創(chuàng)新科學(xué)思維 促進(jìn)核心素養(yǎng)養(yǎng)成

摘要：物理學(xué)是一門注重實(shí)驗(yàn)探究和思維培養(yǎng)的學(xué)科，同時(shí)“功”這一節(jié)在在高中物理中又占有舉足輕重的地位。既很好的體現(xiàn)了學(xué)生初高中思維的銜接，又是物理學(xué)中力和能量的結(jié)合點(diǎn)，功能關(guān)系是整個(gè)高中物理教學(xué)的重點(diǎn)。本文以“功”的教學(xué)設(shè)計(jì)為例，對功的計(jì)算公式提出新的推導(dǎo)方案，對正負(fù)功的提出、理解給出不同的方法。關(guān)注“物理觀念”、“科學(xué)思維”、“科學(xué)探究”和“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”四個(gè)維度，特別強(qiáng)調(diào)科學(xué)思維的五水平發(fā)展。高中教學(xué)中需要?jiǎng)?chuàng)新思維，以生為本，逐漸培養(yǎng)適合學(xué)生長期發(fā)展的教學(xué)思維方式，正真促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的養(yǎng)成。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新;科學(xué)思維;核心素養(yǎng);養(yǎng)成;設(shè)計(jì)

一、背景

關(guān)于立德樹人的要求，在黨的十八大和十八屆三中全會均有明確提出，要求能夠落到實(shí)處?！蛾P(guān)于全面深化課程改革落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的意見》是教育部在2014年印發(fā)的，意見中提出各年段學(xué)生均應(yīng)該具備必備的優(yōu)秀品格和關(guān)鍵能力，對自己今后人身發(fā)展有幫助，對社會發(fā)展有幫助，即要求研究學(xué)生如何更好的發(fā)展核心素養(yǎng)體系。

2019年9月浙江省物理教研員梁旭老師在書本《指向?qū)W科核心素養(yǎng)的普通高中課堂教學(xué)設(shè)計(jì)》的序言中提到的第一句話就是：高中的教學(xué)方式需要轉(zhuǎn)變！我想高中的物理教學(xué)也需要?jiǎng)?chuàng)新思維，創(chuàng)新教學(xué)設(shè)計(jì)。

創(chuàng)新：亦作"剏新"，一指創(chuàng)立或創(chuàng)造新的，二指首先，三指改變。創(chuàng)新思維是指以新穎特有不同的思維來解決碰到的問題，通過新思維突破以往，以完全不同的視角去思考問題，給出與眾不同的思維方法，有效的解決問題，從而產(chǎn)生特有的、新穎的、有社會意義的思維成果。

關(guān)于科技創(chuàng)新，我黨在十八大時(shí)就明確把科技創(chuàng)新擺到了一定的高度，指出科技創(chuàng)新是國家發(fā)展的支撐，是提高生產(chǎn)力的關(guān)鍵，必須放到首要的位置。我想十八大的精神之一就是創(chuàng)新。隨著國家的發(fā)展，社會的進(jìn)步，迫切需要?jiǎng)?chuàng)新型人才。而學(xué)校正是人才培養(yǎng)的的搖籃，隨著教育改革步伐的邁進(jìn)，更需要教育創(chuàng)新。

二、《功》教學(xué)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)與難點(diǎn)

《功》選自人教版高中物理必修2第七章《機(jī)械能守恒定律》中的第二節(jié)，學(xué)生在初中的時(shí)候已經(jīng)有所接觸，故本堂課的教學(xué)先從功和能量的關(guān)系入手，讓學(xué)生體會功是能量轉(zhuǎn)化的量度這句話，有力做功必然伴隨著能量的變化。之后回顧初中所學(xué)知識，特別是當(dāng)力的方向和速度在同一方向上，或者互成90°的兩種特殊情形，讓學(xué)生體會同向時(shí)力是動力，借此先引出如果力的方向和速度方向相反的時(shí)候力是否做功。在此前學(xué)生知道能量的變化必然有力做功的，自然得出這里力是一個(gè)阻力。之后從四種斜拉和推的情形推導(dǎo)出公式的共性，得到功的一般表達(dá)式，借此往下提出正負(fù)功的概念，并加以解釋和應(yīng)用。最后再對總功的求解進(jìn)行探究。故重難點(diǎn)設(shè)計(jì)上我如此把握。

教學(xué)重點(diǎn)：

1.功的概念;2.功的計(jì)算;3.正、負(fù)功的理解，體會功是標(biāo)量。

教學(xué)難點(diǎn)：

1.力對物體做功的求法推導(dǎo);2.正、負(fù)功的引出和理解。

三、《功》的教學(xué)設(shè)計(jì)（簡化）

（一）導(dǎo)入新課（觀察現(xiàn)象，回顧初中知識，為物理觀念形成奠定基礎(chǔ)）

1.引入：觀看2分鐘視頻，介紹第一次工業(yè)革命（18世紀(jì)60年代-19世紀(jì)40年代）中的主角：蒸汽機(jī)。

師：第一次工業(yè)革命中蒸汽機(jī)的廣泛應(yīng)用，推動了世界各國之間的聯(lián)系，改變的世界格局，最終資產(chǎn)階級率先統(tǒng)治了世界，英國成為了世界的霸主。同學(xué)們，你們知道這里面最關(guān)鍵的是什么嗎？

生：蒸汽機(jī)大大提高的能源的利用率，使能量更容易被人民利用。

師：對，這個(gè)過程中化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能更加容易了，接下去我們看下面三幅圖。

師：圖1中由于牽引力做功使動車的重力勢能增大了;圖2中由于握力做功使握力器的彈性勢能增大了;圖3中由于起重機(jī)拉力做功使木材的重力勢能增大了。

學(xué)生參與演示實(shí)驗(yàn)：橡皮繩套腰間，拉的過程，采訪拉皮筋的同學(xué)有什么感受？

生：累！也許我的化學(xué)能在消耗，拉力阻礙了我前進(jìn)。

師：同學(xué)們，通過以上所有的分析我們發(fā)現(xiàn)，如果物體在力的作用下能量發(fā)生了變化，則這個(gè)力一定對物體做了功。法國科學(xué)家科里奧利在19世紀(jì)20年代就提出了功的概念（圖片展示）。

功：力和受力點(diǎn)沿力的方向上的距離的乘積。

2.做功的兩個(gè)必要條件：

①作用在物體上的力;②物體在力的方向上移動的距離。

3.回顧初中功的計(jì)算方法：

（二）新課教學(xué)

師：進(jìn)入高中之后，我們把兩個(gè)做功條件中的“距離”改成“位移”。

1.做功的兩個(gè)必要條件：

①作用在物體上的力;②物體在力的方向上移動的位移。

2.再次通過橡皮繩的實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生體會以下兩種情形中力的效果不同，情形一中力為動力，情形二中力為阻力。提出對于阻力做功為了表示效果不同，我們加個(gè)“-”。

師：那么現(xiàn)實(shí)生活中力僅僅有以上兩種情形嗎？

生：還有斜拉或者斜推的各種情形。

師：我們不難發(fā)現(xiàn)甲乙兩種情形中拉力為動力，相反丙丁兩圖中拉力為阻力，那么怎么來求這幾種情況下拉力對物體的做功呢？

生：由于拉力和位移方向不在同一直線上，我們可以利用以前所學(xué)的分解的辦法把拉力分解到位移的方向及與位移垂直的方向。

師：分析甲、丙兩圖可知F2和F4不做功。

師：同理我們可以分析乙和丁這兩種情形下拉力做功情況，乙類似甲，丁類似丙。但問題是功的公式不可能有這樣兩種情況，我們相信科學(xué)是和諧統(tǒng)一的，能否統(tǒng)一為一個(gè)公式呢？

師：如果我們假設(shè)力和位移方向上的夾角為α，那么對于丙圖中。那么乙情形中拉力做功也就可以這樣寫：

師：完美的統(tǒng)一！我們發(fā)現(xiàn)其實(shí)甲和丙中拉力做功可以統(tǒng)一為一個(gè)公式：

其中α為拉力和位移方向上的夾角。

3.功的計(jì)算：

4.正功和負(fù)功：

①正負(fù)功的意義：

正功：表明力作用的效果促進(jìn)物體的運(yùn)動，是動力。

負(fù)功：表明力作用的效果是阻礙物體運(yùn)動，是阻力。

師：正功、負(fù)功不表示方向相反，僅表示不同做功的效果。

師：-8J的功與5J的功誰大？

②功是標(biāo)量

5.應(yīng)用：

6.總功的計(jì)算：

①求出各個(gè)力所做的功，則總功等于各個(gè)力所做功的代數(shù)和：

W總=W1+W2+W3+···

②求出各個(gè)力的合力，則總功等于合力所做的功：

W總=F合Lcosα

（三）課后反思：

本堂教學(xué)設(shè)計(jì)經(jīng)過3次實(shí)踐，在本校上課2節(jié)，到外校學(xué)術(shù)節(jié)上展示一節(jié)。總體來看學(xué)生接受起來比以前更加順暢，不過有幾點(diǎn)需要改進(jìn)：其一，重視教材、重視教材上的例題，采用教材上的例題的時(shí)候務(wù)必重視例題的形式，解題的規(guī)范;其二，教學(xué)過程中要革新教法，聚焦學(xué)生，以學(xué)生為主體，創(chuàng)新科學(xué)思維的培養(yǎng);其三，重視物理實(shí)驗(yàn)過程，比如在正功負(fù)功出來后可以加入物理實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生體會動力和阻力帶來的不同效果;最后，形成評價(jià)體系，讓學(xué)生形成科學(xué)態(tài)度和責(zé)任，體會到思維創(chuàng)新帶來的優(yōu)勢。

二、與傳統(tǒng)《功》的公式推導(dǎo)的區(qū)別

物理核心素養(yǎng)中的維度之一便是：科學(xué)思維。要求學(xué)生能把現(xiàn)象模型化，具有物理建模的感覺和能力;能使用學(xué)到的物理觀念、物理規(guī)律來構(gòu)建物理模型，并應(yīng)用已有知識對模型進(jìn)行分析、解釋、歸納、證明等。敢于大膽的對碰到的問題提出不同意見，追求科技創(chuàng)新、學(xué)習(xí)創(chuàng)新、思路創(chuàng)新、教育創(chuàng)新。

（一）傳統(tǒng)《功》的教學(xué)設(shè)計(jì)

我在前10年的物理教學(xué)工作中一般采取以上的教學(xué)設(shè)計(jì)過程，這里給人感覺最突兀的地方，如圖7，也是每當(dāng)我上到《功》這一節(jié)課的時(shí)候最糾結(jié)的地方：就是為什么從α是銳角的情形推導(dǎo)出來功的計(jì)算公式，可以推廣到所有的情形，并且是不是真的直接就可以從α來決定W的正負(fù)，然后得出正、負(fù)功的概念。當(dāng)然教師在得出概念之后一定會對概念進(jìn)行再解釋，也會用很多的例題、或者一些實(shí)驗(yàn)來予以說明和幫助學(xué)生理解。但是本人總認(rèn)為思維上欠缺連貫性，也沒有遵循學(xué)生的思維發(fā)展規(guī)律。

傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計(jì)往往遵循下面的流程：

為此，我想在國家大力提倡發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的情況下，我們老師是否能夠站在學(xué)生的角度來思考問題，以生為本，尋找學(xué)生解決問題的基本思維方式，然后創(chuàng)新我們教學(xué)方法？

（二）創(chuàng)新思維、以生為本

創(chuàng)新思維的本質(zhì)在于用新的角度、新的思考方法來解決現(xiàn)有的問題。

如圖8，本課例尋找創(chuàng)新的突破口，首要想法是老師先引導(dǎo)學(xué)生在初中的基礎(chǔ)上，通過物理實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生感受α為0°和180°時(shí)拉力做功所產(chǎn)生的不同效果，進(jìn)而再把動力和阻力的概念留給學(xué)生，對學(xué)生來說這也是順其自然的。這時(shí)候我們得到了0°和180°時(shí)拉力做功的求法，再結(jié)合以前力的分解的知識把拉力進(jìn)行分解，結(jié)合三角函數(shù)知識：當(dāng)180°時(shí)，滿足，自然而然把四種普通的情形的做功求法歸納為一種求法。愛因斯坦畢生追求完美，在他最后幾年的科研中一心希望能夠把四種相互作用進(jìn)行完美的統(tǒng)一，我想這也正是我們希望學(xué)生獲得的科學(xué)素養(yǎng)。

（三）核心素養(yǎng)之“五水平”落實(shí)

物理學(xué)科核心素養(yǎng)分為四個(gè)維度，每一維度進(jìn)行了五個(gè)水平的劃分，比如科學(xué)思維：僅僅從模型建構(gòu)角度來看，水平一要求知道物理學(xué)的研究需要建構(gòu)模型;水平二要求知道常見的物理模型;水平三要求能使用簡單的物理模型解決實(shí)際問題;水平四要求能根據(jù)解決問題的需要建構(gòu)物理模型;水平五要求能根據(jù)解決問題的需要建構(gòu)恰當(dāng)?shù)奈锢砟Ｐ汀?/p>

本課例通過分析一般情況下力做功的特點(diǎn)，把四種拉、推物體的模型統(tǒng)一到一種物理模型，最后得出做功的一般規(guī)律，把公式進(jìn)行了統(tǒng)一化。我想如果學(xué)生自己能夠建構(gòu)這樣的物理模型，不政體現(xiàn)了能夠建構(gòu)恰當(dāng)?shù)奈锢砟Ｐ瓦@一水平嗎？也許核心素養(yǎng)真能達(dá)到水平五的要求了。正好比一個(gè)聽完課后的同學(xué)說的一句話：原來思維是跳躍的！

三、結(jié)束語

特別感謝本校物理教師對該課例的指導(dǎo)與打磨，也特別感謝一起參與同課異構(gòu)的老師，一起認(rèn)真的對該課進(jìn)行了討論和設(shè)計(jì)，把老的教學(xué)思路和新的創(chuàng)新思維進(jìn)行了對比與實(shí)踐。本課把教學(xué)重點(diǎn)主要放在了兩個(gè)方面：一個(gè)是功的公式W=Flcosα得到過程嘗試了另外一種方法;二是正負(fù)功的理解上，怎么樣讓學(xué)生更容易理解。本課例為學(xué)生發(fā)展科學(xué)思維、老師創(chuàng)新教學(xué)思路提供了一種很好的參考，相信會是有用的范例。整個(gè)課堂下來老師受益匪淺，本組教師一致認(rèn)為物理課堂教學(xué)應(yīng)該遵循學(xué)生的身心發(fā)展規(guī)律、遵循物理規(guī)律的構(gòu)建過程、更要以學(xué)生為本，慢慢引導(dǎo)并幫助學(xué)生逐步形成和發(fā)展物理科學(xué)思維，培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，為學(xué)生的今后發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

1.基于物理學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)研究;何麗亞;云南師范大學(xué)碩士論文; 2019-06-03

2.依學(xué)定教 注重反思 打造生態(tài)高效課堂——以《功》的教學(xué)設(shè)計(jì)為例;趙亞兵;物理教學(xué)探討;2014-09-10

3.基于核心素養(yǎng)背景下物理探究的優(yōu)化與創(chuàng)新;王薇;中國現(xiàn)代教育裝備;2020-02-25。

作者信息：

姓名：章順東?出生年月：1984年03月21日 性別：男 民族：漢