基于物理核心素養(yǎng)的專題教學(xué)策略

董友軍 馬北河 朱建平 丘宇軒

摘? 要：文章以物理核心素養(yǎng)為指導(dǎo)，以“滑塊與滑板組合”為案例，總結(jié)專題教學(xué)的策略，包括專題選取策略、習(xí)題編制策略、學(xué)生學(xué)習(xí)策略、教師教學(xué)策略。并以核心素養(yǎng)為目標(biāo)、以物理知識(shí)為主線、以解決問(wèn)題為中心、以問(wèn)題引導(dǎo)為手段，建構(gòu)專題教學(xué)體系，有效地落實(shí)了物理核心素養(yǎng)，提升了學(xué)生解決問(wèn)題的能力。

關(guān)鍵詞：物理核心素養(yǎng);專題教學(xué);滑塊與滑板組合

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-6148（2019）7-0019-5

距離高一期末物理考試還剩下兩個(gè)星期，學(xué)校指定筆者上一節(jié)市級(jí)示范課，希望該示范課既突出考查重點(diǎn)、提升解題能力，又體現(xiàn)課程理念、培養(yǎng)核心素養(yǎng)。筆者思前想后，決定以“物理核心素養(yǎng)”為指導(dǎo)實(shí)施“滑塊與滑板組合”專題教學(xué)。所謂專題教學(xué)，是指專門為了某一個(gè)問(wèn)題進(jìn)行收集、分析、歸納的教學(xué)。專題教學(xué)是高中階段必要的教學(xué)形式，它既可以突出知識(shí)重點(diǎn)、指引學(xué)生學(xué)習(xí)的方向，又可以突破知識(shí)難點(diǎn)、化解學(xué)生的理解障礙，還可以凸顯知識(shí)特點(diǎn)、構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。

1? ? 專題選取策略

如何選取專題？是專題教學(xué)的首要問(wèn)題。專題選取得好，既可以讓教師事半功倍、提高教學(xué)效率，也可以讓學(xué)生減輕負(fù)擔(dān)、提升解題能力。筆者在選取“滑塊與滑板組合”專題時(shí)，主要體現(xiàn)以下三點(diǎn)。

1.1? ? 專題體現(xiàn)高考重點(diǎn)

筆者認(rèn)為，要想落實(shí)課程理念，最佳的策略就是把“物理核心素養(yǎng)”與“物理高考試卷”有機(jī)結(jié)合。企圖超越“高考”而進(jìn)行高中物理教學(xué)，既不符合學(xué)生的需求，也不符合家長(zhǎng)的期待，必定以失敗而告終?！盎瑝K與滑板組合”題型，在高考試卷中經(jīng)常出現(xiàn)，由于涉及過(guò)程復(fù)雜，常常是以高考物理壓軸題呈現(xiàn)。筆者查閱最近5年全國(guó)Ⅰ卷的壓軸題，即第25題，其中2015年就考查了“滑塊與滑板組合”題型。

原題如下：

一長(zhǎng)木板置于粗糙水平地面上，木板左端放置一小物塊，在木板右方有一墻壁，木板右端與墻壁的距離為4.5 m，如圖1（a）所示。t=0時(shí)刻開(kāi)始，小物塊與木板一起以共同速度向右運(yùn)動(dòng)，直至t=1 s時(shí)木板與墻壁碰撞（碰撞時(shí)間極短）。碰撞前后木板速度大小不變，方向相反;運(yùn)動(dòng)過(guò)程中小物塊始終未離開(kāi)木板。已知碰撞后1 s時(shí)間內(nèi)小物塊的v-t圖像如圖1（b）所示。木板的質(zhì)量是小物塊質(zhì)量的15倍，重力加速度g取10 m/s2。求：

（1）木板與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ1及小物塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ2;

（2）木板的最小長(zhǎng)度;

（3）木板右端離墻壁的最終距離。

1.2? ? 專題體現(xiàn)做題錯(cuò)點(diǎn)

若某個(gè)知識(shí)點(diǎn)是高考重點(diǎn)，但學(xué)生不會(huì)做錯(cuò)，就說(shuō)明學(xué)生對(duì)這個(gè)知識(shí)點(diǎn)已經(jīng)掌握，它就失去了作為專題教學(xué)的必要性。

筆者任教高中物理多年，每屆高一學(xué)生做“滑塊與滑板組合”習(xí)題時(shí)都會(huì)出錯(cuò)。高一學(xué)生主要存在以下兩個(gè)錯(cuò)誤：一個(gè)是只用滑板的重力去計(jì)算地面對(duì)滑板滑動(dòng)摩擦力的大小;另一個(gè)是滑板和滑塊的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。為了幫助學(xué)生糾正錯(cuò)誤，掃除繼續(xù)學(xué)習(xí)的障礙，選取“滑塊與滑板組合”專題就顯得十分必要。

1.3? ? 專題體現(xiàn)思維節(jié)點(diǎn)

“滑塊與滑板組合”題型主要涉及運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、牛頓運(yùn)動(dòng)定律等知識(shí)?；瑝K和滑板的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，一般包括勻加速直線運(yùn)動(dòng)、勻減速直線運(yùn)動(dòng)、勻速直線運(yùn)動(dòng)。由于滑塊和滑板的運(yùn)動(dòng)過(guò)程多、狀態(tài)變化多，學(xué)生很容易顧此失彼，思維進(jìn)階遭遇瓶頸。筆者通過(guò)設(shè)置“滑塊與滑板組合”專題教學(xué)，把滑塊和滑板運(yùn)動(dòng)過(guò)程通過(guò)隨手實(shí)驗(yàn)演示，并畫出運(yùn)動(dòng)過(guò)程示意圖，是促進(jìn)學(xué)生思維層次提升的一個(gè)重要節(jié)點(diǎn)。

2? ? 習(xí)題編制策略

確定了專題內(nèi)容，就要編制相應(yīng)的習(xí)題。在高中階段，習(xí)題是教師和學(xué)生之間的重要橋梁：教師通過(guò)編制習(xí)題，體現(xiàn)教學(xué)理念;學(xué)生通過(guò)解答習(xí)題，落實(shí)教學(xué)理念。教師引導(dǎo)學(xué)生分析習(xí)題，為學(xué)生答疑解惑，從而提升學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

筆者精心編制的“滑塊與滑板組合”習(xí)題如下：

例題分析：如圖2所示，質(zhì)量M=4 kg、足夠長(zhǎng)的滑板靜止在水平地面上，質(zhì)量m=1 kg的小滑塊以速度v0=5 m/s從滑板的左端沖上滑板。已知滑塊與滑板間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ1=0.2，最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力。（g取10 m/s2）

（1）若地面光滑，求滑塊加速度的大小和方向、滑板加速度的大小和方向以及滑塊在滑板上滑行的時(shí)間，并畫出滑塊、滑板的v-t圖像;

（2）若地面粗糙，且已知地面與滑板的動(dòng)摩擦因數(shù)μ2=0.008，求滑塊加速度的大小和方向、滑板加速度的大小和方向、滑板滑行的距離，并畫出滑塊、滑板的v-t圖像。

練習(xí)鞏固：如圖3所示，長(zhǎng)L=7.5 m、質(zhì)量M=4 kg的滑板放在水平地面上，其左端有質(zhì)量m=1 kg的小滑塊，滑塊與滑板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ1=0.4。開(kāi)始時(shí)滑塊與滑板都處于靜止?fàn)顟B(tài)，現(xiàn)對(duì)滑塊施加水平向右的恒力F=8 N，使滑塊在滑板上滑動(dòng)起來(lái)，g取10 m/s2。

（1）若地面光滑，求滑塊在滑板上滑行的時(shí)間;

（2）若地面粗糙，地面與滑板間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ2=0.06，求滑板滑行的距離。

筆者在編制以上“滑塊與滑板組合”習(xí)題時(shí)，有如下考慮。

2.1? ? 習(xí)題考查物理核心素養(yǎng)

編制習(xí)題要突出考查物理核心素養(yǎng)的四個(gè)方面。物理核心素養(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(zé)任。在考查物理觀念方面，通過(guò)認(rèn)識(shí)滑塊和滑板的實(shí)物，考查學(xué)生的物質(zhì)觀念;通過(guò)分析滑塊和滑板的運(yùn)動(dòng)，考查學(xué)生的運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念。由于物理必修一還沒(méi)有涉及能量，因此沒(méi)有考查能量觀念。在考查科學(xué)思維方面，通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生分析“滑塊與滑板組合”的特征，考查模型建構(gòu);通過(guò)把滑塊、滑板以及滑塊和滑板看作研究對(duì)象進(jìn)行受力分析，培養(yǎng)整體法、隔離法、假設(shè)法、反證法等科學(xué)方法;并從定性和定量對(duì)物理問(wèn)題進(jìn)行科學(xué)推理、找出規(guī)律、形成結(jié)論。在考查科學(xué)探究方面，提倡用“隨手實(shí)驗(yàn)”進(jìn)行物理過(guò)程分析，即把橡皮擦當(dāng)作滑塊，把文具盒當(dāng)作滑板，在課桌上演示滑塊和滑板的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，并要求學(xué)生畫出關(guān)鍵位置的示意圖，這樣不僅可以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究興趣，也可以培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維能力。在考查科學(xué)態(tài)度與責(zé)任方面，通過(guò)學(xué)生相互交流、討論“地面對(duì)滑板滑動(dòng)摩擦力的大小和方向判斷”以及“滑塊、滑板各自運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析”，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)與他人合作，充分尊重他人，認(rèn)真聽(tīng)取他人分析，并能基于邏輯發(fā)表自己的見(jiàn)解。

2.2? ? 習(xí)題符合高考試題特征

筆者分析2015年全國(guó)Ⅰ卷第25題，發(fā)現(xiàn)此題有如下特征。

（1）運(yùn)動(dòng)過(guò)程多段。物塊和木板的過(guò)程有四段：第一段是物塊和木板一起向右做勻減速直線運(yùn)動(dòng);第二段是木板因?yàn)榕鲎捕聪?、向左做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，物塊向右做勻減速直線運(yùn)動(dòng);第三段是木板繼續(xù)向左做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，物塊向右減速到0 m/s后向左做勻加速直線運(yùn)動(dòng);第四段是物塊和木板一起向左做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，直至一起靜止。

（2）物體狀態(tài)多變。物塊和木板的狀態(tài)經(jīng)歷三變：第一變是物塊和木板以相同加速度a1向右做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，變?yōu)槲飰K以加速度a2向右做勻減速直線運(yùn)動(dòng)、木板以加速度a3向左做勻減速直線運(yùn)動(dòng);第二變是物塊以加速度a2向右做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，變?yōu)槲飰K以加速度a2向左做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，而木板繼續(xù)以加速度a3向左做勻減速直線運(yùn)動(dòng);第三變是物塊以加速度a2向左做勻加速直線運(yùn)動(dòng)、木板以加速度a3向左做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，變?yōu)槲飰K和木板以相同加速度a1向左做勻減速直線運(yùn)動(dòng)。

（3）圖像應(yīng)用多種。題目有圖像（a）和圖像（b）（如圖1），其中圖像（a）是物塊和木板的示意圖，可以方便學(xué)生理解題意;圖像（b）是物塊速度-時(shí)間的函數(shù)圖，它可以把一些解題需要的數(shù)據(jù)隱藏在圖中，檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)函數(shù)圖的理解和應(yīng)用，從而體現(xiàn)物理考試大綱中“應(yīng)用數(shù)學(xué)處理物理問(wèn)題的能力”。

2.3? ? 習(xí)題略超學(xué)生實(shí)際水平

最近發(fā)展區(qū)理論認(rèn)為，學(xué)生的發(fā)展有兩種水平：一種是學(xué)生的現(xiàn)有水平，指獨(dú)立活動(dòng)時(shí)所能達(dá)到的解決問(wèn)題的水平;另一種是學(xué)生可能的發(fā)展水平，也就是通過(guò)教學(xué)所獲得的潛力，兩者之間的差異就是最近發(fā)展區(qū)。教學(xué)應(yīng)著眼于學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，為學(xué)生提供帶有難度的內(nèi)容，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，發(fā)揮其潛能，超越其最近發(fā)展區(qū)而達(dá)到下一個(gè)發(fā)展階段的水平，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行下一個(gè)發(fā)展區(qū)的發(fā)展。筆者在命制例題和練習(xí)題時(shí)，既考慮了本校學(xué)生的生源情況，也考慮了高一學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，所以命制的題目難度比高考題低些，但又略高于學(xué)生的實(shí)際水平。例題和練習(xí)與高考題比較，主要體現(xiàn)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程較少、狀態(tài)變化少。上課實(shí)踐證明，通過(guò)教師的引導(dǎo)，學(xué)生可以理解清楚。為了降低學(xué)生的認(rèn)知梯度，例題和練習(xí)第1問(wèn)設(shè)置為地面光滑，讓學(xué)生的思考有一個(gè)從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的過(guò)程，符合學(xué)生的認(rèn)知特征。同時(shí)，為了拓展學(xué)生的解題途徑，也為了培養(yǎng)學(xué)生用數(shù)學(xué)處理物理問(wèn)題的能力，還特別設(shè)置“畫出滑塊、滑板的v-t圖像”。

3? ? 學(xué)生學(xué)習(xí)策略

著名教育家葉圣陶說(shuō)，“教師之為教，不在全盤授予，而在于相機(jī)誘導(dǎo)”，“我以為好的先生不是教書，不是教學(xué)生，乃是教學(xué)生學(xué)”，“凡為教者必期于達(dá)到不須教”。這些教學(xué)觀點(diǎn)，充分體現(xiàn)了“以學(xué)生為主體”的現(xiàn)代教學(xué)理念。在課堂上，教師所做的一切活動(dòng)，都是為學(xué)生的學(xué)服務(wù)。

筆者從以下四個(gè)方面給予學(xué)生引導(dǎo)。

3.1? ? 引導(dǎo)學(xué)生自主分析

自主分析是課堂的基礎(chǔ)，教師可以選擇一些簡(jiǎn)單的問(wèn)題，通過(guò)學(xué)生自主分析加以完成。如在審題階段，教師引導(dǎo)學(xué)生說(shuō)出哪些是關(guān)鍵詞并隱含什么條件？學(xué)生回答：“足夠長(zhǎng)”表示滑塊不會(huì)從滑板上滑下，“靜止”表示速度為0 m/s，“光滑”表示不受摩擦力。在受力分析階段，筆者引導(dǎo)學(xué)生自主分析滑塊和滑板各自的受力情況。通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生自主分析，讓學(xué)生養(yǎng)成獨(dú)立思考的習(xí)慣，鍛煉學(xué)生自己解決物理問(wèn)題的能力。

3.2? ? 引導(dǎo)學(xué)生相互交流

交流是重要的學(xué)習(xí)方式，在交流中進(jìn)行思維碰撞，在交流中激發(fā)智慧火花。對(duì)于學(xué)生比較迷糊的問(wèn)題，筆者也不急于向?qū)W生解釋，而是讓學(xué)生先充分交流。交流的看法是否正確不需要計(jì)較，關(guān)鍵是培養(yǎng)學(xué)生交流的習(xí)慣，在交流中鍛煉思維，在交流中學(xué)會(huì)傾聽(tīng)，在交流中規(guī)范表達(dá)。如筆者問(wèn)，滑塊處于什么狀態(tài)時(shí)就不在滑板上滑動(dòng)了？大部分學(xué)生說(shuō)當(dāng)滑塊速度為0 m/s時(shí)就不在滑板上滑動(dòng)了，少部分學(xué)生說(shuō)是滑塊與滑板共速時(shí)不在滑板上滑動(dòng)。筆者就讓他們分別說(shuō)出判斷的理由，由學(xué)生自己去分析、去爭(zhēng)論、去判斷。

3.3? ? 引導(dǎo)學(xué)生做隨手實(shí)驗(yàn)

由于滑塊和滑板的運(yùn)動(dòng)過(guò)程比較多，學(xué)生思維難以連接，筆者鼓勵(lì)學(xué)生做隨手實(shí)驗(yàn)?！半S手”為“立刻、信手”之意，即表示立刻用身邊的物品、信手就可以做實(shí)驗(yàn)。隨手實(shí)驗(yàn)可以使運(yùn)動(dòng)過(guò)程得以呈現(xiàn)，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力。如筆者讓學(xué)生用文具盒當(dāng)作滑板，用橡皮擦當(dāng)作滑塊，在學(xué)生自己的課桌上重現(xiàn)滑塊與滑板的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。通過(guò)隨手實(shí)驗(yàn)，可以讓過(guò)程可視化，有利于培養(yǎng)學(xué)生抽象的思維能力。

3.4? ? 引導(dǎo)學(xué)生反思、總結(jié)

筆者經(jīng)常對(duì)學(xué)生說(shuō)：沒(méi)有反思就沒(méi)有提高，沒(méi)有總結(jié)就沒(méi)有智慧。例題分析完成后，筆者不要求學(xué)生馬上做后面的練習(xí)，而是給學(xué)生幾分鐘時(shí)間，自己反思、總結(jié)解題過(guò)程：我錯(cuò)在哪里？我為什么錯(cuò)了？我今后如何改正？并要求學(xué)生把正確的解題過(guò)程回憶一遍，做到過(guò)程清晰。筆者發(fā)現(xiàn)，每科老師都布置了較多作業(yè)，在做完作業(yè)后，很多學(xué)生沒(méi)有時(shí)間去反思、總結(jié)，學(xué)習(xí)效率極低。筆者認(rèn)為，為了減輕學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，反思、總結(jié)是最好的學(xué)習(xí)策略。同時(shí)，學(xué)生用自己的語(yǔ)言總結(jié)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的概括能力。

4? ? 教師教學(xué)策略

根據(jù)協(xié)同學(xué)理論觀點(diǎn)，只有學(xué)生才是教學(xué)的主體，教師是教學(xué)的客體。教師是客體并不等同于只起非決定性作用，學(xué)生是主體也并不意味著都起決定性作用，他們?cè)诮虒W(xué)過(guò)程的不同階段分別起決定性作用，如表1。

從表1可以看出，教師在教學(xué)被組織階段起決定性作用，這就從理論上為教師教學(xué)的必要性尋找到了根據(jù)。同樣，因?yàn)閷W(xué)生在教學(xué)自組織階段起決定性作用，這也從理論上為學(xué)生自我建構(gòu)知識(shí)建立了依據(jù)。在培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的過(guò)程中，教師的講述是必要的，沒(méi)有教師的講述，知識(shí)的探究就沒(méi)有方向，教師引領(lǐng)學(xué)生探討教學(xué)內(nèi)容，是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的高效方式。

4.1? ? 以知識(shí)為主線

知識(shí)是核心素養(yǎng)的基礎(chǔ)，也是培養(yǎng)核心素養(yǎng)的載體。物理觀念中的物質(zhì)觀念、運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念、能量觀念，通俗地理解就是物理知識(shí)。沒(méi)有物理知識(shí)，物理觀念就是“鏡中花、水中月”。在物理教學(xué)中，經(jīng)常根據(jù)物理知識(shí)的邏輯，確定教學(xué)主線。如在解決“滑塊與滑板組合”專題中，知識(shí)的主線如圖4所示。

重力? ?→? ?彈力? ?→? ?摩擦力? ?→? ?合力? ?→

牛頓運(yùn)動(dòng)定律 → 加速度 → 速度 → 時(shí)間 → 位移

圖4? 知識(shí)主線

4.2? ? 以變式為手段

變式就是使提供給學(xué)生的各種直觀材料或事例不斷變換呈現(xiàn)的形式，以便其中的本質(zhì)屬性保持恒在，而非本質(zhì)屬性則不常出現(xiàn)。在教學(xué)過(guò)程中，變式既可運(yùn)用于講授新知識(shí)階段，又可運(yùn)用于新知識(shí)的應(yīng)用階段。按照蘇聯(lián)教育學(xué)家達(dá)尼洛夫在《中學(xué)教學(xué)論》中的論述，學(xué)生掌握教學(xué)內(nèi)容可分為三級(jí)水平：準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)所學(xué)內(nèi)容;按照教師指示的模式，在熟悉的情境中運(yùn)用知識(shí);在新情境中變換和靈活運(yùn)用已經(jīng)獲得的知識(shí)和技能。變式是學(xué)習(xí)以產(chǎn)生式表征的、主要回答世界怎么辦的程序性知識(shí)的必要條件。只有通過(guò)變式練習(xí)， 才有可能在學(xué)習(xí)程序性知識(shí)時(shí)獲得產(chǎn)生式，并使產(chǎn)生式得以鞏固、使習(xí)得的程序性知識(shí)在新的情境里產(chǎn)生遷移。在教學(xué)中精心設(shè)計(jì)變式練習(xí)， 對(duì)于避免大量的重復(fù)練習(xí)， 消除題海戰(zhàn)術(shù)， 減輕學(xué)業(yè)負(fù)擔(dān)， 提高學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，具有重要意義。

為了對(duì)“滑塊與滑板組合”模型有較全面、深入的理解，筆者采用了變式的手段：首先是光滑水平面，再是粗糙水平面;首先是滑塊有初速度而不受力，再是滑塊受力而沒(méi)有初速度。

4.3? ? 以問(wèn)題為引導(dǎo)

愛(ài)因斯坦說(shuō)，提出問(wèn)題比解決問(wèn)題更重要。在教學(xué)過(guò)程中，提出的問(wèn)題，體現(xiàn)了教師的教學(xué)水平。好的問(wèn)題可以激發(fā)學(xué)生思考，有利于提升學(xué)生的思維能力。在“滑塊與滑板組合”模型教學(xué)中，筆者提出了如下問(wèn)題：在什么狀態(tài)時(shí)，滑塊不在滑板上滑行？地面光滑時(shí)，滑塊與滑板共速后為何以共速勻速運(yùn)動(dòng)？而在地面粗（下轉(zhuǎn)第27頁(yè)）（上接第22頁(yè)）糙時(shí)，滑塊與滑板共速后為何一起做勻減速運(yùn)動(dòng)？通過(guò)這些問(wèn)題，既突破了思維難點(diǎn)，也激發(fā)了學(xué)生思考，有效促進(jìn)了學(xué)生思維的發(fā)展。

通過(guò)專題教學(xué)，可以對(duì)某一個(gè)知識(shí)點(diǎn)研究得更加全面、更加深入。在專題教學(xué)過(guò)程中，筆者以核心素養(yǎng)為目標(biāo)，以物理知識(shí)為主線，以解決問(wèn)題為中心，以問(wèn)題引導(dǎo)為手段，建構(gòu)專題教學(xué)體系，有效地落實(shí)了物理核心素養(yǎng)，提升了學(xué)生解決問(wèn)題的能力。

參考文獻(xiàn)：

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