一道力學(xué)題的典型錯解引發(fā)的對科學(xué)思維素養(yǎng)培養(yǎng)的思考

?普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（２０１７年版２０２０年修訂）?以“立德樹人”為根本任務(wù)，以學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)為培養(yǎng)目標(biāo)．物理學(xué)科核心素養(yǎng)包括物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四個方面，其中科學(xué)思維包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證和質(zhì)疑創(chuàng)新等要素，顯然，要培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維素養(yǎng)，離不開教師科學(xué)、合理、循序漸進(jìn)的教學(xué)引導(dǎo)．

筆者在一次閱卷中捕捉到一道力學(xué)基礎(chǔ)題的形形色色的錯誤解法，這些錯誤解法不僅暴露出學(xué)生對物理知識和物理規(guī)律的理解與運(yùn)用、物理方法掌握的缺失，同時也折射出教師的教學(xué)行為有待進(jìn)一步改善．

１ 案例呈現(xiàn)

原題 質(zhì)量為２０kg的小孩坐在秋千板上，小孩離拴繩子的橫梁２５m，如果秋千擺到最高點(diǎn)時，繩子與豎直方向的夾角是６０°，當(dāng)秋千板擺到最低點(diǎn)時（g 取１０ms－２，空氣阻力不計）．求：

（１）小孩的速度的大小;

（２）小孩對秋千板的壓力的大?。?/p>

２ 三類典型錯解分類剖析

２.１ 機(jī)械記憶公式引發(fā)的錯解

如圖１ 所示，該同學(xué)在求解第（１）問中小孩運(yùn)動到最低點(diǎn)速度時憑機(jī)械記憶認(rèn)為小孩做圓周運(yùn)動．在最低點(diǎn)由重力提供向心力，得出速度為v＝根號下gR ＝５m·s－１．通過統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，有相當(dāng)一部分學(xué)生都由根號下gR得出小孩運(yùn)動到最低點(diǎn)的速度．這反映出這類學(xué)生在遇到這類問題時尚未建構(gòu)出運(yùn)用動能定理或機(jī)械能守恒定律解決問題的思想理念，而只是停留在“只能由圓周運(yùn)動向心力求速度”的思維定式上．雖然學(xué)生的思維方式因人而異，但與教師的教學(xué)不無關(guān)聯(lián)．從此處的錯誤解答不難看出，教師的教學(xué)已經(jīng)進(jìn)行到了“動能定理或機(jī)械能守恒定律”部分，并且有意與圓周運(yùn)動部分進(jìn)行綜合滲透考查，但學(xué)生的學(xué)仍停留在圓周運(yùn)動的向心力部分，可見學(xué)生的“學(xué)”沒有跟上教師的“教”，同時也反映了學(xué)生科學(xué)思維素養(yǎng)的培養(yǎng)有待進(jìn)一步提高．

２.２ 物理模型建構(gòu)能力不足引發(fā)的錯解

物理模型作為科學(xué)思維素養(yǎng)的構(gòu)成元素在物理中隨處可見，培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)際問題中抽象出適當(dāng)?shù)奈锢砟Ｐ褪翘岣邔W(xué)生模型建構(gòu)能力、發(fā)展科學(xué)思維的重要舉措．

作為圓周運(yùn)動，常見的運(yùn)動模型有輕繩模型（內(nèi)軌道模型）、輕桿模型（管道模型），而它們對研究對象過最高點(diǎn)的條件有所不同，對繩模型（軌道模型）而言，物體過最高點(diǎn)的條件為速度大于或等于根號下gR ，根號下gR 為繩模型（內(nèi)軌道模型）通過最高點(diǎn)的最小速度，顯然，得出圖２中“最高點(diǎn)T ＝０，v＝ 根號下gR ”的錯解的原因是缺乏對繩模型或軌道模型的正確建構(gòu)能力，這類學(xué)生只記得最高點(diǎn)T ＝０，v＝ 根號下gR 這一具體結(jié)論，將其推廣到任何位置處的最小速度，顯然是錯誤的．

眾所周知，繩模型或軌道模型中，以小球運(yùn)動為例，若小球的運(yùn)動僅僅局限于軌跡所在圓的水平直徑以下，小球做圓周運(yùn)動的最高點(diǎn)速度為零，此時繩中的拉力或軌道對小球的彈力與重力沿徑向的分力大小剛好相等，繩中的張力不可能為零．教師在講解這部分內(nèi)容時要分析清楚，避免學(xué)生走入誤區(qū)．當(dāng)然，由學(xué)生的錯誤也可窺見教師有時為追求教學(xué)進(jìn)度而忽視對學(xué)生基本運(yùn)動模型建構(gòu)能力的培養(yǎng)．

２.３ 科學(xué)推理過程的不科學(xué)引起的錯解

培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)推理能力是發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維素養(yǎng)的重要手段和方法，推理過程應(yīng)當(dāng)思維嚴(yán)密、邏輯清晰、簡潔明了、科學(xué)合理，不能違反科學(xué)原則．

圖３是某學(xué)生的錯解，其在科學(xué)推理上存在的錯誤表現(xiàn)在兩個方面．其一，在秋千蕩到最高點(diǎn)時（繩與豎直方向成６０°時），小孩所受合力不是水平向左，應(yīng)當(dāng)沿該處所在圓的切線方向指向左下，理由如下：當(dāng)秋千蕩到最高點(diǎn)時（速度為零，繩與豎直方向成６０°），小孩所受向心力為零，即人的重力沿切線方向的分力等于小孩所受合力，而小孩重力沿直徑方向的分力則與秋千對人的支持力瞬間平衡，因而解中合力方向有誤，由此求得的繩中拉力T 也是錯誤的;其二，即使繩中拉力T 求解正確，但那也只是秋千和小孩速度為零時的繩中拉力，而題目要求的是小孩和秋千擺到最低點(diǎn)時小孩和秋千的速度．根據(jù)圓周運(yùn)動知識可知，欲要根據(jù)動力學(xué)方法求圓周運(yùn)動的速度，通常要通過其他方法先求出相應(yīng)位置的力，再由直徑方向的合力提供向心力求出速度．而該生錯將小孩速度為零時求出的力代入小孩在最低點(diǎn)的向心力公式中，將物理量張冠李戴，推理過程不科學(xué)、不嚴(yán)密．

２.４ 錯解小結(jié)

從知識維度看，上述例題是一道動能定理或機(jī)械能守恒定律與圓周運(yùn)動向心力相綜合的典型問題，問題設(shè)置了兩小問，旨在搭建臺階，降低難度;從能力維度看，考查學(xué)生將實(shí)際情境轉(zhuǎn)化為物理問題的運(yùn)動模型建構(gòu)能力和運(yùn)用核心定理解決實(shí)際問題的能力;從素養(yǎng)角度看，命題意圖在于考查學(xué)生科學(xué)推理、科學(xué)建模等科學(xué)思維素養(yǎng)．但從上述出現(xiàn)的三類典型錯解這一表象上看，教師教學(xué)時要注意科學(xué)思維素養(yǎng)這一學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，不能片面追求快、多、深，而忽視對基本知識、基本規(guī)律、基本方法的強(qiáng)化運(yùn)用，錯失科學(xué)推理能力的培養(yǎng)機(jī)會．顯然，對學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)之路任重而道遠(yuǎn)．

３ 科學(xué)思維素養(yǎng)培養(yǎng)的思考

科學(xué)思維素養(yǎng)的培養(yǎng)是一項系統(tǒng)的工程，不是一朝一夕就能完成的，教師要沉得住氣，要蓄勢待發(fā)，不可拔苗助長．教學(xué)和學(xué)習(xí)中我們要從以下幾方面作出改變．

３.１ 正確認(rèn)識課程標(biāo)準(zhǔn)育人理念

或許有教師認(rèn)為，課程標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)際教學(xué)無關(guān)，不管頒布什么樣的課程標(biāo)準(zhǔn)，仍以不變應(yīng)萬變，一支粉筆、一本教材、一套永不過時的備課資料、一樣的授課方式，經(jīng)年不變，唯一的目標(biāo)就是把知識盡可能快地、盡可能全面地灌輸給學(xué)生，學(xué)生只要會做題，能考高分就行了，始終唯分?jǐn)?shù)論．持這種觀點(diǎn)的人應(yīng)該不在少數(shù)，這是應(yīng)試教育下的不良結(jié)果．教師不太重視課程標(biāo)準(zhǔn)，對課程標(biāo)準(zhǔn)提出的新的育人理念不太關(guān)注，不主動去學(xué)習(xí)課程標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容，這是教書匠的行為，充其量只能教會學(xué)生知識，教會學(xué)生做題．隨著課堂教學(xué)的評價方式、評價機(jī)制、高考的不斷革新，相信這樣的教學(xué)行為也會逐漸改變．另外，從育人的角度思考，教師的職責(zé)是教書育人，要將學(xué)生將來走入社會解決實(shí)際問題所需的關(guān)鍵能力和必備品質(zhì)在其學(xué)生生涯中就培養(yǎng)鍛煉出來，這是最為關(guān)鍵的地方．

３.２ 尊重知識習(xí)得規(guī)律，科學(xué)有序開展教學(xué)

知識的習(xí)得、能力的提升、思維的培養(yǎng)都是一個漸變的過程，教師在組織課堂教學(xué)時，要尊重個體的思維特點(diǎn)，循序漸進(jìn)開展教學(xué)，切不可高強(qiáng)度、快節(jié)奏、大容量地進(jìn)行教學(xué)，置學(xué)生的個性特點(diǎn)于不顧．

各地高中在高三上學(xué)期結(jié)束前不結(jié)束新課，其目的也是尊重知識的習(xí)得規(guī)律、科學(xué)有序開展教學(xué)．

３.３ 改進(jìn)落后教學(xué)方法，探索培養(yǎng)素養(yǎng)舉措

一支粉筆、一本教材、一套備課資料配之以滿堂灌的教學(xué)方法真的應(yīng)該與我們告別了．我們一線教師要改進(jìn)落后的教學(xué)方法，積極探索高效的教學(xué)模式，如問題鏈驅(qū)動法、情境導(dǎo)入法、實(shí)驗(yàn)探究法、活動體驗(yàn)、多媒體輔助法、DIS數(shù)字化實(shí)驗(yàn)法等方法都應(yīng)融入課堂，不僅如此，我們還應(yīng)盡可能帶領(lǐng)學(xué)生走入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行學(xué)生實(shí)驗(yàn)、走出課堂開展研究性學(xué)習(xí)．只有教師做個愛學(xué)習(xí)、肯動腦、善鉆研的學(xué)習(xí)型教師，才能探索出適合學(xué)生的、更好的、更加先進(jìn)的教學(xué)方法，從而為培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維素養(yǎng)作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)．

（完）