指向科學(xué)思維的高中物理“開(kāi)學(xué)第一課”活動(dòng)設(shè)計(jì)

何正楊

(浙江省溫州市第五十一中學(xué), 浙江 溫州 325014)

開(kāi)學(xué)第一課即序言教學(xué)的重要性不言而喻,利用“首因效應(yīng)”可建立良好的第一印象,為后續(xù)教學(xué)定下基調(diào)。人教社2019年版高中物理教材以《物理學(xué):研究物質(zhì)及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律的學(xué)科》作為序言開(kāi)篇,其內(nèi)容包括:物理學(xué)研究的特點(diǎn)、物理學(xué)背后的科學(xué)精神、物理學(xué)的應(yīng)用、物理學(xué)的未來(lái)等。本文以高中物理課程目標(biāo)為指引,通過(guò)對(duì)教材序言內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)分析,確定以質(zhì)疑—尋證為主線,以科學(xué)思維為指向,開(kāi)展序言課教學(xué)實(shí)踐。

1 設(shè)計(jì)思路

開(kāi)學(xué)第一課需要解決的問(wèn)題很多。在有趣、有用的前提下,為尋求與課標(biāo)、教材、后續(xù)教學(xué)的“三結(jié)合”,筆者將上述目標(biāo)統(tǒng)籌整合,把其中不重要、不緊急的部分移至后續(xù)教學(xué)中落實(shí),確定以科學(xué)思維為本課教學(xué)重點(diǎn),通過(guò)創(chuàng)設(shè)與學(xué)生前概念、生活經(jīng)驗(yàn)、思維定勢(shì)相沖突的物理情境,初步要求學(xué)生“基于事實(shí)證據(jù)和科學(xué)推理對(duì)不同觀點(diǎn)和結(jié)論提出質(zhì)疑和批判,進(jìn)行檢驗(yàn)和修正,進(jìn)而提出創(chuàng)造性見(jiàn)解?！盵1]

1.1 教學(xué)“明線”——物理學(xué)與物理情境

由口罩熱氣球到里拉斜塔、神奇的擺、趣味電磁實(shí)驗(yàn),點(diǎn)出高中物理必修教材涉及的范圍,激發(fā)學(xué)生的興趣。

1.2 教學(xué)“暗線”——沖突、質(zhì)疑、尋證

每一個(gè)實(shí)驗(yàn)情境對(duì)應(yīng)一個(gè)認(rèn)知沖突,在沖突中引發(fā)學(xué)生的“質(zhì)疑”,運(yùn)用實(shí)驗(yàn)與數(shù)學(xué)工具進(jìn)行“尋證”,讓學(xué)生初步體驗(yàn)?zāi)Ｐ徒?gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新,發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維能力,并致力于把這種“大膽質(zhì)疑”“小心求證”的觀念和態(tài)度轉(zhuǎn)化為學(xué)生后期學(xué)習(xí)過(guò)程中的行為準(zhǔn)則,彰顯物理學(xué)科的育人價(jià)值。

2 指向科學(xué)思維的序言教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

2.1 “口罩熱氣球”的真?zhèn)?/h3>

情境創(chuàng)設(shè)：學(xué)生在初中已經(jīng)學(xué)過(guò)熱脹冷縮,空氣受熱膨脹后密度會(huì)減小,進(jìn)而上升,疫情防控期間有人據(jù)此制作了口罩熱氣球,播放“點(diǎn)燃蠟燭后口罩上升”視頻(圖1)。大部分學(xué)生露出驚奇的表情,表示回家也想試試。但也有學(xué)生提出:這個(gè)實(shí)驗(yàn)可能不真實(shí)。

圖1

師:剛才有同學(xué)對(duì)視頻中的現(xiàn)象提出了質(zhì)疑,這點(diǎn)非常好。網(wǎng)絡(luò)上也有人提出了質(zhì)疑(圖2),但是同時(shí)有更多的人上傳視頻,表明自己仿制成功了(圖3)。

圖2

圖3

師:能否通過(guò)你的觀察和思考判斷這個(gè)實(shí)驗(yàn)的真?zhèn)?

師:能否通過(guò)你的觀察和思考判斷這個(gè)實(shí)驗(yàn)的真?zhèn)?

學(xué)生通過(guò)觀察討論,發(fā)現(xiàn)了一些蛛絲馬跡:圖2中口罩形狀不像熱氣球那樣飽滿,好像有線吊著;圖3成功的視頻中口罩頂部都不在畫面中,可能有人拿著……有學(xué)生提出蠟燭的火苗微弱,不足以讓口罩上升。

小結(jié)：觀察和思考是高中物理學(xué)習(xí)中十分重要的方法。歷史上許多物理學(xué)家如“神探”般尋找線索,抽絲剝繭,探索自然奧秘,揭露事物現(xiàn)象的本質(zhì)。他們都有著共同的特征,就是善于觀察和思考。當(dāng)然,偵探們還有另外有效的“偵察”方法——實(shí)驗(yàn)。

2.2 “里拉斜塔”的探究

情境創(chuàng)設(shè)：播放疊木塊視頻(圖4),視頻中稱可以讓最上面一塊木塊完全超出桌面邊緣。

圖4

生:整個(gè)木塊不可能完全超出桌面邊緣。

教師展示里拉斜塔圖片(圖5)。

圖5

師:這圖片是真的嗎?

生:可能是真的。

師:利用科學(xué)實(shí)驗(yàn)來(lái)尋找證據(jù),為我們的設(shè)想提供支持,這是物理學(xué)研究的重要特點(diǎn)。

前、后桌四位同學(xué)組成一個(gè)小組,為每個(gè)小組提供木塊若干(可用探究摩擦力實(shí)驗(yàn)中的小木塊代替),嘗試用實(shí)驗(yàn)來(lái)探索能否實(shí)現(xiàn)將最上方木塊完全伸出桌面邊緣。學(xué)生動(dòng)手操作,經(jīng)過(guò)細(xì)致實(shí)驗(yàn)都能實(shí)現(xiàn)圖6效果。

圖6

小結(jié)：能勇敢去質(zhì)疑所見(jiàn)的真?zhèn)?并能通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行求證,這種精神和思維對(duì)今后的物理學(xué)習(xí)十分重要。接下來(lái)的物理必修一學(xué)生會(huì)學(xué)習(xí)運(yùn)動(dòng)和力的相關(guān)知識(shí),到時(shí)候就可以用重心的概念來(lái)解釋這個(gè)奇妙現(xiàn)象。

2.3 神奇的牛頓擺

情境創(chuàng)設(shè)：展示牛頓擺(圖7),抬起最右邊一個(gè)小球碰撞其他小球。先讓學(xué)生猜測(cè)現(xiàn)象,再進(jìn)行演示。

師:為什么會(huì)呈現(xiàn)出這樣的對(duì)稱美呢?我們先來(lái)研究一個(gè)擺。

演示“大膽的游戲”——擺球砸臉。利用教室投影儀支架,懸掛一個(gè)大擺球。擺球拉至貼到教師臉后釋放(圖8)。教師站定,在學(xué)生一片驚呼聲中安然無(wú)恙。

圖8

師:這里面蘊(yùn)含著怎樣的規(guī)律?

生:球剛好回到原來(lái)高度。

師:小球似乎“記得”原來(lái)的高度,這里面隱藏著一個(gè)守恒量——能量。

生:能量守恒!

教師繼續(xù)演示牛頓碰撞擺,同時(shí)拉起邊上的兩個(gè)球釋放。讓學(xué)生先分析、猜測(cè),再演示現(xiàn)象。

生:會(huì)有兩個(gè)球彈起。

師:若同時(shí)拉起三個(gè)球碰撞剩余兩個(gè)呢?

適當(dāng)留時(shí)間給學(xué)生討論,然后他們發(fā)表猜測(cè)見(jiàn)解,相互質(zhì)疑。學(xué)生會(huì)有以下猜想:彈起三個(gè)、彈起兩個(gè)、全部彈起,說(shuō)明依據(jù),進(jìn)行辯論。不一定能得到“答案”,但在此過(guò)程中學(xué)生尋找證據(jù)和理由來(lái)支持自己的觀點(diǎn),思維和表達(dá)都得到了鍛煉。最后教師演示,依然是呈現(xiàn)出對(duì)稱之美。

小結(jié)：學(xué)生自發(fā)地進(jìn)行合作學(xué)習(xí),在相互質(zhì)疑中達(dá)成共識(shí),這在科學(xué)規(guī)律得出的過(guò)程中經(jīng)常會(huì)發(fā)生。這也是高中物理學(xué)習(xí)中的一個(gè)重要方法,實(shí)驗(yàn)中蘊(yùn)含著能量與動(dòng)量守恒,在后續(xù)物理選擇性必修1中會(huì)涉及。

2.4 電與磁的相互轉(zhuǎn)化

情境創(chuàng)設(shè)：將耳機(jī)插入“小蜜蜂”擴(kuò)音器話筒接口。

師:你看到的雖然是個(gè)耳機(jī),但是它可用作話筒。我對(duì)著耳機(jī)說(shuō)話,你可以聽(tīng)到擴(kuò)音器傳出來(lái)聲音,相信嗎?

生:不相信。

展示動(dòng)圈式話筒與動(dòng)圈式揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu)圖,讓學(xué)生觀察內(nèi)部的特點(diǎn)。再次讓學(xué)生判斷對(duì)著耳機(jī)說(shuō)話,擴(kuò)音器是否能發(fā)出聲音。

生:我覺(jué)得它倆有點(diǎn)像。

在學(xué)生期待中展示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,“小蜜蜂”中傳來(lái)微弱但是可以分辨的聲音。由此介紹19世紀(jì)初科學(xué)家對(duì)于“電生磁”和“磁生電”的探究。

小結(jié)：物理現(xiàn)象和知識(shí)并不是孤立的,正如電與磁,運(yùn)動(dòng)與力等等都是相互聯(lián)系的。在今后的學(xué)習(xí)中我們要用發(fā)展、聯(lián)系的眼光尋找“證據(jù)”,不能只著眼于當(dāng)前。

3 教學(xué)反思

以上的活動(dòng)和探究都指向了物理“學(xué)什么”和“怎么學(xué)”這兩個(gè)問(wèn)題。本課從物理學(xué)科核心素養(yǎng)中的科學(xué)思維切入,讓學(xué)生領(lǐng)悟到“敢質(zhì)疑”和“講證據(jù)”在物理學(xué)習(xí)中的重要性。

本課中學(xué)生的質(zhì)疑和尋證都是在教師的引導(dǎo)下進(jìn)行的,雖然沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的主動(dòng)質(zhì)疑和創(chuàng)新,但教學(xué)不能操之過(guò)急。開(kāi)學(xué)第一課先埋下一顆敢于質(zhì)疑、樂(lè)于質(zhì)疑的種子,在接下來(lái)整個(gè)高中階段的教學(xué)中,教師要注重落實(shí)立德樹(shù)人根本任務(wù),切實(shí)將物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)貫穿在整個(gè)物理課程的實(shí)施中,這顆種子終會(huì)發(fā)芽。正如課本序言的結(jié)尾所講:“多數(shù)同學(xué)今后未必進(jìn)行基礎(chǔ)學(xué)科的研究,但是,不論從事什么職業(yè),高中物理積累的學(xué)科知識(shí),學(xué)到的科學(xué)方法和實(shí)事求是、講求邏輯的理性科學(xué)精神,都將會(huì)使你終身受益?！边@也回答了“為什么”要學(xué)物理這個(gè)問(wèn)題。