整合不同模塊內容 強化物理核心素養(yǎng)

鄧艾 黃子恒

摘? ?要：高三復習備考是高中物理教學的關鍵環(huán)節(jié)，有效的復習備考能促進學生物理觀念的有機生成，科學的復習備考能極大地提升學生的思維能力，構建完整的物理圖景。文章結合新高考理念和復習備考的實踐體會，結合實例從概念教學、物理定理與定律教學、物理規(guī)律的應用教學、情境化教學四個方面闡述整合不同模塊內容復習的必要性，最終給出復習備考建議。

關鍵詞：大單元教學;復習備考;物理觀念;物理規(guī)律

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2022）3-0013-4

當前高中物理教材主要從力、電、磁、熱、光等幾個知識模塊編排，通過力、運動、能量與動量搭建高中物理知識主體框架。傳統(tǒng)的課堂教學，教師以課時為單元，遵從課本內容編排有序推進，進行碎片化知識和技能的傳授?；诤诵乃仞B(yǎng)實施大單元教學是當前教學發(fā)展的趨勢。大單元教學打破傳統(tǒng)課時的束縛，以單元為模塊進行知識的重組，倡導關注知識點背后承載的物理觀念、科學思維、科學探究、科學態(tài)度與責任。在高三復習課教學中，教師同樣可以將不同模塊的內容進行有機整合，對分析處理問題的思維方法進行歸納整理，有效推動物理知識體系化，培養(yǎng)學生的知識遷移能力與創(chuàng)新思維能力。整合不同章節(jié)的內容，借鑒大單元教學理念，將其融入高三復習備考課程中，同樣也值得嘗試與探索。

1? ? 剖析物理概念的實際意義，強化物理觀念

物理是一門與實際生活關聯(lián)很強的學科。高三物理課堂教學，教師不能只是簡單回顧物理概念和物理現(xiàn)象。在概念教學時，側重于與實際生活情境的關聯(lián)，強調從科學描述的角度引入概念的物理意義。以復習平拋運動為例，學生對速度偏轉角與位移偏轉角的理解很抽象，應用時也經常出錯。教師在講解時可以提出以下問題來幫助學生理解：

問題1：平拋運動的軌跡是曲線，曲線運動的速度方向時刻變化，那么如何進一步引入物理量來描述速度方向變化的多少？

問題2：速度偏轉角應如何量化定義？

問題3：速度偏轉角應用于具有豎直初始速度的類平拋運動，其差異性體現(xiàn)在哪里？

問題4：若物體做圓周運動，引入速度偏轉角又可以得出怎樣的結論？

問題5：在光的折射現(xiàn)象中，如何理解光線的偏轉角？

物理概念反映物理現(xiàn)象和物理過程的本質屬性，是物理事實的抽象與概括，是物理學的基礎。物理概念的形成伴隨著科學思想與方法，是發(fā)展學生學科核心素養(yǎng)的重要過程。物理概念是學生形成物理觀念的重要基礎[1]。教師在進行概念教學時，切忌直接給出相關的定義及表達式，應結合科學研究的必要性和實際教學特點，遵從學生思維發(fā)展順序，通過層層設問，引導學生從生活化的物理現(xiàn)象感性認識逐步向物理學科描述的科學化視野的理性認識轉化。在充分理解物理概念引入的實際意義基礎上，對該概念的內涵與外延進行解讀與拓展，對與概念對應的數(shù)學表達式進行相關的推理與分析。作為高三復習課，教師可以串聯(lián)不同運動情境，啟發(fā)學生深化對同一物理概念的認識，形成概念在不同情境中的深層次理解與應用。

針對物理學科中諸多不同概念，我們可以在概念引出的具體方式中滲透學科思想。高中階段很多概念是通過比值法定義得出，比如速度、加速度、功率、電容、電源電動勢等;也可以通過橫向比較概念的關聯(lián)性，比如功和沖量反映力在空間積累與時間積累上不同的作用效果，重力勢能和電勢能反映重力場與電場中場的能量屬性，電場強度和磁感應強度反映電場和磁場的力的屬性;也可以追溯概念得出的物理學史，比如紫外災難、泊松亮斑、電磁感應現(xiàn)象等。這些概念的生成反映科學研究的基本方法，反映科學研究的必要性，反映科學發(fā)展經歷的必然過程。

2? ? 辨析不同情境下物理規(guī)律的應用，筑牢物理基礎

高中物理基本以牛頓創(chuàng)立的經典物理學理論為核心，以牛頓運動三大定律搭建研究力與勻變速運動、力與圓周運動等典型運動間動力學關系的橋梁。復習這些章節(jié)能深化學生的相互作用觀與運動觀，構建正確的物理模型。以動能定理、機械能守恒定律、動量定理、動量守恒定律架起物體運動過程中能量轉化關系的分析與計算，筑牢學生的能量觀和科學推理能力。面對諸多物理公式、物理定理與定律時，很多學生會遺忘、混淆。教師在復習時，一定要對定理、定律的來龍去脈進行合理推理，對適用條件進行重點說明。以復習動量定理為例，可以創(chuàng)設以下幾個問題：

問題1：沖量的計算式？

問題2：若力隨時間均勻變化，沖量如何計算？

問題3：若力與速度大小成正比，如空氣阻力，則沖量的物理意義如何理解？

問題4：計算安培力的沖量，其物理意義又有什么不同？

物理定理與定律是對物理過程與情境的高度概括與提煉。課本上進行推理時往往是由某個簡單的特殊過程推廣至一般的實際過程，具有一定的普適性。但是，學生在具體應用物理定理或定律解題時，需要根據(jù)特定的情境進行科學推理與論證，需要適度的變通。因此，對物理定理與定律復習時，不要急于讓學生埋頭刷題，機械應用物理定理與定律。要通過一定量的習題訓練，結合不同類型題目的歸納整理，抽絲剝繭，去偽存真，形成對一類問題的最本質的科學認識。下面以某市物理試卷中一道選擇題為例，以兩個學生不同的解題過程闡述應用物理規(guī)律解題時應注意其適用條件，避免隨意性。

教師分析：上述兩種方法都具有代表性。雖然選取不同的物理規(guī)律能得出相同的答案，但是都存在物理規(guī)律運用不恰當?shù)腻e誤。學生1以平均力作為變力做功的計算思維方法只適用于變力的大小隨物體運動位移均勻變化的情況。本題中阻力隨速度均勻變化，顯然不符合隨位移均勻變化的特點。學生2與學生1存在類似錯誤，利用公式計算阻力做功W=Pt，僅適用于功率P不隨時間變化的情況。

物理規(guī)律的應用具有各自不同的適用條件，在一定條件下可以從不同路徑出發(fā)得出相同的結論。比如，恒力作用下物體的運動，既可以運用牛頓第二定律計算速度，也可以運用動能定理求解。但是，在變力作用下物體的運動，我們往往利用動能定理規(guī)避變力做功的直接計算，轉化為恒力做功的分析;求解變力作用下物體速度變化，我們往往利用動量定理規(guī)避運動過程中速度的瞬息變化，轉化為初末時刻動量變化的計算。在不同問題情境下，如何選擇合適的物理規(guī)律進行解題，這涉及科學思維與科學方法的應用。下面就上述例1給出幾種正確分析過程：

方法1：利用動量定理。利用微元法思想將紅血球下落過程無限分割，則每小段時間內速度變化很小，做勻速運動，設第1段Δt時間內平均速度為v1，第2段Δt時間內平均速度為v2……第n段Δt時間內平均速度為vn，每一段時間內滿足：-kv1Δt=m（v1-v0）， -kv2Δt=m（v2-v1），…

方法1從知識解決的角度出發(fā)，遵從科學推理的原則，詳細展示變力作用下規(guī)律的應用過程。方法2從思維方法的角度出發(fā)，遵從科學猜想的原則，合理運用特殊值法解決問題。方法3從能力提升的角度出發(fā)，利用微積分思想科學論證速度隨時間變化的函數(shù)，正面回應紅血球下落過程是否為單擺模型。以上三種方法滿足不同層次學生思維發(fā)展的需求，培養(yǎng)學生利用不同方法探索物理問題的興趣，搭建學生自我發(fā)展的階梯。

3? ? 科學論證物理模型，提升關鍵能力

高中學習中存在很多物理模型，模型建構能力是關鍵能力之一。很多物理問題來源于生活，但受限于高中物理知識的深度與廣度，書本上探討的物理問題與實際問題有所差異。教師要培養(yǎng)學生從生活化的實際模型中抽象出理想化的物理模型的意識和能力。物理建模過程是讓學生針對具體的問題，聯(lián)想生活現(xiàn)象中與此關聯(lián)的某一畫面、某一過程、某一情境，找出解決問題的主要因素，忽略次要因素，在頭腦中建構一個簡化的模型[2]。學生要具備發(fā)現(xiàn)實際情境與物理模型相似性的分析能力，同時又要具備敏銳捕捉實際情境與理想化物理模型存在差異性的能力。

以分析牽連物體的速度關聯(lián)問題為例，很多老師基本直接告訴學生一個結論：將物體的速度分解為沿繩方向與垂直于繩方向。但是，對于為什么遵從這樣的分解規(guī)律并未給出太多的解釋。如圖1所示，小車在水平面內做勻速運動，分析物塊的運動狀態(tài)。教師可以從以下幾個方向說明。

速度分解的實際意義：沿繩方向的速度使繩的長度在空間中分布的位置關系發(fā)生變化;以圓周運動為模型進行理解（圖2），垂直于繩方向的速度使得繩子的方向發(fā)生變化。

速度關聯(lián)問題的定性推理：根據(jù)上述速度分解的思路，我們將小車的運動等效為以滑輪上的O點為圓心，以繩長為半徑的圓周運動。小車沿水平面向右勻速運動的過程中，A1A2=A2A3，繩子收縮的長度A1B1>B1B2，因此得出結論：物塊做減速運動。

教學啟示1：牽連體速度分解蘊含幾何關系的深度挖掘。高中物理問題的研究與數(shù)學學科關系十分密切，創(chuàng)設的問題情境很多基于特定的幾何圖形展開討論，比如圓（弧形軌道）、三角形（斜面體）、長方形（板塊模型）、圓柱體（流體運動）等?；谔囟ǖ能壽E方程對研究對象運動進行探討，如直線、拋物線、圓、橢圓、圓錐等。物理問題的討論往往涉及數(shù)學問題中解方程思想、微積分思想、直線方程以及各種圓錐曲線方程、函數(shù)最值問題探討、正余弦定理、矢量合成與分解等。通過調用不同學科知識與能力解決問題來考查學生的綜合能力是當前新課改試題命制特點之一。教師在復習備考階段要引導學生打破學科壁壘，充分利用不同學科的知識和能力解決物理問題。

教學啟示2：上述機械運動中繩桿牽連物體速度關聯(lián)問題的分析思路與高中物理其他章節(jié)內容存在諸多聯(lián)系。以光的干涉現(xiàn)象為例，在推導干涉亮條紋的位置時也有所涉及，如圖5所示，光程差為：PS2-PS1=dsinθ=d，與上述速度關聯(lián)的定量推理類似，只是此處利用到小角度的近似計算。

此外，將本例中小車勻速運動引起物塊的減速運動推廣至多普勒現(xiàn)象中亦有相通之處。波源與觀察者之間由于相對運動引起觀察者接收頻率變高，實際是因為接收者在相同時間內接收到波峰的次數(shù)變多。

我們從繩牽連物體的運動速度關系出發(fā)，從定性分析到兩種定量推理，并將用幾何關系分析速度分解的思維方法遷移至光的干涉問題。由此可見，物理學不同內容在研究思想方法上存在的相似性?？此剖且粋€簡單問題，能通過不同方式分析得出相同的結論，滿足不同層次學生的思維發(fā)展需求，深化學生對問題的理解與應用，拓展學生的思維視野，提高解決問題的能力。

4? ? 充分運用情境教學，提升核心素養(yǎng)

在當前情境化試題趨勢下，試題以貼近時代、貼近社會、貼近生活實踐或學習探索問題情境為載體，考查學生在真實問題情境下解決問題的能力。命題理念由“知識立意、能力立意”向“價值引領、素養(yǎng)導向、能力為重、知識為基”轉變。教師在課堂教學過程中，切忌習題化教學和就題論題，要尋找具體問題與真實情境之間的關聯(lián)性，以真實情境為導向的教學能培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)新問題、解決實際問題的能力。

以復習牛頓萬有引力為例，牛頓當時提出萬有引力定律，但是并沒有測出引力常量G的具體值，如何證明其理論的正確性呢？教師可以帶領學生解讀當時牛頓進行月-地檢驗的具體過程，以現(xiàn)有的實際數(shù)據(jù)進行定量計算，科學論證萬有引力定律的正確性。追尋科學家科學研究的足跡，體會科學家分析處理問題的思路，提升學生的模型建構能力和科學思維能力。

在高三復習課教學備課中，教師應認真研讀新高考評價體系相關政策文件，領悟教育改革的頂層設計。此外，還應關注新高考下各地高考試題，總結情境化試題的特點。在教學中充分挖掘情境化素材資源，利用試題、實驗等手段恰如其分地創(chuàng)設真實問題情境，提高學生核心素養(yǎng)。

參考文獻：

[1]戴金平.對物理概念教學的再思考[J].物理教師，2021，42（07）：36-39.

[2]張永剛，朱巧萍.高中生物理建模意識和能力的培養(yǎng)策略研究[J].物理教師，2021，42（06）：2-4，9.

（欄目編輯? ? 趙保鋼）