵，也是其他模塊的基礎(chǔ)，因而在力學(xué)知識模塊的學(xué)習過程中思維培養(yǎng)非常重要，但由于力的概念比較抽象，學(xué)生在學(xué)習過程中比較難形成觀念，也比較容易與現(xiàn)實脫節(jié)，[3]因此在此階段學(xué)習過程中，尤其需要加強學(xué)生的科學(xué)思維的培養(yǎng)，本文以細小的火柴吊起“螞蟻吊大象”（三根火柴棒和細棉繩按照要求組合起來，完成三根火柴棒中的一根橫在桌面上來吊起十瓶礦泉水的挑戰(zhàn)）的情景通過學(xué)生完成與生活有關(guān)的

趣味綜合性活動以及活動后的分析來培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維以及探究物理核心素養(yǎng)，如圖1為完成效果圖。

課程設(shè)計：

本次課程以“螞蟻吊大象”為主線，采取小組合作的方式（每組三人），在小組合作探究的過程中，共同討論完成挑戰(zhàn)關(guān)鍵的問題，之后運用物理知識來解釋活動中存在的力學(xué)原理之后給出吊起更多瓶水的各根火柴和繩子之間的位置關(guān)系，檢驗理論分析得出的位置是否能完成十瓶挑戰(zhàn)，并解釋為什么存在挑戰(zhàn)極限。

一、創(chuàng)設(shè)情景引入“螞蟻吊大象”形成初步的學(xué)科觀念

展示驚心動魄的“螞蟻吊大象”比賽挑戰(zhàn)視頻引入活動，視頻中挑戰(zhàn)者小心翼翼地擺放火柴以及調(diào)整繩子和火柴的位置所營造的氛圍可以將學(xué)生帶入緊張的挑戰(zhàn)氛圍之中吸引學(xué)生的興趣以及注意力，提問完成視頻挑戰(zhàn)中挑戰(zhàn)者用到的材料細繩以及三根火柴，然后要求學(xué)生尋找完成活動所需要的材料，以小組為單位利用找到的材料按照視頻中方式和順序放置火柴和細繩。引導(dǎo)學(xué)生在搭建過程中摸索火柴位置以及細繩位置的關(guān)系如何放置比較穩(wěn)固，同時鼓勵學(xué)生不斷嘗試，并且要求學(xué)生記錄探究過程中經(jīng)常出現(xiàn)的問題以及解決問題的思路和依據(jù)。

二、在“螞蟻吊大象”比賽中開展科學(xué)探究

要求各小組三位學(xué)生挑戰(zhàn)“螞蟻吊大象”并取三位學(xué)生吊起的水瓶的平均值為各組最后成績。在每組比賽過程中要求講解自己火柴以及細繩位置擺放的心得和每一根木棒的擺放位置，并解釋其中的力學(xué)原理。此時學(xué)生已經(jīng)在利用學(xué)過的知識嘗試建立這個復(fù)雜問題的模型。對這個復(fù)雜的模型的受力情況已經(jīng)有了一些初步的認識。但是此時模型建立得比較簡單或者是無法真正建立出這個情景中復(fù)雜而且抽象的，無法正確、全面地解釋這一現(xiàn)象。

三、解密“螞蟻吊大象”展示學(xué)科思維

引導(dǎo)學(xué)生建模：（1）先提問學(xué)生如何區(qū)分三跟火柴，進而引導(dǎo)學(xué)生對火柴進行編號。如圖2（a）從上到下依次給小木棒編號。然后對整個結(jié)構(gòu)中繩、線、桌子之間的交點進行編號：如圖2（b）從圖中的左到右、上到下依此是：A、B、C、D、E。并且根據(jù)探究過程中觀察的受力點和受力情況共同明確研究的對象為火柴以及細繩和桌面。由于整個模型的對象比較多，先要求學(xué)生畫出模型的簡圖。

（2）引導(dǎo)學(xué)生共同對棒進行受力分析

對棒1受力分析：如圖四對棒1受力分析，它與桌面的交點B受到來自桌面的支持力N桌1以及摩擦力f桌1，它與繩子的交點B′受到繩子向下拉力F繩1以及摩擦力f繩1。它與棒2的交點受到摩擦力f21以及z支持力F21，棒1是一個杠桿模型，支點是B點，B′B是拉力F繩的力臂，AB是支持力F21的力臂。由于B′B比較小，所以F21較小時可以提起相對較重的水。

對棒2進行受力分析如圖五：它與棒1的交點A受到棒1對它的壓力F12以及摩擦力f12，它與棒3的交點D的位置受到來自棒3的支持力F32。

對棒3進行受力分析（如圖六）：與繩子的兩個交點受到繩子向上以及向下的拉力TC、TB、TC'、TB'，以及受與繩之間的摩擦力f3繩，這個摩擦力f3繩是由于棒3受到棒2對它在D點的壓力F23而產(chǎn)生的。由于這個力產(chǎn)生了棒1的杠桿里的向上的支持力。根據(jù)受力分析得出結(jié)果總結(jié)出火柴1與細繩接觸的位置要盡量靠近、細繩與火柴3形成的夾角要比較小以及火柴2與火柴3接觸面要粗糙等條件能保證盡可能多地吊起水。

總之，從學(xué)生物理核心素養(yǎng)發(fā)展的角度看，該活動是將生活中的問題轉(zhuǎn)換成物理的模型，對科學(xué)思維建立有很重要的作用。同時，這個模型中存在各種力，加深核心素養(yǎng)中的相互作用觀的理解。作為活動實踐探究的形式在學(xué)生實踐過程中需要自己查找資料，自己來解釋和推理分析整個模型的受力，找到木棒、細繩比較合適的位置，這有助于科學(xué)思維的科學(xué)推理和科學(xué)探究的形成。最后，對生活中現(xiàn)象利用嚴謹?shù)奈锢碇R來解釋和分析可以增強學(xué)生的科學(xué)態(tài)度、責任。

參考文獻：

[1]彭前程.聚焦核心素養(yǎng) 編好新教材[J].中學(xué)物理，2019，37（15）：2-6.

[2]艾蒂，韓敘虹.基于物理核心素養(yǎng)培養(yǎng)的STEM教學(xué)的實踐：以“反沖小車”為例[J].中學(xué)物理，2019，37（9）：18-20.

[3]韓敘虹.STEM理念創(chuàng)新課堂 培養(yǎng)物理核心素養(yǎng)：以“奇妙的光現(xiàn)象——全反射”為例[J].中學(xué)物理，2019，37（11）：21-26.

◎編輯 馬燕萍