融合科技項(xiàng)目 發(fā)揮習(xí)題課育人功能

陳森

摘 ? 要：立德樹(shù)人，培養(yǎng)物理核心素養(yǎng)是物理教學(xué)的終極目標(biāo)。以國(guó)家重大科技突破項(xiàng)目為情境，編寫(xiě)情境化習(xí)題，開(kāi)展習(xí)題教學(xué)，是發(fā)揮習(xí)題課育人功能的有效途徑。以融合了“復(fù)興號(hào)”的“中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)”習(xí)題課教學(xué)為例，探討如何發(fā)揮習(xí)題課的育人功能。

關(guān)鍵詞：科技項(xiàng)目;習(xí)題教學(xué);連接體模型;物理學(xué)科育人

1 ?新課標(biāo)、新高考對(duì)習(xí)題教學(xué)提出育人要求

《普通髙中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》指出：高中物理課程在內(nèi)容上注重與生產(chǎn)生活、社會(huì)科技發(fā)展的聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)參與意識(shí)、責(zé)任意識(shí)[ 1 ]。人的核心素養(yǎng)是思想品德，教育的核心任務(wù)是立德樹(shù)人。中國(guó)高考物理評(píng)價(jià)體系中指出：要“加強(qiáng)物理科核心素養(yǎng)的考查，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的形成與發(fā)展[ 2 ]?！笨梢?jiàn)，不管是從課標(biāo)角度還是從高考評(píng)價(jià)角度，物理教學(xué)的最終目標(biāo)是立德樹(shù)人，培養(yǎng)有社會(huì)責(zé)任感的公民。作為與高考聯(lián)系最緊密的重要課型，物理習(xí)題課也必然以培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)為目標(biāo)。

傳統(tǒng)的物理習(xí)題教學(xué)，往往是直接給出模型化的習(xí)題，然后讓學(xué)生通過(guò)變式訓(xùn)練，形成解題策略。這樣的教學(xué)弊端是學(xué)生沒(méi)有經(jīng)歷模型構(gòu)建的過(guò)程，學(xué)生在解決實(shí)際情境的問(wèn)題時(shí)會(huì)無(wú)從下手。而且，在重復(fù)訓(xùn)練解決模型化習(xí)題的過(guò)程中也容易使學(xué)生產(chǎn)生厭煩情緒，無(wú)法達(dá)到育人效果。

情境是構(gòu)成考查內(nèi)容的重要元素。高考評(píng)價(jià)體系指出：情境化試題“對(duì)考查和培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科素養(yǎng)具有關(guān)鍵作用[ 2 ]。”近年的高考試題，出現(xiàn)了大量情境化試題，因此，物理習(xí)題教學(xué)中，也應(yīng)按照這一基本理念，以情境化習(xí)題教學(xué)作為習(xí)題教學(xué)改革的突破口。

近年來(lái)，我國(guó)有很多科技項(xiàng)目取得重大突破，如中國(guó)動(dòng)車(chē)“復(fù)興號(hào)”的“中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)”、嫦娥五號(hào)完美完成中國(guó)航天史上最復(fù)雜的任務(wù)、北斗衛(wèi)星全面建成等等。這些重大突破，跟物理學(xué)息息相關(guān)，在物理教學(xué)中，有機(jī)融入這些信息，以國(guó)家重大科技突破項(xiàng)目為情境，編寫(xiě)情境化習(xí)題，開(kāi)展習(xí)題教學(xué)，可以讓學(xué)生在學(xué)習(xí)知識(shí)的同時(shí)，感受?chē)?guó)家科技的飛速發(fā)展，增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感，有效發(fā)揮物理習(xí)題課的育人功能。

基于以上認(rèn)識(shí)，下面以連接體模型的習(xí)題課為例，談?wù)勅绾螌?guó)家重大科技項(xiàng)目情境融入習(xí)題教學(xué)中。

2 ?連接體模型習(xí)題課教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1 ?針對(duì)主題，尋找情境化資源

連接體是指兩個(gè)或兩個(gè)以上物體相互連接（繩子、彈簧相連，疊放、并排等）參與運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)[ 3 ]。連接體問(wèn)題是訓(xùn)練學(xué)生應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決問(wèn)題的典型資源，其難點(diǎn)是研究對(duì)象選擇的決策。與連接體模型對(duì)應(yīng)的典型生活情境是火車(chē)。一次筆者用老式火車(chē)作為情境講解連接體模型時(shí)，有同學(xué)開(kāi)玩笑說(shuō)：”老師，現(xiàn)在都是坐動(dòng)車(chē)了，誰(shuí)還坐綠皮火車(chē)??！”說(shuō)者無(wú)意，聽(tīng)者有心。筆者上網(wǎng)搜索了動(dòng)車(chē)的資料，“復(fù)興號(hào)”的4動(dòng)4拖標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)力配置，吸引了筆者，“復(fù)興號(hào)”的“中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)”是優(yōu)質(zhì)的情境資源。

2.2 ?教學(xué)過(guò)程

環(huán)節(jié)1：導(dǎo)入

播放歌曲“咱們的復(fù)興號(hào)”，配合視頻，簡(jiǎn)單介紹中國(guó)動(dòng)車(chē)從“中國(guó)制造”的“和諧號(hào)”到“中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)”的“復(fù)興號(hào)”的發(fā)展過(guò)程?！昂椭C號(hào)”動(dòng)車(chē)組是基于國(guó)外的不同平臺(tái)研發(fā)，標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，不能互聯(lián)互通，運(yùn)營(yíng)和維修成本高?！皬?fù)興號(hào)”是中國(guó)自主研發(fā)的，采用8輛編組、4動(dòng)4拖的統(tǒng)一動(dòng)力配置形式，由2個(gè)基本動(dòng)力單元組成。復(fù)興號(hào)CR400AF型電力動(dòng)車(chē)組，第2、4、5、7節(jié)車(chē)廂為動(dòng)力車(chē)廂，第1、3、6、8節(jié)車(chē)廂為拖車(chē)廂，沒(méi)有動(dòng)力。其模型可用圖1表示。為什么動(dòng)車(chē)組動(dòng)力要這樣配置呢？

【設(shè)計(jì)意圖】用契合主題的、激情洋溢的音樂(lè)喚醒學(xué)生，既融合了音樂(lè)欣賞教育，又讓學(xué)生在優(yōu)美的旋律中進(jìn)入待學(xué)習(xí)狀態(tài)。介紹中國(guó)動(dòng)車(chē)發(fā)展從“中國(guó)制造”到“中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)”的歷程，讓學(xué)生了解國(guó)家最新的科技成果，培養(yǎng)學(xué)生的民族自豪感，體現(xiàn)用物理育人的教育理念，落實(shí)“立德樹(shù)人”根本任務(wù)。緊扣主題，以復(fù)興號(hào)CR400AF型電力動(dòng)車(chē)組的動(dòng)力配置為切入點(diǎn)，提出問(wèn)題。讓學(xué)生在眼、腦、耳多器官參與下，思想上獲得更大刺激，德行上獲得更大洗禮。

環(huán)節(jié)2：搭設(shè)臺(tái)階，構(gòu)建連接體模型

過(guò)渡語(yǔ)：直接研究復(fù)興號(hào)動(dòng)車(chē)組的動(dòng)力配置，難度較大，作為比較，先研究一下老式火車(chē)。PPT展示老式火車(chē)圖片，介紹老式火車(chē)只有車(chē)頭提供動(dòng)力，后面的車(chē)廂都是拖車(chē)。

【例題1】一列車(chē)由8節(jié)質(zhì)量相等車(chē)廂組成，后7節(jié)拖車(chē)車(chē)廂沒(méi)有動(dòng)力，車(chē)頭是動(dòng)力車(chē)廂，。列車(chē)在車(chē)頭牽引下沿平直軌道行駛時(shí)，設(shè)第1節(jié)車(chē)廂對(duì)第2節(jié)車(chē)廂的作用力為F12，第2節(jié)車(chē)廂對(duì)第3節(jié)車(chē)廂的作用力為F23，第3節(jié)車(chē)廂對(duì)第4節(jié)車(chē)廂的作用力為F34……以此類(lèi)推。若每節(jié)車(chē)廂所受阻力均相等，求：

（1）當(dāng)列車(chē)勻速行駛時(shí)， F12∶F23∶F34∶F45∶F56∶F67∶F78;

（2）當(dāng)列車(chē)勻加速行駛時(shí)， F12∶F23∶F34∶F45∶F56∶F67∶F78。

教師引導(dǎo)學(xué)生借鑒圖1畫(huà)出老式火車(chē)的模型圖如圖2所示，教師介紹像這樣模型叫連接體模型。

提問(wèn)：要求第1節(jié)車(chē)廂對(duì)第2節(jié)車(chē)廂的作用力F12，可選擇哪節(jié)車(chē)廂作為研究對(duì)象，應(yīng)選擇哪節(jié)車(chē)廂為研究對(duì)象，選擇的依據(jù)是什么？強(qiáng)調(diào)“可選”與“應(yīng)選”的差別。“可選”的依據(jù)是能體現(xiàn)要求的那個(gè)力，“應(yīng)選”的依據(jù)是這樣選，能方便快速解決問(wèn)題。

學(xué)生嘗試解題后，教師進(jìn)一步引導(dǎo)得出：要求F12，可選的研究對(duì)象有拖車(chē)2、拖車(chē)23、拖車(chē)234、拖車(chē)2345、拖車(chē)23456、拖車(chē)234567、拖車(chē)2345678，也可以以車(chē)頭為研究對(duì)象先求出第2節(jié)車(chē)廂對(duì)第1節(jié)車(chē)廂的力F21，再根據(jù)牛頓第三定律求出F12。

教師：找到這么多可選的研究對(duì)象，選哪個(gè)呢？選對(duì)象的過(guò)程其實(shí)是一個(gè)探究的過(guò)程，請(qǐng)同學(xué)們嘗試畫(huà)出每個(gè)可選對(duì)象受力分析圖，結(jié)合題目的條件，思考討論選哪個(gè)研究對(duì)象，可以求出F12。

學(xué)生：畫(huà)圖。討論后發(fā)現(xiàn)，不管選哪個(gè)，條件都不足，無(wú)法求出F12。

教師：題目有要求求出F12嗎？

學(xué)生：沒(méi)有。要求的是比值。

教師：那應(yīng)該怎么辦？

學(xué)生：可以先研究F23、F34、F45、F56、F67、F78。

教師：請(qǐng)同學(xué)們繼續(xù)討論，為了體現(xiàn)這些力，可供選擇的研究對(duì)象有哪些？綜合考慮題目的要求，應(yīng)該如何選取研究對(duì)象？

學(xué)生討論：應(yīng)分別選擇后7節(jié)拖車(chē)、后6節(jié)拖車(chē)、后5節(jié)拖車(chē)……為研究對(duì)象，決策的依據(jù)是可以體現(xiàn)要求的力，同時(shí)受力簡(jiǎn)單。

教師：當(dāng)拖車(chē)勻速行駛時(shí)，如何列方程？當(dāng)拖車(chē)加速行駛時(shí)，如何列方程求解？請(qǐng)同學(xué)嘗試獨(dú)立完成。

容易解得，不管火車(chē)是勻速還是加速，F(xiàn)12∶F23∶F34∶F45∶F56∶F67∶F78=7∶6∶5∶4∶3∶2∶1。

教師：小結(jié)解決問(wèn)題的流程為：選對(duì)象→受力分析→運(yùn)動(dòng)分析→列方程。

【設(shè)計(jì)意圖】直接研究原始問(wèn)題，往往問(wèn)題復(fù)雜，所以要針對(duì)教學(xué)目標(biāo)結(jié)合學(xué)情，編寫(xiě)習(xí)題，聚焦要解決的問(wèn)題，提高課堂效率。本環(huán)節(jié)中，教師主要引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建連接體模型，經(jīng)歷選擇合適研究對(duì)象、受力分析、運(yùn)動(dòng)分析、看圖列方程求解等解題流程。關(guān)于選擇研究對(duì)象的策略，教師往往強(qiáng)調(diào)所謂的“整體法”和“隔離法”，甚至有教師要求學(xué)生先“整體”后“隔離”，這樣的做法是僵化的，不利于培養(yǎng)學(xué)生的決策思維。教學(xué)中應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生按照“可選”與“應(yīng)選”的思維模式進(jìn)行決策，讓學(xué)生體會(huì)結(jié)合題目的條件、進(jìn)行分析綜合判斷才是決策的依據(jù)。

環(huán)節(jié)3：遷移應(yīng)用，應(yīng)用模型解決問(wèn)題

【例題2】“復(fù)興號(hào)”動(dòng)車(chē)組總共8節(jié)車(chē)廂，每節(jié)車(chē)廂質(zhì)量為18 t，其中第1、3、6、8節(jié)車(chē)廂沒(méi)有動(dòng)力，而第2、4、5、7節(jié)車(chē)廂是動(dòng)力車(chē)廂。假設(shè)“復(fù)興號(hào)”在平直軌道上從靜止開(kāi)始加速到速度360 km/h，這個(gè)過(guò)程視為勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，每節(jié)動(dòng)力車(chē)廂的牽引電機(jī)提供4.75×104 N的牽引力，每節(jié)車(chē)廂均受到1.25×103 N的阻力[ 4 ]。

（1）求這個(gè)勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程“復(fù)興號(hào)”的運(yùn)動(dòng)時(shí)間;

（2）求第5節(jié)車(chē)廂與第4節(jié)車(chē)廂之間的相互作用力的大小。

教師：請(qǐng)同學(xué)們按照“選對(duì)象→受力分析→運(yùn)動(dòng)分析→列方程”的流程進(jìn)行求解。

問(wèn)題（1）中，學(xué)生容易以整列車(chē)廂為研究對(duì)象，畫(huà)出受力分析圖，牛頓第二定律可得：4F-8f=8 ma，再結(jié)合速度時(shí)間關(guān)系可得：v=at，解得：t=80 s;

問(wèn)題（2）中，教師根據(jù)學(xué)生的解答，重點(diǎn)引導(dǎo)研究對(duì)象的選擇，可以選前4節(jié)車(chē)廂為研究對(duì)象，也可以選后4節(jié)車(chē)廂為研究對(duì)象。

學(xué)生：以前4節(jié)車(chē)廂為研究對(duì)象，假設(shè)第4、5兩節(jié)車(chē)廂的作用力為T(mén)，根據(jù)牛頓第二定律可得：2F-4f-T=4 ma，聯(lián)立解得：T=0。

教師拓展提問(wèn)：設(shè)第1節(jié)車(chē)廂對(duì)第2節(jié)車(chē)廂的作用力為F12，第2節(jié)車(chē)廂對(duì)第3節(jié)車(chē)廂的作用力為F23，第3節(jié)車(chē)廂對(duì)第4節(jié)車(chē)廂的作用力為F34……以此類(lèi)推。F12、F23、F34、F45、F56、F67、F78中有哪幾個(gè)力等于0？請(qǐng)同學(xué)先觀察圖1，根據(jù)圖1的特點(diǎn)，猜猜看，哪幾個(gè)力等于0，然后通過(guò)計(jì)算證明。

【設(shè)計(jì)意圖】為提高課堂效率，緊扣“復(fù)興號(hào)”主題，借鑒文獻(xiàn)編寫(xiě)例題2，先讓學(xué)生自主完成，然后根據(jù)學(xué)生解答情況，請(qǐng)學(xué)生上臺(tái)講解。拓展提問(wèn)中，要引導(dǎo)學(xué)生觀察圖1，根據(jù)對(duì)稱(chēng)性憑直覺(jué)進(jìn)行猜想，這樣的引導(dǎo)有利于培養(yǎng)學(xué)生的對(duì)稱(chēng)思維和直覺(jué)思維，最后讓學(xué)生通過(guò)計(jì)算證明是為了培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)意識(shí)。

環(huán)節(jié)4：質(zhì)疑創(chuàng)新，動(dòng)車(chē)組動(dòng)力組合只能這樣嗎？

復(fù)興號(hào)的4動(dòng)4拖動(dòng)力配置形式中，第2、4、5、7節(jié)車(chē)廂為動(dòng)力車(chē)廂，每節(jié)動(dòng)力車(chē)廂攜帶4臺(tái)牽引電機(jī)，第1、3、6、8節(jié)車(chē)廂為拖車(chē)廂，沒(méi)有動(dòng)力，動(dòng)力組合只能這樣組合嗎？有沒(méi)有其他組合方式？和諧號(hào)CRH3C的組合方式如圖3所示，為何不用圖3這種組合方式呢？請(qǐng)同學(xué)們帶著這個(gè)問(wèn)題去查閱資料或者咨詢(xún)相關(guān)的專(zhuān)家。

【設(shè)計(jì)意圖】設(shè)置此環(huán)節(jié)是為了培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新能力，同時(shí)激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步探究的欲望。

3 ?教學(xué)中彰顯物理育人功能的思考

（1）實(shí)際教學(xué)中，學(xué)生聽(tīng)完復(fù)興號(hào)“中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)”的介紹，就有點(diǎn)熱血沸騰了

通過(guò)計(jì)算得出動(dòng)車(chē)組4動(dòng)4拖組合的原因后，學(xué)生再次被設(shè)計(jì)者的智慧折服，熱情再次被點(diǎn)燃。實(shí)踐證明，將國(guó)家的科技創(chuàng)新項(xiàng)目融入課堂，不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還可以激發(fā)學(xué)生的愛(ài)國(guó)熱情和民族自豪感。

（2）華東師范大學(xué)龐維國(guó)教授指出：“課堂出彩的地方，要么是引導(dǎo)學(xué)生從事生成活動(dòng)，要么是引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行討論，進(jìn)行思維碰撞。”

本節(jié)設(shè)計(jì)的亮點(diǎn)是學(xué)生選擇研究對(duì)象的決策的討論，學(xué)生討論中，在“可選擇”和“應(yīng)選擇”的思維引導(dǎo)下，自主生成研究對(duì)象選擇的策略，實(shí)際授課中，學(xué)生還給出了多種解決方法。這樣的設(shè)計(jì)，既培養(yǎng)學(xué)生按照流程解決問(wèn)題的科學(xué)思維習(xí)慣，還有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性的潛能。

（3）要重視原始問(wèn)題的運(yùn)用，注重從中培養(yǎng)中學(xué)生的物理能力

首都師范大學(xué)邢紅軍教授指出：要“把習(xí)題教學(xué)與原始問(wèn)題教學(xué)相結(jié)合， 使教師的教學(xué)和學(xué)生的學(xué)習(xí)與現(xiàn)象緊密結(jié)合起來(lái)[ 5 ]?！币虼耍Y(jié)合時(shí)代背景，選取適當(dāng)?shù)脑紗?wèn)題資源，改編為情境化的習(xí)題，融入到習(xí)題教學(xué)中，改變習(xí)題教學(xué)模式，是落實(shí)培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)、發(fā)揮物理教學(xué)育人功能的重要途徑。

參考文獻(xiàn)：

[1] 中華人民共和國(guó)教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2] 程力，李勇.基于高考評(píng)價(jià)體系的物理科考試內(nèi)容改革實(shí)施路徑[J].中國(guó)考試，2019（12）：38-44.

[3] 崔蘭蘭.如何建立“先整體后隔離”的思維[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2017，46（14）：95-97.

[4] 田序海.以“復(fù)興號(hào)”為物理情景設(shè)計(jì)習(xí)題課，提升學(xué)生核心素養(yǎng)的嘗試——以《牛頓第二定律的應(yīng)用》為例[J].物理教學(xué)探討，2018，36（3）：1-3.

[5] 邢紅軍.原始問(wèn)題教學(xué)：物理教育改革的新視域[J].課程.教材.教法，2007（5）：51-57.