物理觀念的教學(xué)與評(píng)價(jià)

程柱建

(江蘇省如皋市教育局教研室,江蘇 如皋 226500)

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《課標(biāo)》)指出:物理學(xué)科核心素養(yǎng)主要包括“物理觀念”、“科學(xué)思維”、“科學(xué)探究”、“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”4個(gè)方面．這4個(gè)方面相互依賴(lài)、共同發(fā)展,物理觀念是基礎(chǔ),科學(xué)思維是核心,科學(xué)探究是手段,科學(xué)態(tài)度與責(zé)任是必備品格．本文將在對(duì)物理觀念內(nèi)涵進(jìn)行梳理的基礎(chǔ)上,通過(guò)具體的課例片段或試題案例,給出物理觀念教學(xué)與評(píng)價(jià)的建議．

1 物理觀念的教學(xué)

《課標(biāo)》給出的關(guān)于物理觀念的課程目標(biāo)為“形成物質(zhì)觀念、運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念、能量觀念等,能用其解釋自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問(wèn)題”．物理觀念的教學(xué)需要通過(guò)一定的物理情境幫助學(xué)生形成物質(zhì)觀念、運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念、能量觀念等,同時(shí)建構(gòu)有優(yōu)化結(jié)構(gòu)的物理知識(shí)系統(tǒng),強(qiáng)化學(xué)生將物理知識(shí)與實(shí)踐情境關(guān)聯(lián)的自覺(jué)性,能夠解釋自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問(wèn)題.簡(jiǎn)單講,形成物理觀念、構(gòu)建知識(shí)體系、應(yīng)用觀念解決問(wèn)題是物理觀念的教學(xué)目標(biāo)．物理觀念的形成和應(yīng)用過(guò)程,是學(xué)生發(fā)展科學(xué)思維、科學(xué)探究能力的過(guò)程,也是形成科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的過(guò)程．

建構(gòu)主義認(rèn)為“知識(shí)不是通過(guò)教師傳授得到,而是學(xué)習(xí)者在一定的情境即社會(huì)文化背景下,借助其他人(包括教師和學(xué)習(xí)伙伴)的幫助,利用必要的學(xué)習(xí)資料,通過(guò)意義建構(gòu)的方式而獲得”．可見(jiàn),建構(gòu)主義教學(xué)理論既強(qiáng)調(diào)了學(xué)生認(rèn)知主體的作用,又注重為學(xué)生的學(xué)習(xí)創(chuàng)造支持性的環(huán)境．物理觀念具有作用形式的內(nèi)在性和穩(wěn)定性,學(xué)生的物理觀念一旦形成,就會(huì)對(duì)其后續(xù)學(xué)習(xí)產(chǎn)生影響,所以需要研究物理觀念的教學(xué)環(huán)節(jié),更好地促進(jìn)學(xué)生形成正確的物理觀念．

1.1 創(chuàng)設(shè)情境

創(chuàng)設(shè)情境是做好物理觀念教學(xué)的基石,需要教師課前予以充分的設(shè)計(jì)與準(zhǔn)備．

首先,在研究課程內(nèi)容和教材的基礎(chǔ)上,依據(jù)學(xué)生的學(xué)情和學(xué)業(yè)質(zhì)量水平要求確定教學(xué)內(nèi)容和目標(biāo)．

其次,將教學(xué)內(nèi)容要點(diǎn)化,要點(diǎn)問(wèn)題化．將教學(xué)要點(diǎn)的邏輯關(guān)系進(jìn)行梳理,形成2～3個(gè)主要問(wèn)題,以便于學(xué)生形成完整的知識(shí)結(jié)構(gòu)和體系．

最后,將問(wèn)題情境化,情境體驗(yàn)化．情境是指提供給學(xué)生的學(xué)習(xí)材料,包括閱讀材料、實(shí)驗(yàn)器材、多媒體資源、游戲方案等.這些材料要豐富多彩、充滿(mǎn)趣味,有助于學(xué)生物理觀念和思維的生成．體驗(yàn)指提供的學(xué)習(xí)材料要注重聯(lián)系自然界、社會(huì)生活,盡可能應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)的方法增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐意識(shí)．

在情境中呈現(xiàn)的系列問(wèn)題是指通過(guò)學(xué)生對(duì)所提供的材料進(jìn)行學(xué)習(xí)以后需要思考和解決的問(wèn)題．所有的問(wèn)題要基于學(xué)生的已有知識(shí)和真實(shí)存在的問(wèn)題展開(kāi),設(shè)計(jì)要有思考性,指向要明確,答案可以是文字、圖像、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象等.答案文字量不宜太大,要便于學(xué)生在課堂上展示,同時(shí)問(wèn)題要有梯度,問(wèn)題的結(jié)構(gòu)提倡是不良的.這樣有助于學(xué)生逐步地建構(gòu)相關(guān)的概念或規(guī)律,不斷改善、發(fā)展自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu)．

課例片段1： “速度”概念的教學(xué).

(1) 我們處在一個(gè)運(yùn)動(dòng)的世界中,物體運(yùn)動(dòng)的快慢往往是不相同的．閱讀表1,回答相關(guān)問(wèn)題．

表1 4個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)

① 將4個(gè)物體的位移填入表中．

② 自行車(chē)和汽車(chē)誰(shuí)運(yùn)動(dòng)得快,為什么?

③ 汽車(chē)和飛機(jī)誰(shuí)運(yùn)動(dòng)得快,為什么?

④ 汽車(chē)和火車(chē)誰(shuí)運(yùn)動(dòng)得快,為什么?

(2) 位移與發(fā)生這個(gè)位移所用時(shí)間的比值就是速度．

① 根據(jù)這個(gè)定義,可以寫(xiě)出速度的定義式v=________．

② 速度的國(guó)際單位是m/s,讀成________．

③ 速度是矢量,方向由________決定．

④ 速度是比值定義的物理量．所謂比值定義法,就是用兩個(gè)基本的物理量的“比”來(lái)定義一個(gè)新的物理量的方法．一般地,比值法定義的基本特點(diǎn)是被定義的物理量往往是反映物質(zhì)的最本質(zhì)的屬性,它不隨定義所用的物理量的大小取舍而改變．“位移Δx越大,速度v越大”的說(shuō)法對(duì)嗎?為什么?

課例片段2：奧斯特效應(yīng)的教學(xué).

磁體周?chē)嬖诖艌?chǎng),電流周?chē)嬖诖艌?chǎng)嗎?1812年,丹麥物理學(xué)家?jiàn)W斯特就有了電磁之間是統(tǒng)一的想法,并做了大量實(shí)驗(yàn)．

實(shí)驗(yàn)器材:導(dǎo)線(xiàn)若干,小磁針1個(gè),電源1個(gè),開(kāi)關(guān)1個(gè).

實(shí)驗(yàn)步驟:

(1) 當(dāng)時(shí)人們見(jiàn)到的力都沿著物體連線(xiàn)的方向,即都是所謂“縱向力”．受這個(gè)觀念的局限,奧斯特總是把磁針?lè)旁趯?dǎo)線(xiàn)的延長(zhǎng)線(xiàn)上．做一做該實(shí)驗(yàn),觀察小磁針是否發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)．

(2) 1820年4月,在一次講課中,奧斯特偶然地把導(dǎo)線(xiàn)沿南北方向放置在一個(gè)帶玻璃罩的指南針的上方,通電時(shí)磁針轉(zhuǎn)動(dòng)了,終于發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)(法國(guó)著名思想家、數(shù)學(xué)家笛卡爾說(shuō)過(guò):機(jī)遇總是垂青那些有準(zhǔn)備的人)．

① 根據(jù)圖1、圖2中的電流方向做一做這個(gè)實(shí)驗(yàn),觀察小磁針的偏轉(zhuǎn)方向,在圖中畫(huà)出小磁針兩極的轉(zhuǎn)動(dòng)方向,并解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的原因．

圖1 模擬奧斯特實(shí)驗(yàn)

圖2 模擬奧斯特實(shí)驗(yàn)

② 力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因．你認(rèn)為小磁針兩極受到的力沿什么方向?

③ 如果將通電導(dǎo)線(xiàn)沿東西方向放置在小磁針的上方,請(qǐng)猜想會(huì)觀察到什么現(xiàn)象?并利用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證你的設(shè)想．

物理學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科,許多物理觀念就是在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上總結(jié)出來(lái)的規(guī)律,教學(xué)中盡可能提供學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)．雖然教材編寫(xiě)時(shí)考慮了學(xué)校教學(xué)的一般性,所涉及的實(shí)驗(yàn)是所有學(xué)校有條件開(kāi)展的,但是教師可以根據(jù)學(xué)校的實(shí)際實(shí)驗(yàn)條件改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)．磁場(chǎng)是客觀存在的物質(zhì),但是看不見(jiàn)、摸不著,怎么辦?電流和磁場(chǎng)之間有沒(méi)有內(nèi)在的、必然的聯(lián)系?這需要在教學(xué)中幫助學(xué)生形成正確的物質(zhì)觀．同時(shí),學(xué)生形成物理觀念往往與歷史的形成過(guò)程有一致性,會(huì)大致重演歷史上所犯的錯(cuò)誤,即“重演律”．結(jié)合物理學(xué)史進(jìn)行教學(xué),讓學(xué)生知道人們有時(shí)會(huì)通過(guò)提出并檢驗(yàn)假設(shè)來(lái)解決問(wèn)題和形成觀念,教學(xué)中可以突出物理學(xué)家產(chǎn)生新觀念的原因、過(guò)程、思維方法,甚至失敗的做法.這樣不僅有利于學(xué)生克服片面認(rèn)識(shí)、防止形成錯(cuò)誤觀念,而且可以讓學(xué)生學(xué)到物理學(xué)家思考問(wèn)題和解決問(wèn)題的方法以及正確的科學(xué)態(tài)度和責(zé)任．課例中的第(3)個(gè)問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是小磁針不轉(zhuǎn)動(dòng),因?yàn)樾〈艌?chǎng)受到的力沿小磁針南北極連線(xiàn)方向.這種方向的力不能使小磁針轉(zhuǎn)動(dòng),通過(guò)這個(gè)問(wèn)題的解決可以促進(jìn)學(xué)生利用相關(guān)作用與運(yùn)動(dòng)觀念解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象．

1.2 學(xué)習(xí)交流

課堂是學(xué)生學(xué)習(xí)的主陣地,可以將學(xué)生合理地分成若干個(gè)學(xué)習(xí)小組,并積極創(chuàng)設(shè)良好的、有利于師生共創(chuàng)共生、合作交往和意義建構(gòu)的外部學(xué)習(xí)環(huán)境．

課堂教學(xué)中,教師可以合理利用多種教學(xué)方式．首先讓學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)材料自主學(xué)習(xí)或探究學(xué)習(xí),嘗試獨(dú)立地分析和解決問(wèn)題．其次,在自主學(xué)習(xí)或探究學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上開(kāi)展合作學(xué)習(xí)或有意義地接受學(xué)習(xí)．要加強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)成果的交流與展示,多問(wèn)幾個(gè)“為什么”,增強(qiáng)學(xué)生的證據(jù)意識(shí)．教師在課堂教學(xué)中要堅(jiān)持學(xué)生的主體地位,將第一思考時(shí)間、第一體驗(yàn)過(guò)程、第一表達(dá)機(jī)會(huì)、第一認(rèn)知反思留給學(xué)生．

課例片段3：地球同步衛(wèi)星的教學(xué).

地球同步衛(wèi)星是相對(duì)于地面靜止的衛(wèi)星,又稱(chēng)對(duì)地靜止衛(wèi)星．衛(wèi)星運(yùn)行在地球同步軌道上,距離地心的距離約為4.24×104km,距離地球的高度約為3.6×104km,衛(wèi)星的運(yùn)行方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同、運(yùn)行軌道為位于地球赤道平面上圓形軌道、運(yùn)行周期與地球自轉(zhuǎn)1周的時(shí)間相等,即24 h,衛(wèi)星在軌道上的繞行速度約為3.1 km/s,其運(yùn)行角速度等于地球自轉(zhuǎn)的角速度．若把3顆地球同步衛(wèi)星,相隔120°均勻分布,衛(wèi)星的直線(xiàn)電波將能覆蓋全球有人居住的絕大部分區(qū)域(除兩極以外),可構(gòu)成全球通訊網(wǎng)．

(1) 根據(jù)以上材料,填寫(xiě)下面的“六個(gè)一定”表2.

表2 地球同步衛(wèi)星的“六個(gè)一定”

圖3 人造地球衛(wèi)星分布圖

(2) 圖3為當(dāng)前人造地球衛(wèi)星分布圖,你能識(shí)別出地球同步軌道嗎?

圖4 3個(gè)不同位置的衛(wèi)星

(3) 如圖4所示,A為地面上的待發(fā)射衛(wèi)星,B為近地圓軌道衛(wèi)星,C為地球同步衛(wèi)星．

①________和________都是萬(wàn)有引力提供向心力,可用“一定四定”,即r越大,v、ω、an、g′________(選填“越大”或“越小”),T________(選填“越大”或“越小”);________是萬(wàn)有引力的分力提供向心力,不可用“一定四定”．

②________和________周期和角速度相同,可通過(guò)v=________和an=________比較兩者的線(xiàn)速度和向心加速度的大?。?/p>

③ 設(shè)3顆衛(wèi)星質(zhì)量相同,3顆衛(wèi)星的線(xiàn)速度大小分別為vA、vB、vC,角速度大小分別為ωA、ωB、ωC,周期分別為T(mén)A、TB、TC,向心加速度分別為aA、aB、aC,則

(A)ωA=ωC<ωB. (B)TA=TC

(C)vA=vCaB.

圖5 用圓錐擺驗(yàn)證向心力表達(dá)式的實(shí)驗(yàn)示意圖

課例首先呈現(xiàn)了有關(guān)地球同步衛(wèi)星的材料,然后學(xué)生根據(jù)材料填寫(xiě)和計(jì)算描述同步衛(wèi)星的6個(gè)方面的特征或物理量,接著再?gòu)谋姸嗟男l(wèi)星圖片中去尋找同步衛(wèi)星,并讓學(xué)生交流各自的證據(jù).這樣的教學(xué)設(shè)計(jì)與直接讓學(xué)生記憶規(guī)律相比,有利于學(xué)生形成物理觀念．根據(jù)刺激-反應(yīng)心理學(xué),如果兩個(gè)事件反復(fù)同時(shí)呈現(xiàn),它們之間會(huì)形成一種聯(lián)想．[1]材料中的“其運(yùn)行角速度等于地球自轉(zhuǎn)的角速度”,第3個(gè)問(wèn)題中“地面上的待發(fā)射衛(wèi)星A”,不斷地將地球同步衛(wèi)星與地球自轉(zhuǎn)周期的聯(lián)系進(jìn)行著強(qiáng)化．另外,通過(guò)3顆衛(wèi)星受力特征的不同,將學(xué)生錯(cuò)用結(jié)論的行為進(jìn)行了去強(qiáng)化．

課例片段4：(實(shí)驗(yàn))用圓錐擺粗略驗(yàn)證向心力的表達(dá)式.

(1) 思考實(shí)驗(yàn)原理．

閱讀教材,思考并討論:如何利用圓錐擺模型(如圖5所示)驗(yàn)證向心力表達(dá)式的正確性?

(2) 討論實(shí)驗(yàn)方案．

① 請(qǐng)對(duì)小球進(jìn)行受力分析,寫(xiě)出小球所受的合力表達(dá)式,并根據(jù)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案推導(dǎo)出最終需要驗(yàn)證的表達(dá)式．

② 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要測(cè)量哪些物理量?

③ 用秒表測(cè)量周期時(shí),如何測(cè)量可以減小誤差?

④ 同心圓紙放置有何要求?如何測(cè)量小球做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑?觀察小球位置時(shí)眼晴應(yīng)如何看?

⑤ 如何讓小球盡可能做勻速圓周運(yùn)動(dòng)?

(3) 記錄處理數(shù)據(jù)．

(4) 得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論．

“探究向心力大小與半徑、角速度、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)為《課標(biāo)》中新增加的學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)．該實(shí)驗(yàn)最大的問(wèn)題是如何讓小球盡可能做勻速圓周運(yùn)動(dòng)?對(duì)這個(gè)問(wèn)題的突破,需要學(xué)生利用運(yùn)動(dòng)和相互作用觀念來(lái)思考,即如何施加力的問(wèn)題．學(xué)生之間的交流碰撞出了思維的火花,大致形成了3種可行方案: ① 推動(dòng)法:將繩子拉直,輕推小球,讓它做圓周運(yùn)動(dòng);② 繩子帶動(dòng)法:用手捏住緊靠懸點(diǎn)下方的繩子,輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)手腕,帶動(dòng)小球做圓周運(yùn)動(dòng);③ 圓盤(pán)帶動(dòng)法:將畫(huà)有同心圓的白紙貼在一個(gè)圓盤(pán)上,小球靜止時(shí)在圓心處,此時(shí)繩子稍松弛,然后用電機(jī)帶動(dòng)圓盤(pán)勻速轉(zhuǎn)動(dòng),圓盤(pán)再帶動(dòng)小球做圓周運(yùn)動(dòng),小球離開(kāi)圓盤(pán)后做的就是勻速圓周運(yùn)動(dòng)．

1.3 反思完善

在注重概念、規(guī)律教學(xué)的基礎(chǔ)上,還要注意將這些概念規(guī)律適時(shí)加以提升,逐步形成正確的物理觀念．[2]教學(xué)中,必須使學(xué)生理解概念的內(nèi)涵,了解概念的外延,了解概念與有關(guān)概念的聯(lián)系和區(qū)別,懂得研究物理規(guī)律的方法,理解物理規(guī)律的物理意義,明確物理規(guī)律的適用條件,認(rèn)清所研究的物理規(guī)律與有關(guān)的物理概念和物理規(guī)律之間的關(guān)系,所以課堂上需要留給學(xué)生一定的時(shí)間用以整合或重組與改造自己原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)．

圍繞物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)、相互作用、能量這些核心概念,學(xué)生從初中開(kāi)始就陸陸續(xù)續(xù)學(xué)習(xí)了不少概念和規(guī)律,它們有進(jìn)階性和系統(tǒng)性．為了幫助學(xué)生深刻地理解知識(shí),提煉物理觀念,有效地解決問(wèn)題,還需要在教學(xué)過(guò)程適時(shí)地幫助學(xué)生構(gòu)建知識(shí)體系．例如,能量觀念是通過(guò)逐漸學(xué)習(xí)動(dòng)能、重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能、機(jī)械能、電勢(shì)能、波傳播或攜帶能量、分子勢(shì)能、內(nèi)能、核能及能量轉(zhuǎn)化與守恒等而逐漸形成和發(fā)展的．

課例片段5：選用合適的運(yùn)動(dòng)學(xué)公式解決問(wèn)題.

勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)公式中共涉及5個(gè)物理量:v0、v、a、t和x,公式的選用可參考表3所列方法.

表3 勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)公式的選用

以上4個(gè)公式都是矢量式,直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)可以用正、負(fù)號(hào)表示矢量的方向．一般情況下,規(guī)定初速度的方向?yàn)檎较?與初速度同向的物理量取正值,反向的物理量取負(fù)值．當(dāng)v0=0時(shí),一般以a的方向?yàn)檎较颍?/p>

請(qǐng)選用合適的公式解決下面的問(wèn)題:汽車(chē)由靜止出發(fā)做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),用10 s時(shí)間通過(guò)一座長(zhǎng)140 m的橋,過(guò)橋后汽車(chē)的速度是16 m/s．求:

(1) 它剛上橋頭時(shí)的速度是多大?

(2) 橋頭與出發(fā)點(diǎn)之間的距離是多大?

學(xué)生學(xué)習(xí)了幾個(gè)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式后,頭腦中比較混亂,本課例的設(shè)計(jì)可以讓學(xué)生了解4個(gè)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式使用的最佳條件,形成關(guān)于勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的知識(shí)體系,從而在遇到具體問(wèn)題時(shí)可以輕松選擇適合的公式進(jìn)行解題,提升解題速度和正確率．

1.4 應(yīng)用遷移

在學(xué)生形成物理觀念后,需要及時(shí)給他們提供應(yīng)用觀念解決問(wèn)題的機(jī)會(huì)．通過(guò)解決具體問(wèn)題,學(xué)生可以鞏固、深化和活化對(duì)相關(guān)概念和規(guī)律的理解,可以體悟分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的思路和方法,提升問(wèn)題解決能力,認(rèn)識(shí)物理學(xué)的價(jià)值與社會(huì)、生活、科技、環(huán)境間的聯(lián)系．

課例片段6：自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的應(yīng)用.

日常工作中,有時(shí)需要人們反應(yīng)靈敏,對(duì)于戰(zhàn)士、駕駛員、運(yùn)動(dòng)員等更是如此．從發(fā)現(xiàn)情況到采取相應(yīng)行動(dòng)經(jīng)過(guò)的時(shí)間叫反應(yīng)時(shí)間．

(1) 請(qǐng)和鄰近的一位同學(xué)合作測(cè)出自己的反應(yīng)時(shí)間．

操作方法:如圖6所示,圖甲中A握住尺的上端,B在尺的下部做握尺的準(zhǔn)備(但不與尺接觸),當(dāng)看到A放開(kāi)手時(shí),B立刻握住尺．若B做握尺準(zhǔn)備時(shí),手指位置如圖乙所示,而握住尺時(shí)的位置如圖丙所示,通過(guò)尺的下落高度可以計(jì)算反應(yīng)時(shí)間．

圖6 用直尺測(cè)量反應(yīng)時(shí)間

(2) 你和圖中的B同學(xué)誰(shuí)的反應(yīng)時(shí)間短?定性比較時(shí)需要計(jì)算出B同學(xué)的反應(yīng)時(shí)間嗎?

(3) 某學(xué)生把“刻度尺”改造成“反應(yīng)時(shí)間尺”,可以直接讀出反應(yīng)時(shí)間．“反應(yīng)時(shí)間尺”上的時(shí)間標(biāo)度均勻嗎?

課例通過(guò)反應(yīng)時(shí)間的測(cè)量與比較,不僅引導(dǎo)學(xué)生在體驗(yàn)中應(yīng)用自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律,同時(shí)拓展了物理與生活、社會(huì)之間的認(rèn)識(shí)．課例中,反應(yīng)時(shí)間的比較可以根據(jù)自由落體運(yùn)動(dòng)的位移公式,轉(zhuǎn)化為比較尺下落的高度.這樣的問(wèn)題可以增強(qiáng)學(xué)生靈活解決問(wèn)題的意識(shí)．學(xué)生生活中所見(jiàn)的測(cè)量?jī)x器的刻度一般都是均勻的,如刻度尺、彈簧秤、電流表刻度盤(pán)等,課例中自制“反應(yīng)時(shí)間尺”上不均勻的刻度,可以讓學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突,轉(zhuǎn)化前概念,為以后歐姆表的教學(xué)奠定基礎(chǔ)．

當(dāng)然,不是所有物理觀念的教學(xué)均需要有以上的4個(gè)環(huán)節(jié)．例如,當(dāng)學(xué)生通過(guò)閱讀教材就能很容易地“同化”某個(gè)概念時(shí),教學(xué)中可以直接設(shè)置問(wèn)題情境,讓學(xué)生應(yīng)用此概念解決相關(guān)問(wèn)題．

2 物理觀念的評(píng)價(jià)

評(píng)價(jià)是為了改進(jìn)教師教學(xué)和促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí),并最終提升學(xué)生的物理核心素養(yǎng)．

2.1 質(zhì)量水平

根據(jù)學(xué)生在不同復(fù)雜程度情境中運(yùn)用重要概念、思維、方法和觀念等解決問(wèn)題的關(guān)鍵特征,《課標(biāo)》的“學(xué)業(yè)質(zhì)量”部分將核心素養(yǎng)的4個(gè)方面劃分了5級(jí)水平,關(guān)于“物理觀念”的5級(jí)水平描述如表4所示．[3]

從“初步了解”“了解”“理解”“清晰、系統(tǒng)地理解”等用詞,各級(jí)學(xué)業(yè)質(zhì)量水平循序漸進(jìn),學(xué)業(yè)質(zhì)量水平2是學(xué)業(yè)水平合格考試的命題依據(jù),水平4是用于高校招生錄取的學(xué)業(yè)水平等級(jí)性考試的命題依據(jù),水平5為高校自主招生的要求．布魯姆教育目標(biāo)分類(lèi)學(xué)的認(rèn)知過(guò)程的有6個(gè)維度:記憶(回憶)、理解、應(yīng)用、分析、評(píng)價(jià)和創(chuàng)造．[4]學(xué)業(yè)質(zhì)量水平1～2大致與記憶(回憶)和理解對(duì)應(yīng),水平3～4大致與應(yīng)用、分析和評(píng)價(jià)相對(duì)應(yīng),水平5大致與創(chuàng)造相對(duì)應(yīng)．

表4 “物理觀念”的5級(jí)水平

2.2 評(píng)價(jià)方式

《課標(biāo)》指出日常學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)通常有4種方式:課堂問(wèn)答、書(shū)面評(píng)語(yǔ)、自我評(píng)價(jià)和同伴評(píng)價(jià)、階段性測(cè)試．[5]

課堂問(wèn)答、自我評(píng)價(jià)和同伴評(píng)價(jià)主要發(fā)生在課堂教學(xué)中的“學(xué)習(xí)交流“、“反思完善”、“應(yīng)用遷移”環(huán)節(jié),是發(fā)生在教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生和學(xué)生自己(元認(rèn)知)之間的定性的過(guò)程性評(píng)價(jià),正面積極的評(píng)價(jià)有助于學(xué)生學(xué)習(xí)潛能的開(kāi)發(fā)．

書(shū)面評(píng)語(yǔ)是教師利用評(píng)語(yǔ)對(duì)學(xué)生書(shū)面作業(yè)進(jìn)行的過(guò)程性評(píng)價(jià),可具體說(shuō)明學(xué)生的進(jìn)步、存在的問(wèn)題或努力的方向．書(shū)面評(píng)語(yǔ)能讓學(xué)生感受到教師對(duì)他的幫助和關(guān)心．

階段性測(cè)試是為了解學(xué)生經(jīng)過(guò)一個(gè)階段學(xué)習(xí)之后的學(xué)習(xí)水平與存在的問(wèn)題．測(cè)試試題的命制要圍繞課程內(nèi)容和學(xué)業(yè)質(zhì)量要求的規(guī)定,科學(xué)、有效地反映出學(xué)生的水平．

2.3 試題案例

試題的探究性和情境性可以有效了解和探知學(xué)生物理觀念的質(zhì)量水平．[6]

圖7 裝置圖

試題案例：如圖7所示,將一質(zhì)量為m的可視為質(zhì)點(diǎn)的物塊放到傾角為θ的光滑木板上,物塊距木板底端的水平距離為L(zhǎng)．已知重力加速度為g,求:

(1) 物塊從靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到木板底端時(shí)的速度大小;

(2) 為使物塊與木板相對(duì)靜止,請(qǐng)分別設(shè)計(jì)出物塊在水平面內(nèi)做不同軌跡運(yùn)動(dòng)的兩種方案(需要根據(jù)題設(shè)條件求出相應(yīng)情境下物塊運(yùn)動(dòng)的1～2個(gè)物理量)．

測(cè)試類(lèi)型： 學(xué)完《課標(biāo)》必修2“曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)與萬(wàn)有引力定律”主題之后的階段性測(cè)試.

測(cè)試目標(biāo)： 第(1)問(wèn)達(dá)到物理觀念質(zhì)量水平2的要求,主要考查物理學(xué)科核心素養(yǎng)中“物理觀念”的運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念和“科學(xué)思維”中的模型建構(gòu)．學(xué)生要能從物理情境中構(gòu)建物體做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的模型,利用相互作用與運(yùn)動(dòng)的知識(shí)解決問(wèn)題．第(2)問(wèn)達(dá)到物理觀念質(zhì)量水平4的要求,主要考查物理學(xué)科核心素養(yǎng)中“物理觀念”的運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念和“科學(xué)思維”中的模型建構(gòu)和科學(xué)論證能力．學(xué)生要能根據(jù)問(wèn)題情境構(gòu)建運(yùn)動(dòng)的模型,并能運(yùn)用證據(jù)描述運(yùn)動(dòng)模型．

參考答案：

(2) 方案1:做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí),物塊與木板具有向左的共同加速度,由物塊受力分析得加速度大小為a=gtanθ,物塊與木板一起以a=gtanθ向左做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)．

問(wèn)題拓展： 教師講評(píng)試題之后,鼓勵(lì)學(xué)生從不同角度思考問(wèn)題．例如增加設(shè)問(wèn):“如無(wú)水平面的限制,為使物塊與木板相對(duì)靜止,還可以設(shè)計(jì)出哪些運(yùn)動(dòng)方案?”,強(qiáng)化學(xué)生的運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念,培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑創(chuàng)新能力．