素養(yǎng)發(fā)展學(xué)習(xí)理念下物理創(chuàng)新實(shí)踐性作業(yè)的實(shí)施策略
——以“探究摩擦力”單元復(fù)習(xí)為例

劉信生

安徽省廬江縣龍橋鎮(zhèn)初級(jí)中學(xué)( 231551)

2021年7月24日,中共中央辦公廳、國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)了《關(guān)于進(jìn)一步減輕義務(wù)教育階段學(xué)生作業(yè)負(fù)擔(dān)和校外培訓(xùn)負(fù)擔(dān)的意見》(以下簡(jiǎn)稱“雙減”政策)。文件要求“全面壓減作業(yè)總量和時(shí)長(zhǎng),減輕學(xué)生過重作業(yè)負(fù)擔(dān)”“提升課后服務(wù)水平,滿足學(xué)生多樣化需求”。這是一場(chǎng)以減輕義務(wù)教育階段學(xué)生書面作業(yè)與校外培訓(xùn)負(fù)擔(dān)的變革。文件給一線教師傳遞出一個(gè)明確的信號(hào):減少低效率、重復(fù)式、機(jī)械式、只能培養(yǎng)模仿能力的紙筆式作業(yè),鼓勵(lì)教師布置分層、彈性和個(gè)性化作業(yè)。如何實(shí)現(xiàn)“減量不減質(zhì)”,筆者認(rèn)為在操作性作業(yè)訓(xùn)練中培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)和關(guān)鍵能力是當(dāng)下教育面臨的現(xiàn)實(shí)問題,由傳統(tǒng)知識(shí)積累為主的作業(yè)向素養(yǎng)發(fā)展的實(shí)踐操作模式作業(yè)的轉(zhuǎn)變是實(shí)現(xiàn)物理教育教學(xué)“減量增效”的重要途徑。

1 新要求:由追求分?jǐn)?shù)至上轉(zhuǎn)向發(fā)展核心素養(yǎng)

國(guó)家通過義務(wù)教育階段的學(xué)生作業(yè)布置為突破口推行史上最嚴(yán)厲的“雙減”政策,其背后折射出的是對(duì)教育觀念的重大變革和對(duì)教育規(guī)律的重新審視,扭轉(zhuǎn)那些推崇在“時(shí)間+汗水”中以“提分?jǐn)?shù)”為主要學(xué)習(xí)目的的理念,破除急功近利的思想,拋棄片面追求分?jǐn)?shù)至上,嚴(yán)重違背教育規(guī)律的教學(xué)亂象?！皽p負(fù)”就是以學(xué)生的德智體美勞的全面發(fā)展規(guī)律為總基調(diào),以身心和諧發(fā)展規(guī)律為根本出發(fā)點(diǎn),培養(yǎng)適應(yīng)現(xiàn)代化社會(huì)發(fā)展需求的,既有淵博的知識(shí),又具有縝密思維、充滿智慧,能應(yīng)對(duì)未來社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)和挑戰(zhàn)的高素養(yǎng)型新時(shí)代人才。

素養(yǎng)是指“人面對(duì)復(fù)雜問題情境時(shí)做出明智而富有創(chuàng)造性的判斷、決策和行動(dòng)的能力”[1]。以培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)為教學(xué)目標(biāo),實(shí)現(xiàn)在功利價(jià)值向發(fā)展價(jià)值的升級(jí)換代中構(gòu)建素養(yǎng)發(fā)展學(xué)習(xí)模式,其特點(diǎn)就是由傳統(tǒng)教學(xué)中基于知識(shí)積累、以學(xué)生獲得結(jié)論為根本目的學(xué)習(xí)過程轉(zhuǎn)變?yōu)榛谒季S發(fā)展的、以問題解決為目的學(xué)習(xí)過程[2]。一線物理教師要改變教學(xué)觀念,從學(xué)科本位、知識(shí)本位中實(shí)現(xiàn)素養(yǎng)的發(fā)展學(xué)習(xí)、學(xué)科的融合遷移,將物理學(xué)科核心素養(yǎng)作為教學(xué)目標(biāo),在創(chuàng)新實(shí)踐性活動(dòng)作業(yè)的布置中滲透概括理解、實(shí)驗(yàn)探究、實(shí)踐應(yīng)用、求實(shí)創(chuàng)新等能力的培養(yǎng)。依據(jù)物理新課標(biāo)改革要求,體現(xiàn)由功利價(jià)值向認(rèn)知價(jià)值、發(fā)展價(jià)值的進(jìn)階,在學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)體系中實(shí)現(xiàn)物理教學(xué)的基礎(chǔ)性、實(shí)踐性。

2 新路徑:由重復(fù)刷題轉(zhuǎn)向真實(shí)情境創(chuàng)設(shè)

一直以來,紙筆測(cè)試是傳統(tǒng)教學(xué)形式下最直接、最有效的評(píng)價(jià)方式,其在考查學(xué)生知識(shí)層面的達(dá)成、學(xué)業(yè)水平的提升上起到積極作用。但是,隨著社會(huì)發(fā)展對(duì)人才培養(yǎng)的要求不斷提高,通過“刷題”訓(xùn)練,學(xué)生在大量重復(fù)性勞動(dòng)中得到的只是模仿能力,而不是創(chuàng)造能力[3]。在當(dāng)前“雙減”政策下,我們必須清醒地認(rèn)識(shí)到“雙減”是有利于學(xué)生“高質(zhì)量發(fā)展”的?！半p減”減的是超數(shù)量與超難度的書面作業(yè)給學(xué)生身心健康帶來的沉重負(fù)擔(dān),“減”的最終目的是“增”,達(dá)到“高質(zhì)量的發(fā)展”即學(xué)生的身心健康、優(yōu)質(zhì)的學(xué)業(yè)水平、創(chuàng)新創(chuàng)造能力、強(qiáng)烈的社會(huì)責(zé)任感等。因此,筆者以為新形勢(shì)下的作業(yè)布置應(yīng)該以教材和生活中相關(guān)物理現(xiàn)象為落腳點(diǎn),以創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)與科技創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)為突破口,充分利用身邊和生活中的物品,在知識(shí)問題化、問題情境化、情境生活化的理念中設(shè)計(jì)和研究實(shí)踐性課外作業(yè)案例,在教學(xué)實(shí)踐中探索不同功能作業(yè)對(duì)學(xué)生的核心素養(yǎng)與關(guān)鍵能力的培養(yǎng),提升學(xué)生的思維和學(xué)習(xí)活力,使學(xué)生熱愛生活、關(guān)注社會(huì),在立德樹人的成長(zhǎng)過程中達(dá)到可持續(xù)發(fā)展。

3 新實(shí)踐:在知識(shí)重演教學(xué)中由“知識(shí)為本”轉(zhuǎn)向“素養(yǎng)為本”

教學(xué)實(shí)踐證明，直接告訴學(xué)生知識(shí)看起來可以讓學(xué)生在較短的時(shí)間內(nèi)獲得更多的“學(xué)問”，然而這些“直接告知”的知識(shí)與技能，很難轉(zhuǎn)化為問題解決的能力與智慧。因?yàn)槲锢韺W(xué)科知識(shí)只是形成學(xué)科核心素養(yǎng)的載體，學(xué)科活動(dòng)(如科學(xué)探究實(shí)踐)才是形成學(xué)科素養(yǎng)的重要渠道。因此，轉(zhuǎn)變學(xué)生對(duì)知識(shí)的學(xué)習(xí)方式，基于物理創(chuàng)新實(shí)踐性作業(yè)展開深度學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)，使這些知識(shí)成為學(xué)生的探究對(duì)象，以發(fā)現(xiàn)問題為開始，以解決問題為結(jié)束，才能在重演知識(shí)發(fā)生過程中實(shí)現(xiàn)知識(shí)向素養(yǎng)發(fā)展轉(zhuǎn)變。本文以探究滑動(dòng)摩擦力為例展開討論。

3.1 從單一習(xí)題訓(xùn)練轉(zhuǎn)向應(yīng)對(duì)多維實(shí)際問題解決

探究滑動(dòng)摩擦力大小與哪些因素有關(guān)實(shí)驗(yàn)是課標(biāo)中重要實(shí)驗(yàn)之一,初中物理教材中通過學(xué)生分組實(shí)驗(yàn),采用控制變量法探究得出滑動(dòng)摩擦力大小與物體間壓力大小、接觸面間的粗糙程度有關(guān)的結(jié)論,能讓學(xué)生從知識(shí)記憶達(dá)到知識(shí)理解的層面。傳統(tǒng)的學(xué)生作業(yè)之所以繁重的主要原因是將內(nèi)容雷同的、思維深度相似的習(xí)題進(jìn)行重復(fù)式訓(xùn)練。筆者一改以往的風(fēng)格,實(shí)現(xiàn)單向習(xí)題訓(xùn)練向多維問題解決為目標(biāo)的教學(xué),取得很好的效果。以滬粵版教材為例:同一水平桌面上放有質(zhì)量相等的長(zhǎng)方體木塊和鐵塊各一塊(側(cè)面帶有細(xì)鉤),還有量程足夠的彈簧測(cè)力計(jì)一只,請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),探究桌面對(duì)木塊和鐵塊的摩擦力是否一樣大?學(xué)生在研讀分析題目中的已知條件發(fā)現(xiàn):質(zhì)量相等的木塊和鐵塊物重也相等,放在水平桌面上對(duì)支持面的壓力也是一樣大,用彈簧測(cè)力計(jì)掛在側(cè)面細(xì)鉤上分別勻速拉動(dòng)木塊、鐵塊,只要比較它們各自的拉力大小就可以比較桌面對(duì)木塊和鐵塊的摩擦力大小。教師不能只滿足于結(jié)論與技巧,還要提升學(xué)生思維與智慧,要善于收集學(xué)生們近乎“稀奇古怪”的想法:在教師引導(dǎo)下對(duì)原題進(jìn)行多維方向的變題,可以提高學(xué)生對(duì)實(shí)際問題的解決能力。

變題1:通過上題的實(shí)驗(yàn)探究,你能簡(jiǎn)單地判斷木塊與鐵塊哪一個(gè)表面更粗糙嗎?說說你判斷的依據(jù)。

根據(jù)滑動(dòng)摩擦力大小與物體間壓力和表面粗糙程度有關(guān)的結(jié)論。當(dāng)物體間壓力一定時(shí),物體表面越粗糙,滑動(dòng)摩擦力越大,根據(jù)思維的可逆性,可以推理得出當(dāng)物體間壓力一定時(shí),滑動(dòng)摩擦力大的物體表面應(yīng)該越粗糙。因此,若原題中木塊的摩擦力比鐵塊的摩擦力大,則木塊表面的粗糙程度大,反之亦然。

變題2:在原題中,若體積相等、形狀相同的長(zhǎng)方體木塊和鐵塊各一塊(側(cè)面帶有細(xì)鉤),如何簡(jiǎn)單地判斷木塊與鐵塊哪一個(gè)表面更粗糙?

若想比較物體表面的粗糙程度可采用控制變量法,那必須要使木塊與鐵塊對(duì)桌面的壓力大小相等。在體積一定時(shí),由于鐵塊比木塊的密度大,鐵塊的質(zhì)量與物重也大,它們對(duì)桌面的壓力是不相等的,有些學(xué)生想到了在木塊上面增加鉤碼、硬幣等使木塊與鐵塊的物重相等即對(duì)桌面的壓力相同,但在實(shí)驗(yàn)操作時(shí)發(fā)現(xiàn)很難達(dá)到目的。此時(shí),有學(xué)生提出新的想法:首先將木塊疊放在鐵塊上面,用彈簧測(cè)力計(jì)勻速拉動(dòng)鐵塊,讀出拉力大小;再將鐵塊疊放在木塊上面,再用彈簧測(cè)力計(jì)勻速拉動(dòng)木塊,讀出拉力大小;再比較兩次拉力即摩擦力大小,得出摩擦力大的物塊(放置在下面的)表面粗糙程度大。

變題3:在原題中,質(zhì)量相等的長(zhǎng)方體木塊或鐵塊各一塊(側(cè)面帶有細(xì)鉤),同一物塊各表面粗糙程度相同,如何探究滑動(dòng)摩擦力大小與物體間接觸面積是否有關(guān)?

思維能力的提高是解決實(shí)際問題的重要保障。在已經(jīng)得出滑動(dòng)摩擦力大小與物體間壓力、物體表面粗糙程度有關(guān)的基礎(chǔ)上,若想進(jìn)一步探究滑動(dòng)摩擦力還與其他因素有關(guān),必須要控制前面兩個(gè)因素相同。學(xué)生靈活運(yùn)用控制變量法,用彈簧測(cè)力計(jì)勻速拉動(dòng)平放的長(zhǎng)方體木塊,讀出示數(shù);再用彈簧測(cè)力計(jì)勻速拉動(dòng)側(cè)放的長(zhǎng)方體木塊,讀出示數(shù);比較兩次示數(shù)的大小,得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

變題4:如果有兩塊相同的正方體木塊(前后側(cè)面帶鉤),如何探究滑動(dòng)摩擦力大小與物體間接觸面積是否有關(guān)?

此時(shí),學(xué)生的思維能力已得到很大的提高,其中不少學(xué)生稍加思索就開始搶答:可以將兩塊木塊豎直疊加在一起,用彈簧測(cè)力計(jì)勻速拉動(dòng)下面的木塊,讀出示數(shù);再將兩塊木塊一前一后鉤在一起(將兩個(gè)木塊看成一個(gè)整體),用彈簧測(cè)力計(jì)勻速拉動(dòng)前面的木塊,讀出示數(shù);比較兩次示數(shù)的大小,得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

結(jié)論固定、導(dǎo)向嚴(yán)格、答案唯一、思維定向的傳統(tǒng)作業(yè)布置,能夠很好地提高學(xué)生的模仿能力,但是對(duì)學(xué)生素養(yǎng)發(fā)展的價(jià)值太低,已經(jīng)不適應(yīng)當(dāng)下“雙減”政策的要求。必須做到對(duì)學(xué)生作業(yè)的布置依據(jù)教材而不唯教材,以教材中原題為出發(fā)點(diǎn),展開對(duì)原題條件的開放式拓展,在問題解決中設(shè)定不同的要求,再以問題牽引思維的形成,形成由單一維度習(xí)題向多維度實(shí)際問題的解決中提高思維的含金量,以實(shí)驗(yàn)推動(dòng)活動(dòng)的開展,隨著問題的逐漸深入,讓不同知識(shí)基礎(chǔ)、不同思維層次的學(xué)生都能得到發(fā)展和提升。

3.2 從具體性知識(shí)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)向核心觀念建構(gòu)

傳統(tǒng)物理作業(yè)的布置都是圍繞教材中的知識(shí)點(diǎn),一對(duì)一地進(jìn)行映射式練習(xí)鞏固,思維是零散不成體系的。如何實(shí)現(xiàn)從知識(shí)的碎片化到整體化的轉(zhuǎn)變、從關(guān)注學(xué)科教學(xué)和筆試成績(jī)向關(guān)注育人方式和素養(yǎng)發(fā)展的轉(zhuǎn)變、從關(guān)注知識(shí)的傳授向促進(jìn)知識(shí)的建構(gòu)轉(zhuǎn)變[4],值得廣大教師重點(diǎn)關(guān)注。

題目:某同學(xué)腳踏自行車沿著斜坡向上行駛,自行車前輪受到的摩擦力的方向是________,其后輪受到摩擦力方向是________。

由于初中生的思維能力有限，摩擦力方向的判定是初中物理教學(xué)的難點(diǎn)，通常學(xué)生的答案都是：向后。教師可以在課堂上播放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)視頻，將正在后輪驅(qū)動(dòng)的玩具小車放在特制的長(zhǎng)毛刷“馬路”上行駛，學(xué)生通過觀察車輪下的毛刷的形變方向能直觀地觀察小車前、后的摩擦力方向，由于車輪對(duì)毛刷有力的作用而使毛刷發(fā)生形變，根據(jù)力的相互性作用原理，車輪也受到毛刷的作用力，這就是小車受到的摩擦力(見圖1)，其方向與毛刷的形變方向相反。但是如何讓學(xué)生在實(shí)際生活中去感知車輪受到摩擦力的方向呢？有學(xué)生想起汽車陷入泥土中打滑的場(chǎng)景，將自行車推到操場(chǎng)上的沙池里，立起腳撐，一人用手輕提車讓自行車后輪剛好接觸沙面，另一人使勁用力搖轉(zhuǎn)自行車踏腳板使后輪呈向前行駛的狀態(tài)，學(xué)生觀察發(fā)現(xiàn)此時(shí)后輪下面的沙子向車后方向噴射。因此也可以得出后輪受到的摩擦力是車子行駛的方向(見圖2)。此時(shí)，有些學(xué)生在教室里也展開探究，先在塑料盆中裝滿水，再將通電的四驅(qū)玩具車輕觸臉盆中的水面，觀察輪下水珠的噴射方向，得出四個(gè)輪子受到摩擦力的方向(見圖3)。此時(shí)，有位學(xué)生根據(jù)人在行走過程中兩腳受到地面向前的靜摩擦力的特點(diǎn)做了一個(gè)二人游戲：教室里，甲同學(xué)雙手抱住乙同學(xué)的腰部，讓乙同學(xué)雙腳向前呈坐姿狀不動(dòng)，此時(shí)甲同學(xué)將乙同學(xué)向前慢慢推行，模仿自行車在行進(jìn)中兩輪受力情況，全班同學(xué)在歡笑聲中明白了甲同學(xué)受向前的摩擦力，而乙同學(xué)受向后的摩擦力(見圖4)。這些創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜃寣W(xué)生頓悟自然現(xiàn)象中的物理原理。

圖1 用長(zhǎng)毛刷顯示小車前后輪摩擦力方向

圖2 觀察自行車騎行時(shí)后輪的摩擦力方向

圖3 行駛的四驅(qū)小車后輪的摩擦力方向

圖4 學(xué)生在游戲中感受摩擦力方向

美國(guó)教育家杜威認(rèn)為,科學(xué)不是由教師直接傳授給學(xué)生的那些大量刻板、枯燥的事實(shí)和定律,而是在探究背景下有智力參與的、有意義的、有針對(duì)性的活動(dòng)。我們必須深入知識(shí)生成的過程,以實(shí)驗(yàn)為載體,以問題為導(dǎo)向,實(shí)現(xiàn)習(xí)題化到真實(shí)情境設(shè)置的轉(zhuǎn)變,以結(jié)論為本向思維外顯的轉(zhuǎn)變。在創(chuàng)新實(shí)踐性探究活動(dòng)中重演知識(shí)的發(fā)生過程、獲得感悟和高階思維才是有價(jià)值的學(xué)習(xí)。通過一系列的摩擦力方向的實(shí)驗(yàn)活動(dòng),在力、壓力與摩擦力的概念學(xué)習(xí)中,學(xué)生提升了思維深度,形成力的相互作用原理這一物理觀念。

3.3 從知識(shí)結(jié)論轉(zhuǎn)向彰顯知識(shí)的價(jià)值與應(yīng)用

德國(guó)物理學(xué)家勞厄說過:“重要的不是獲取知識(shí),而是發(fā)展思維能力,教育無非是一切已學(xué)過的東西都遺忘掉的時(shí)候所剩下的東西?！闭f明主體在學(xué)習(xí)過程中所謂的“知識(shí)”是會(huì)遺忘的,但是思維方式和后天習(xí)得的價(jià)值取向就是“遺忘后剩下來”的優(yōu)良品質(zhì)。由于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與人類社會(huì)的進(jìn)步,育人方式的轉(zhuǎn)變和社會(huì)對(duì)人才培養(yǎng)需要的不斷變化,我們的課程目標(biāo)從過去的“雙基”培養(yǎng)到三維目標(biāo)達(dá)成直至核心素養(yǎng)提升,實(shí)現(xiàn)了“以知識(shí)為本”到“以生為本”教育目標(biāo)的轉(zhuǎn)變。教師帶領(lǐng)學(xué)生分析總結(jié)如何增大有益摩擦與減小有害摩擦的方法以及兩者在實(shí)際生活中的應(yīng)用,其實(shí)就是體現(xiàn)“從生活走向物理,從物理走向社會(huì)”的教學(xué)理念。例如在第24屆北京冬奧會(huì)上,我國(guó)小將谷愛凌獲得兩金一銀的驕人成績(jī),針對(duì)谷愛凌在滑雪大跳臺(tái)上一飛沖天的動(dòng)作,教師帶領(lǐng)學(xué)生設(shè)置有效問題,分析如何讓運(yùn)動(dòng)員盡最大可能減小滑行時(shí)的有害摩擦;沖過終點(diǎn)時(shí)運(yùn)動(dòng)員又是如何做到在較短的時(shí)間里停下來的。學(xué)生通過小組交流與上網(wǎng)查閱資料,得出:①用密度較小的玻璃纖維復(fù)合材料和高分子材料滑雪板可以有效減小對(duì)雪面的壓力;②給滑雪板底面打蠟使其表面光滑;③運(yùn)動(dòng)員在飛行過程中盡可能讓整個(gè)身體前傾與滑雪板幾乎平行,這些可以減小有害摩擦來提高成績(jī),沖線后運(yùn)動(dòng)員立即調(diào)整滑雪板的前刃與后刃,熟練掌握立刃刮雪滑行以增大摩擦阻力來實(shí)現(xiàn)快速停止。這些物理知識(shí)的應(yīng)用都是取勝的法寶。

4 結(jié)語(yǔ)

減負(fù)是治標(biāo),目的是提質(zhì)。創(chuàng)新實(shí)踐性作業(yè)之所以能夠成為學(xué)生素養(yǎng)發(fā)展的重要途徑,是因?yàn)橥ㄟ^各種情境的創(chuàng)設(shè)搭建學(xué)生思維支架,逐層揭示事物的本質(zhì)和深刻內(nèi)涵,能夠真正觸及學(xué)生心靈,深入思維內(nèi)核,挑戰(zhàn)自己的潛能[5]。最終能夠?qū)崿F(xiàn)作業(yè)設(shè)計(jì)從知識(shí)本位向?qū)W生本位的轉(zhuǎn)變,由相對(duì)封閉式的紙筆答題型作業(yè)向開放自主式手腦并用的實(shí)操型作業(yè)轉(zhuǎn)變;由個(gè)體隱形狀態(tài)下單向提交作業(yè)向公開交流合作展示作業(yè)成果的轉(zhuǎn)變;由承載知識(shí)鞏固為目的向以關(guān)鍵能力的提升為目的轉(zhuǎn)變;由學(xué)習(xí)達(dá)成和診斷學(xué)情向?qū)嵤┻^程性綜合評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)變。