“功”的教學(xué)與物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)

摘 要：最新的物理課程標(biāo)準(zhǔn)要求要培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，核心素養(yǎng)的要求對學(xué)生來講是全面的發(fā)展，而對教師來講培養(yǎng)的任務(wù)也是非常艱巨的。物理這門學(xué)科對學(xué)生未來的發(fā)展有比較重要的作用，而且與學(xué)生的日常生活也是息息相關(guān)的，通過有效的核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，讓同學(xué)們能夠應(yīng)用課堂上學(xué)到的知識解決更多實(shí)際的問題。物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)主要在課堂教學(xué)中完成，本文主要講述高中物理“功”的教學(xué)中如何引入新課，如何幫助學(xué)生建立知識網(wǎng)絡(luò)，掌握物理研究方法，形成能解決問題的科學(xué)思維。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);功;微元法;化變力為恒力

物理學(xué)科中的核心素養(yǎng)的培養(yǎng)內(nèi)容，主要是讓學(xué)生能夠通過課堂上學(xué)到的知識，實(shí)現(xiàn)個(gè)人能力的發(fā)展，要通過相關(guān)知識的積累，形成一種適應(yīng)社會發(fā)展的品格和關(guān)鍵的能力。物理這門學(xué)科對學(xué)生未來的生活和發(fā)展會產(chǎn)生較為重要的影響，而且也需要通過課堂上知識的內(nèi)化，形成一種帶有物理學(xué)科特性的思維品質(zhì)，讓學(xué)生正確認(rèn)識科學(xué)發(fā)展的本質(zhì)，并且長期對于科學(xué)素養(yǎng)的發(fā)展及生活中的物理存在著強(qiáng)烈的好奇心，能夠在求知欲的引導(dǎo)下積極主動地與他人合作，建立一種相互尊重的關(guān)系，能夠在物理相關(guān)知識的研究中、在物理證據(jù)的支持之下，符合邏輯地發(fā)表自己的見解，在實(shí)事求是的要求當(dāng)中更好地探究物理的研究成果。以物理核心素養(yǎng)的發(fā)展為導(dǎo)向展開的教學(xué)需要各位教師從物理觀念、科學(xué)思維、實(shí)驗(yàn)探究、科學(xué)態(tài)度四個(gè)維度進(jìn)行科學(xué)有效的教學(xué)計(jì)劃，有組織、有目標(biāo)在課堂上與學(xué)生建立一種良好的合作關(guān)系，通過雙邊的互動實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)的教學(xué)目標(biāo)。

一、高中物理課堂上培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的主要內(nèi)容

一個(gè)知識的形成首先是發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，然后想：怎么辦？找到解決問題的途徑、公式、方法，然后把這種方法應(yīng)用于同類問題中加以驗(yàn)證，再提煉總結(jié)解決這類問題的方法，從而逐步建立知識體系。完善的知識體系是同學(xué)們后續(xù)進(jìn)行深入問題研究的基礎(chǔ)，更是幫助同學(xué)們實(shí)現(xiàn)個(gè)人見識增長的重要途徑。在高中階段學(xué)習(xí)的知識有一定的難度，特別是物理這門學(xué)科更是對同學(xué)們的邏輯思維能力和抽象思考能力的發(fā)展有很高的要求。幫助學(xué)生建立相對完善的知識體系是每一位教師的重要教學(xué)任務(wù)，也是在長遠(yuǎn)教學(xué)中需要制訂的宏觀教學(xué)目標(biāo)。

人類對知識的渴望就是從一個(gè)一個(gè)的問題開始的，高中階段的學(xué)生處于青春發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，同學(xué)們的思維也是相對活躍的，在課堂上有效地通過對學(xué)生求知欲的調(diào)動來實(shí)現(xiàn)問題的探索以及課堂效率的提升有非常重要的價(jià)值。在物理學(xué)的發(fā)展史中，為了解決問題，科學(xué)家們前仆后繼，如今同學(xué)們可以不用再逐一研究，我們可以直接學(xué)習(xí)前人建立的知識體系，但是這種知識體系的學(xué)習(xí)不應(yīng)該建立在簡單的記住和應(yīng)用，更多要從這個(gè)知識的問題來源，解決問題方法入手，理解公式概念的形成過程。西湖大學(xué)校長施一公說：“科學(xué)上沒有所謂的真理，你們在課堂上學(xué)到的所謂的公理、定理，都是前人對自然現(xiàn)象的歸納總結(jié)，是現(xiàn)狀下最好的歸納總結(jié)，可以有效解釋自然現(xiàn)象，甚至推測一些還未發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象，隨著人類對周圍環(huán)境和宇宙認(rèn)識的加深，這些公理、定理都會有失效的時(shí)候?！弊钚滦抻喌母咧形锢碚n程標(biāo)準(zhǔn)提出要培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，所謂的核心素養(yǎng)更多的是指學(xué)生對物理概念規(guī)律的認(rèn)識，知道這些規(guī)律的形成過程，能把這些規(guī)律應(yīng)用于生活、工作、個(gè)人認(rèn)識中，理解物理規(guī)律的研究方法，形成一定的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，以提高個(gè)人的科學(xué)素養(yǎng)，形成能解決問題的科學(xué)思維。核心素養(yǎng)的培養(yǎng)要從問題開始，知道遇到什么問題，目前用什么方法解決，有哪些定律可以用，怎么用?；谶@樣的教學(xué)發(fā)展，各位教師必須要對當(dāng)前的教學(xué)行為進(jìn)行認(rèn)真的思考，同時(shí)也要有針對性地對自己的教學(xué)理念進(jìn)行改革和完善，在課堂上要想更好地引導(dǎo)同學(xué)們學(xué)習(xí)和成長，就必須要做到教學(xué)方案的調(diào)整與時(shí)俱進(jìn)，讓每一個(gè)學(xué)生都能接受公平的教育，讓學(xué)生都能接觸到更加豐富的教學(xué)資源。而每一個(gè)學(xué)生在能力方面的表現(xiàn)也有所不同，教師針對同學(xué)們的實(shí)際學(xué)習(xí)情況展開的課堂教學(xué)必須要能夠滿足大部分學(xué)生的根本需要，同時(shí)也要結(jié)合同學(xué)們的實(shí)際學(xué)習(xí)情況來進(jìn)行方案的調(diào)整，要有針對性地讓學(xué)生受到教師的引導(dǎo)，并且都能實(shí)現(xiàn)課堂上的有所進(jìn)步。

二、以“功”的教學(xué)為例，淺談如何在教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)

高中學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)主要以教學(xué)為載體，以學(xué)生知識和思維形成為過程體現(xiàn)出來，是著眼于學(xué)生的發(fā)展，同時(shí)貫穿在物理基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)過程的。而教學(xué)中，大部分教師都會選擇以教材的內(nèi)容為核心展開實(shí)踐研究，雖然教學(xué)中介紹的大部分知識都是物理學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，也是學(xué)生長期邏輯思維發(fā)展所要遵循的基本規(guī)律，但是教材的內(nèi)容畢竟是有限的，這對于同學(xué)們來講，在掌握了這些基礎(chǔ)部分之后，很難進(jìn)行必要的物理學(xué)習(xí)拓展，這對于學(xué)生個(gè)人能力的發(fā)展會有一定的阻礙。要想實(shí)現(xiàn)更加高效的物理課堂教學(xué)，讓同學(xué)們的核心素養(yǎng)能夠在教師的有效引導(dǎo)下，實(shí)現(xiàn)扎實(shí)穩(wěn)定的提升，就一定要注意物理課堂學(xué)習(xí)的過程不能受到教材的約束，教師需要進(jìn)行必要的教學(xué)擴(kuò)充，通過其他途徑幫助學(xué)生收集，并傳授更多相關(guān)的物理學(xué)知識，讓學(xué)生個(gè)人的物理學(xué)習(xí)視野得到有效的開闊，而教師也必須意識到，在教學(xué)中進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐卣箤W(xué)生個(gè)人能力的發(fā)展才會有更大的幫助。

為了讓該部分的論述具備更強(qiáng)的指導(dǎo)性和可操作性，讓學(xué)生能夠在教師的影響之下，通過有效的課堂教學(xué)實(shí)踐實(shí)現(xiàn)核心素養(yǎng)的發(fā)展，也讓各位教師能夠明確在課堂上怎樣進(jìn)行有效的教學(xué)設(shè)計(jì)才能讓同學(xué)們必要的核心素養(yǎng)得到有效的提升，下面我將以高中物理必修二“功”的教學(xué)為例，淺談在教學(xué)中如何培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。教學(xué)具體分為下面幾個(gè)階段：

階段一：溫故而知新。在初中物理中，學(xué)生已經(jīng)形成功的基本定義了，教學(xué)時(shí)可以先復(fù)習(xí)初中關(guān)于功的兩個(gè)重要知識點(diǎn)：1.功的計(jì)算：功等于力乘以在力的方向上移動的距離，當(dāng)力與位移垂直，這個(gè)力不做功，即W=0，當(dāng)力與位移平行，這個(gè)力做的功為W=FS。2.做功的過程就是能量轉(zhuǎn)化的過程。

階段二：以舊引新?？梢赃@樣進(jìn)一步問學(xué)生：我們學(xué)過了力的合成與分解，那如果一個(gè)力與物體運(yùn)動的位移有夾角θ，這時(shí)怎么求這個(gè)力做的功？這時(shí)學(xué)生已經(jīng)有矢量的合成和分解的知識基礎(chǔ)，學(xué)生很容易得出，將力或位移分解為互相平行和互相垂直兩個(gè)方向，平行W=FS，垂直W=0，即分解后取平行分量出來，因?yàn)榱εc位移夾角為θ，則W=FScosθ，進(jìn)一步分析可以得出以下結(jié)論：當(dāng)這個(gè)力與位移的夾角小于900，這個(gè)力對物體做正功，當(dāng)這個(gè)力與位移等于900，這個(gè)力對物體不做功，當(dāng)這個(gè)力與位移夾角θ=900～1800，這個(gè)力對物體做負(fù)功。到這里，我們得出了大小方向不變的恒力做功的求解方法。

這里物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)任務(wù)：讓學(xué)生理解公式的來源，明確公式的使用條件，知道如何求恒力做功。這個(gè)任務(wù)通過這樣的教學(xué)已經(jīng)基本完成。

問：如果是變力做功，怎么辦？如下：

例1：如下圖，質(zhì)量為m的物體從距地面高為h的曲面上的M點(diǎn)沿曲面滑到N點(diǎn)，這個(gè)過程中曲面對物體的支持力對物體做了多少功？

解析：物體滑下來的過程中，支持力的大小、方向時(shí)刻都在變化，不能用恒力做功公式W=FScosθ。物理思維：如果能把變化的力變成大小方向不變的力，那就可以用公式求解。

介紹物理方法：微元法，這是一種極限思維方法，指對某個(gè)過程或某個(gè)物體進(jìn)行無限分割，再對其中一個(gè)微小單元進(jìn)行研究，找出規(guī)律，再累計(jì)求和，最終解決整體的方法。微元法的目的是使在整體里是變量的物理量，在微小單元里可以看成不變量，從而適用一般公式。

例1：如果將物體運(yùn)動的位移分割逼近，取某一微元研究，支持力一直跟微元位移垂直，在這一微元中支持力極微小，可以看成恒力，適用公式W=FScosθ，由于FS夾角等于900，支持力不做功，每一微元支持力做功都為零，把所有微小單元支持力做的功加起來，總功就為零。這就是求變力做功的第一種方法——微元法。方法總結(jié)：由于微元法所取的“微元”最終要疊加起來，所以“微元”的量必須具備“可加性”特征。

例2：質(zhì)量為m的物體放在水平面上，某時(shí)刻開始受到一個(gè)大小變化如下圖的水平力的作用，在水平方向上運(yùn)動了位移S0，求這個(gè)力在0到S0的位移內(nèi)對物體做的功。（不計(jì)物體與水平面間的摩擦力）

解析：此題中所求力與位移在同一直線同方向，但力的大小一直變化，是一個(gè)大小變化但方向不變的力做功，不能直接用公式W=FS求這個(gè)變力做的功。得想辦法將這個(gè)大小變化的力變成恒力做功才可以求解，一般的處理方法是將物體走過的位移分成盡可能多的小段，在每個(gè)小段位移中，力大小變化可以忽略，即可以認(rèn)為恒力做功，就可以用恒力做功的公式W=FS求每一小段位移這個(gè)力做的功，注意到每個(gè)小段位移力做的功F·S對應(yīng)F-S圖像中每個(gè)柱狀面積，將這些柱狀面積都加起來即為這個(gè)力做的總功。這就是求變力做功的第二種方法——F-S圖像面積法。

同時(shí)如果力與位移成F=kS+b（如上圖1），而且這個(gè)變力的方向與位移同向或反向，這個(gè)力做的功就等于上圖F-S圖像中圖線與S軸所圍的面積，由梯形面積公式得，這就是求變力做功的第三種方法——平均力法。

例3：如下圖所示，一個(gè)可近似看作質(zhì)點(diǎn)的物塊m放在光滑水平面，一條輕繩通過定滑輪用大小不變的力F拉著物塊向右運(yùn)動，定滑輪與物塊間高度差為h，繩與滑輪間的摩擦不計(jì)，開始時(shí)，輕繩與水平面夾角為α，物塊向右運(yùn)動一段時(shí)間后，輕繩與水平面間的夾角變?yōu)棣?。求這段時(shí)間內(nèi)繩的拉力對物體做的功。

解析：拉力F是變力（大小不變，方向改變），不能直接用公式W=FScosθ，由于公式只適用于恒力做功，所以引導(dǎo)學(xué)生怎么把求變化的力做功轉(zhuǎn)化為求恒力做功，這里，有學(xué)生就會想到在定滑輪拉繩那端拉力F大小和方向都是不變的，是恒力，可以直接用功的公式求解，但是要注意這時(shí)位移為繩移動的位移。

代入公式可得：

。

這就是求變力做功的第四種方法——化變力為恒力法。

至此，我們完成了恒力做功基本公式的推導(dǎo)，求變力做功四種方法的教學(xué)，這些知識都是在教師的引導(dǎo)下，以問題為導(dǎo)向，讓學(xué)生自己逐步推導(dǎo)，領(lǐng)悟物理研究方法的基礎(chǔ)上形成的。這種教學(xué)方法擺脫了原來直接教學(xué)生公式，再用大量練習(xí)讓學(xué)生記住公式的模式，在教學(xué)中讓學(xué)生用已學(xué)的知識解決新問題，再得出新知識，逐步讓學(xué)生理解各個(gè)公式的來源，建立物理知識網(wǎng)絡(luò)，強(qiáng)化了知識運(yùn)用能力的培養(yǎng)，讓學(xué)生體會物理知識在生活中的應(yīng)用，形成科學(xué)思維，也培養(yǎng)了學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

[1]林欽，陳峰，宋靜.關(guān)于核心素養(yǎng)導(dǎo)向的中學(xué)物理.教學(xué)的思考[J].課程，教材，教法，2015（12）.

[2]余友煌.如何在中學(xué)物理核心概念教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)[J].西部素質(zhì)教育，2016，2（24）：240.

作者簡介：童秀平（1975—），女，漢族，福建漳州華安人，福建省漳州市華安縣第一中學(xué)，中學(xué)一級，理學(xué)學(xué)士。研究方向：高中物理教學(xué)。

2103501705345