高中物理學(xué)習(xí)路徑獲取的三個(gè)維度*

蔡千斌

(溫嶺市新河中學(xué) 浙江 臺州 317502)

基于學(xué)生學(xué)習(xí)路徑的高中物理教學(xué)是發(fā)展學(xué)生物理核心素養(yǎng)的重要途徑．因?yàn)閷W(xué)生物理學(xué)習(xí)路徑的“起點(diǎn)、過程和終點(diǎn)”分別對應(yīng)著“學(xué)生已有知識經(jīng)驗(yàn)、學(xué)生思維過程和學(xué)生知識表征”這3個(gè)要素[1]，所以學(xué)生物理學(xué)習(xí)路徑的獲取就應(yīng)著眼于學(xué)生已有知識經(jīng)驗(yàn)、學(xué)生思維過程和學(xué)生知識表征這三個(gè)維度．

1 學(xué)生已有知識經(jīng)驗(yàn)

學(xué)生已有知識經(jīng)驗(yàn)需從“初中教材”和“學(xué)生原有物理知識的的熟練程度”這兩個(gè)方面去獲?。?/p>

1.1 初中教材

1.2 學(xué)生原有物理知識的熟練程度

學(xué)生原有物理知識的熟練程度怎么樣，是知道這一知識，還是能夠靈活應(yīng)用這一知識？知道的情況怎么樣，是比較完善的，還是存在較多紕漏？教師讓學(xué)生說一說頭腦中印象深刻的物理知識，畫一畫對應(yīng)的物理知識結(jié)構(gòu)圖，做一做相關(guān)的物理問題，就可以獲取學(xué)生對已有知識的熟練情況．例如，關(guān)于重力的說法，學(xué)生能夠說出3點(diǎn).

(1)重力的大?。篏=mg；

(2)重力的方向：豎直向下；

(3)重力的施力物體：地球．

據(jù)此，教師可以判斷：學(xué)生關(guān)于重力的說法是清晰的，但站在一個(gè)結(jié)構(gòu)完備的角度上來看，學(xué)生關(guān)于重力的圖式是有缺陷的．存在的缺陷有：

(1)重力的產(chǎn)生原因是什么？

(2)重力大小計(jì)算公式G=mg中的g與必修1第二章中的重力加速度g一樣嗎？

(3)重力的大小能否測量，用什么工具來測量？

(4)重力的方向豎直向下是一個(gè)什么樣的方向，如斜面上物體所受重力的方向豎直向下是指垂直斜面向下嗎？

(5)一個(gè)物體的每一部分都受到重力的作用嗎？

等等．

2 學(xué)生思維過程

學(xué)生思維過程可從“問題解決”和“課堂教學(xué)中的互動(dòng)”這兩個(gè)方面去獲?。?/p>

2.1 問題解決

通過問題解決，讓學(xué)生呈現(xiàn)自己的思維過程，教師從中獲取學(xué)生思維過程中存在的問題．例如，電磁感應(yīng)中的焦耳熱問題．相距L=1.5 m的足夠長金屬導(dǎo)軌豎直放置，質(zhì)量為m1=1 kg的金屬棒ab和質(zhì)量為m2=0.27 kg的金屬棒cd均通過棒兩端的套環(huán)水平地套在金屬導(dǎo)軌上，如圖1(a)所示，虛線上方磁場方向垂直紙面向里，虛線下方磁場方向豎直向下，兩處磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相同．a(chǎn)b棒光滑，cd棒與導(dǎo)軌間動(dòng)摩擦因數(shù)為μ=0.75，兩棒的電阻相等，均為0.9 Ω，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，ab棒在方向豎直向上、大小按圖1(b)所示規(guī)律變化的外力F作用下，從靜止開始，沿導(dǎo)軌向上做勻加速運(yùn)動(dòng)，同時(shí)cd棒也由靜止釋放，g取10 m/s2．已知在2 s內(nèi)外力F做功40 J，求這一過程中ab棒所產(chǎn)生的焦耳熱．

圖1 電磁感應(yīng)中的焦耳熱問題

學(xué)生呈現(xiàn)自己的思維過程：

(1)對ab棒

F-m1g-BIL=m1a

v=at

由F-t圖像得

則

當(dāng)t=0時(shí)

a=1 m/s2

(2)對ab棒，由動(dòng)能定理得

v=at=2 m/s

Qab=W安

則

Qab=18 J

據(jù)此，教師可以獲取到學(xué)生思維中存在的問題：學(xué)生誤認(rèn)為ab棒克服安培力所做功的大小就是ab棒產(chǎn)生的焦耳熱．

2.2 課堂教學(xué)中的互動(dòng)

通過師生互動(dòng)的方式，教師可以獲取學(xué)生問題解決的思維過程．

比如，針對上述“電磁感應(yīng)中的焦耳熱問題”，教師在課堂教學(xué)中可以采用問題鏈的形式開展課堂互動(dòng)，以獲取學(xué)生的思維過程．

師：功是能量轉(zhuǎn)化的量度．做了多少功，就表明有多少能量發(fā)生了轉(zhuǎn)化．安培力對ab棒所做負(fù)功的絕對值大小等于電路中什么能量的變化大??？

生：等于ab棒電流發(fā)熱產(chǎn)生內(nèi)能的大小．

師：ab棒上有電流通過時(shí)，cd棒上也有電流通過，那么cd棒電流發(fā)熱產(chǎn)生的內(nèi)能對應(yīng)的是哪個(gè)安培力所做負(fù)功的大小？

生：cd棒所受的安培力．

師：cd棒所受的安培力指向哪里？

生：垂直紙面向內(nèi)．

師：cd棒所受的安培力對cd棒做功嗎？

生：不做功．

師：既然cd棒所受的安培力不做功，我們就不能說“cd棒電流發(fā)熱產(chǎn)生的內(nèi)能等于cd棒受到安培力所做負(fù)功的大小”．那么，cd棒電流發(fā)熱產(chǎn)生的內(nèi)能應(yīng)該對應(yīng)哪個(gè)安培力所做負(fù)功的大小？

生：只能是ab棒．

師：這樣的話，說明安培力對ab棒所做負(fù)功的絕對值大小應(yīng)當(dāng)?shù)扔陔娐分姓l產(chǎn)生的焦耳熱？

生：安培力對ab棒所做負(fù)功的絕對值大小等于ab棒、cd棒產(chǎn)生的總的焦耳熱．

師：Qab應(yīng)該等于多少？

再如，在“磁感應(yīng)強(qiáng)度”概念的教學(xué)中，教師提出問題：“在磁場中垂直于磁場方向的通電導(dǎo)線，所受的磁場力F跟電流I和導(dǎo)線長度L的乘積IL的比值叫磁感應(yīng)強(qiáng)度．”在磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義中，為什么要求磁場方向與通電直導(dǎo)線垂直？此時(shí)，學(xué)生無言以對．

針對這一問題，教師在課堂教學(xué)中可以采用啟發(fā)的形式開展課堂互動(dòng)，以獲取學(xué)生的思維過程．

教師啟發(fā)：磁場與通電直導(dǎo)線平行的話是否可以呢，為什么？

生：不可以．平行時(shí)，通電直導(dǎo)線所受的力為零，無法判斷磁場的強(qiáng)弱．

教師再啟發(fā)：磁場方向與通電直導(dǎo)線既不平行也不垂直的話是否可以呢，為什么？

生甲：這時(shí)通電直導(dǎo)線所受的力不是最大，無法試探出磁場最強(qiáng)的一面．

生乙：只有磁場方向與通電直導(dǎo)線相垂直時(shí)，磁場最強(qiáng)的一面才能表現(xiàn)出來．

生丙：要試探磁場的強(qiáng)弱，就應(yīng)該讓磁場最強(qiáng)的一面表現(xiàn)出來，因此試探磁場強(qiáng)弱時(shí)，磁場方向與通電直導(dǎo)線必須垂直．

3 學(xué)生知識表征

關(guān)于知識表征我們要明確3點(diǎn)．首先是知識表征的特征．從心理學(xué)角度來看，知識表征是靜態(tài)的，也有人稱之為一個(gè)狀態(tài)量．其次是知識表征的形式．學(xué)生的知識表征有多種形式，包括語言、文字、圖象、公式、概念圖和知識結(jié)構(gòu)圖等各種形式．第三是知識表征的獲取角度．學(xué)生知識表征可從“學(xué)之前的知識表征”和“學(xué)之后的知識表征”這兩個(gè)方面去獲?。?/p>

3.1 學(xué)之前的知識表征

獲取學(xué)生學(xué)之前的知識表征，目的是確定教學(xué)的基點(diǎn)．例如，學(xué)生在學(xué)高中“摩擦力”之前的知識表征是這樣的．

(1)摩擦力分為滑動(dòng)摩擦力和靜摩擦力；

(2)只有運(yùn)動(dòng)的物體才會受到滑動(dòng)摩擦力，靜止物體受到的摩擦力是靜摩擦力不是滑動(dòng)摩擦力；

(3)滑動(dòng)摩擦力的方向與物體的運(yùn)動(dòng)方向相反．

3.2 學(xué)之后的知識表征

獲取學(xué)生學(xué)之前的知識表征，目的是評估教學(xué)的終點(diǎn)，看看是否達(dá)成了學(xué)習(xí)的目標(biāo)，如沒有則需作出相應(yīng)的調(diào)整以彌補(bǔ)學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果．例如，學(xué)生學(xué)了高中“摩擦力”之后的知識表征發(fā)生了變化．

(1)運(yùn)動(dòng)的物體、靜止的物體都能受到滑動(dòng)摩擦力的作用．象用黑板擦擦黑板時(shí)，黑板擦與黑板之間發(fā)生了相對滑動(dòng)，黑板擦受到的是滑動(dòng)摩擦力．反之，相對地面靜止的黑板也受到黑板擦對它滑動(dòng)摩擦力的作用．

(2)運(yùn)動(dòng)的物體、靜止的物體都能受到靜摩擦力的作用．比如，用大拇指和食指夾著一支豎直方向的鉛筆處于靜止?fàn)顟B(tài)，靜止的鉛筆受到靜摩擦力的作用．這個(gè)靜摩擦力與鉛筆的重力是一對平衡力．又如，用大拇指和食指夾著一支豎直方向的鉛筆勻速向上運(yùn)動(dòng)，鉛筆處于平衡狀態(tài)，與鉛筆重力相平衡的是手指對它的摩擦力．由于手指與鉛筆之間沒有發(fā)生相對滑動(dòng)，鉛筆所受的摩擦力是靜摩擦力．可見，運(yùn)動(dòng)的物體也可受到靜摩擦力的作用．

(3)滑動(dòng)摩擦力的方向與物體相對運(yùn)動(dòng)的方向相反，而與物體的運(yùn)動(dòng)方向可以相同也可以相反．如圖2所示，傳送帶沿順時(shí)針方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，傳送帶的速度為v1，小物體以速度v2滑上傳送帶的左端．如v2小于v1，小物體相對傳送帶的運(yùn)動(dòng)方向向左，則傳送帶對小物體的滑動(dòng)摩擦力水平向右，與小物體的運(yùn)動(dòng)方向相同．如v2大于v1，小物體相對傳送帶的運(yùn)動(dòng)方向向右，則傳送帶對小物體的滑動(dòng)摩擦力水平向左，與小物體的運(yùn)動(dòng)方向相反．

圖2 傳送帶上的摩擦力

總之，從“學(xué)生已有知識經(jīng)驗(yàn)、學(xué)生思維過程、學(xué)生知識表征”這三個(gè)維度去獲取高中物理學(xué)習(xí)路徑的“起點(diǎn)、過程和終點(diǎn)”，這是優(yōu)化高中物理學(xué)習(xí)路徑，實(shí)現(xiàn)學(xué)生物理素養(yǎng)發(fā)展的重要基礎(chǔ)．