駱文洲 傅可欽
浙江義烏中學(322000)
[摘 要]深化課程改革業(yè)已從知識導向、能力導向走向了素養(yǎng)導向，相應的課程目標也從原來的雙基目標、三維目標走向了核心素養(yǎng)。基于培育學生物理學科核心素養(yǎng)的物理教學，必須對原有的教育觀念、課程內容、教學方式等進行變革，以進一步優(yōu)化物理教學過程，從而切實凸顯物理學科的本質，體現(xiàn)物理學科獨特的育人價值。
[關鍵詞]課堂教學，核心素養(yǎng)；牛頓運動定律；物理課堂教學
人民教育出版社黃海旺主任曾指出：高中物理學科核心素養(yǎng)是學生在接受物理教育過程中逐步形成的適應個人終身學習和社會發(fā)展需要的基礎知識、關鍵能力、科學態(tài)度等方面的表現(xiàn)，是學生通過物理學習集中體現(xiàn)的帶有物理特征的品質。而學生進行物理學習的重要途徑就是物理課堂教學，因此，基于培育學生物理學科核心素養(yǎng)的物理課堂教學應該如何進一步優(yōu)化就顯得非常重要了。下面以人教版物理必修一《牛頓運動定律》的教學為例，談談如何立足物理學科核心素養(yǎng)優(yōu)化高中物理課堂教學。
“科學思維”素養(yǎng)指的是從物理學視角對客觀事物的本質屬性、內在規(guī)律及相互關系的認識方式，是基于經驗事實構建理想模型的抽象概括過程，是分析綜合、推理論證等科學思維方法的內化，是基于事實證據和科學推理對不同觀點和結論質疑、批判，進而提出創(chuàng)造性見解的能力與品質。“科學思維”主要包括模型構建、科學推理、科學論證、質疑創(chuàng)新等要素。
牛頓第一定律是經典力學的基礎，在理論系統(tǒng)中處于前提地位。顯然，“牛頓第一定律”的教學對培育學生的“科學思維”具有重要的作用。那么，教師應該如何優(yōu)化教學，才能有效培育學生的“科學思維”素養(yǎng)呢？首先，從生活感受和歷史回顧，提出亞里士多德的觀點“力是維持物體運動的原因”，引發(fā)學生的質疑和討論。在學生討論的基礎上，通過舉例、實驗等方式反駁并形成初步正確的觀點。其次，通過嚴密的科學論證和推理，充分發(fā)揮理性思維的邏輯力量，師生共同感受伽利略“理想實驗”的魅力，認識到“運動不需要力來維持”。再次，通過笛卡兒等人的觀點進行進一步完善和補充學習，認識到“力是改變物體運動狀態(tài)的原因”，并總結形成牛頓第一定律：前半句含義指的是一切物體都有慣性，后半句指的是力是改變物體運動狀態(tài)的原因。最后，通過實例分析，知道慣性的普遍性和固有性，從而真正理解慣性的實質和量度。
值得注意的是，傳統(tǒng)的課堂教學在回顧分析亞里士多德觀點時的教學環(huán)節(jié)往往忽視了質疑創(chuàng)新等“科學思維”的培育。立足物理學科核心素養(yǎng)，教師可進行如下教學設計。
師：對于力和運動的關系，早在兩千多年前就已經引起了人們的關注。生活中常有這樣的感受：一個物體，用力拉它，它就運動；不拉了，它就停。亞里士多德根據類似經驗提出觀點：力是維持物體運動的原因。你對這個觀點有異議嗎？
生：給小車一個初速，沒有力，物體也可以運動。
師：可為什么物體運動一段時間后，最終都要停下來呢？
生：小車受到了摩擦的作用。
師：如果減小摩擦，會怎么樣呢？
演示：滑得遠了。
師：如果進一步減小摩擦，小車的運動又有什么變化呢？
生：冰面上就比較遠了(視頻：冰壺運動；實驗：氣墊導軌)。
師：如果沒有摩擦，物體將會怎樣呢？
生：沒有摩擦的話，將運動到無窮遠處。
師：真的嗎？我們不可能創(chuàng)造一個絕對沒有摩擦的環(huán)境，即使在科技如此發(fā)達的今天也不能做到，但在三百多年前的大科學家伽利略卻采用了一種非常巧妙的方法，讓我們不得不心服口服地認同他的觀點，那他采用的是什么方法呢？請同學們閱讀“理想實驗的魅力”，自己先體會令人嘆服的伽利略實驗方法……
“實驗探究”素養(yǎng)指的是提出物理問題，形成猜想和假設，獲取和處理信息，基于證據得出結論，并做出解釋，以及對實驗探究過程和結果進行交流、評估、反思的能力。“實驗探究”主要包括問題、證據、解釋、交流等要素。
“牛頓第二定律”是一個重要的實驗定律，涵蓋了科學探究的主要要素和多種實驗方法。那么，教師應該如何優(yōu)化教學，才能有效培養(yǎng)學生的“實驗探究”素養(yǎng)呢？主要步驟如下。
傳統(tǒng)的教學一般也重視科學探究的過程，但常常忽視了對牛頓第二定律的理解，從而導致實驗探究過程不完整，學生對規(guī)律的理解不深刻，“實驗探究”素養(yǎng)的培育效果大打折扣。那么，規(guī)律的理解包含了哪些方面呢？一是F=kma中系數(shù)k為何可以取1？這是因為在此之前力的單位沒有確定，為了公式簡化，我們可以規(guī)定使質量為1 kg的物體產生1 m/s2的加速度的力是1 N，此時k=1。但在以后學習到庫侖定律時，k就不能再取1了。二是對牛頓第二定律公式中等號“=”的理解，它包含了因果關系(力是原因，加速度是結果)、方向關系(F的方向決定著a的方向)、數(shù)量關系(F、m、a三者的大小關系)、單位關系(1 N=1kg·m/s2)等四大關系。
“物理觀念”素養(yǎng)指的是從物理學視角形成的關于物質、運動與相互作用、能量等的基本認識，是物理概念和規(guī)律等在頭腦中的提煉和升華。“物理觀念”包括物質觀念、運動觀念、相互作用觀念、能量觀念及其應用等要素。
通過“牛頓第三定律”的學習，引導學生在初中物理的基礎上進一步理解“力是物體對物體的相互作用”——物質性、相互性、同時性等，為今后學習“碰撞”等奠定基礎，更為學生形成正確的相互作用觀起到基礎性和根本性的作用，甚至影響學生世界觀、人生觀和價值觀的形成。那么，教師應該如何優(yōu)化教學，才能有效培育學生的“物理觀念”素養(yǎng)呢？以教師的演示實驗和DIS數(shù)字化實驗為基礎，結合生活實例，在教師的思維點撥下，引導學生發(fā)現(xiàn)問題和提出疑問，引發(fā)學生的認知沖突，讓學生獲得豐富的感性認識，讓學生逐步認識到相互作用的普遍性和規(guī)律性，在潛移默化中培育“相互作用觀”等核心素養(yǎng)。
教學流程如右邊方框圖。
需要強調的是，為了更好地理解相互作用的性質、培育“相互作用觀”這一核心素養(yǎng)，教學中一定要把作用力和平衡力加以細致辨析：作用對象、力的大小、力的方向、力的性質、作用時間等。
“科學態(tài)度與責任”素養(yǎng)指的是在認識科學本質，理解科學·技術·社會·環(huán)境(STSE)的關系基礎上逐漸形成的對科學和技術應有的正確態(tài)度以及責任感。“科學態(tài)度與責任”主要包括科學本質、科學態(tài)度、科學倫理、STSE等要素。
應用牛頓運動定律解題，有兩大類題型：一是已知受力情況求解運動情況，二是已知運動情況求解受力情況。不論哪一種題型，加速度是中間橋梁，運動學公式和牛頓第二定律是紐帶。需要注意的是，應用牛頓運動定律解題，不僅僅是為了解題本身，還是為了在規(guī)律的應用中更好地培育審題的嚴謹、求解的細致、答題的規(guī)范等“科學態(tài)度與責任”素養(yǎng)。那么，教師應該如何優(yōu)化教學，才能有效培育學生的“科學態(tài)度與責任”素養(yǎng)呢？以2016年四川高考題為例。
避險車道是避免惡性交通事故的重要設施，由制動坡床和防撞設施等組成，如上圖所示。豎直平面內，制動坡床視為與水平面夾角為θ的斜面。一輛長12 m的載有貨物的貨車因剎車失靈從干道駛入制動坡床，當車速為23 m/s時，車尾位于制動坡床的底端，貨物開始在車廂內向車頭滑動，當貨物在車廂內滑動了4 m時，車頭距制動坡床頂端38 m，再過一段時間，貨車停止。已知貨車質量是貨物質量的4倍，貨物與車廂間的動摩擦因數(shù)為0.4；貨車在制動坡床上運動受到的坡床阻力大小為貨車和貨物總重的0.44倍。貨物與貨車分別視為小滑塊和平板。求：(1)貨物在車廂內滑動時加速度的大小和方向；(2)制動坡床的長度。
分析：
我們知道，“審題嚴謹”的基本要領是“轉化”，具體如上表。相應的，應用牛頓運動定律解題的步驟應該如下：
明確對象→受力(運動)分析→建立坐標→列式求解→驗證。
當然，在每一環(huán)節(jié)中又有具體的要求，才能真正做到“求解細致”。比如，受力分析要求“按序分析”，外力→重力→彈力→摩擦力等。顯然，答題的規(guī)范有利于科學態(tài)度的培育，而良好的科學態(tài)度也促進了答題的規(guī)范。
綜上所述，為了更好地培育學生的物理學科核心素養(yǎng)，優(yōu)化物理課堂教學永遠在路上。“科學思維”“實驗探究”“物理觀念”和“科學態(tài)度與責任”等四個核心素養(yǎng)本身是一個有機的、密切關聯(lián)的整體，課堂教學中可著力凸出培育其中的一個或多個核心素養(yǎng)，但不能厚此薄彼。
[ 參 考 文 獻 ]
[1] 李建冬.淺談中學物理有效教學策略[J].知音勵志，2017(6).
[2] 林欽,陳峰,宋靜.關于核心素養(yǎng)導向的中學物理教學的思考[J].課程·教材·教法，2015(12).
(責任編輯 易志毅)
[中圖分類號] G633.7
[文獻標識碼] A
[文章編號] 1674-6058(2017)29-0041-03
