基于物理学科核心素养的专题教学策略

    董友军 翟春城 陈允怡

    摘? 要:以“追及”专题为案例,探索基于物理学科核心素养的专题教学策略,包括确定专题策略、编选练习策略、学生学习策略与教师教学策略。并以知识为线索、以问题为焦点、以引导为方式、以素养为目的,建构专题教学模式,发展学生的物理学科核心素养,培养学生解决问题的能力。

    关键词:核心素养;专题教学;教学策略

    中图分类号:G633.7 文献标识码:A ? ? 文章编号:1003-6148(2021)5-0012-5

    专题教学是指专门针对某一问题进行的课堂教学。高中物理教学可以分为概念教学、规律教学、实验教学和练习教学,而练习教学最有效的教学形式就是专题教学。一节有效的专题教学课既可以突出重点、突破难点,也可以构建知识网络、增强学生的迁移能力。本文以“追及”專题为案例,探索基于物理学科核心素养的专题教学策略。

    1? ? 确定专题策略

    确定专题是专题教学的前提。专题选取的内容既要体现学科发展理念,也要突出学科考查重点,才能找到培养学生解决问题的关键。确定专题在宏观上要符合课标要求,在微观上要符合学情需要,即专题要体现“四点”——课标要点、高考重点、思维节点和解题错点。

    1.1? ? 体现课标要点

    “追及”专题主要针对高中物理必修1第一章(运动的描述)和第二章(匀变速直线运动的研究),《普通高中物理课程标准(2017年版2020年修订)》(以下简称《物理课程标准》)中的内容要求明确指出:“理解匀变速直线运动的规律,能运用其解决实际问题”。此“追及”专题就应针对匀变速直线运动规律的理解和运用。教师在命制习题时,应设置生活情境,把单纯的物理解题转化为解决生活实际问题,从而更好地落实《物理课程标准》的要求,提升学生的问题解决能力,发展学生的物理学科核心素养。

    1.2? ? 体现高考重点

    高考对于高中教学而言,具有最直接的导向作用。所以,所选专题内容应符合高考考查的重点内容。笔者查阅最近三年全国物理1、2、3卷,试题中经常涉及追及问题,是高考物理考查的重点(表1)。

    1.3? ? 体现思维节点

    本专题含有运动图像与匀变速直线运动规律的理解与应用,一般涉及到两个物体、多个运动过程,学生做题时顾此失彼,思维发展难以突破。设置“追及”专题教学,可引导学生画出追及过程线段图,变抽象为具象,这是促进学生思维进阶的重要节点。

    1.4? ? 体现解题错点

    高一学生做“追及”习题时经常出现错误,究其原因,主要有“追及过程的位移关系不清晰”“恰好追上隐含的临界条件不清楚”等。为了帮助学生改正错误,清除学习障碍,任课教师就应该及时确定“追及”专题。

    2? ? 习题编选策略

    确定了专题内容,就要编选对应的习题,这是落实专题教学目标的重要保证。习题即问题,百度百科解释为“一门课程或教材为学生或读者提供的、可供练习和实践的、具有已知答案的问题”。教师通过习题,体现教学理念,引导教学方向;学生通过解题,培养关键能力,落实核心素养。 编选“追及”专题习题如下。

    2.1? ? 知识——知识是应用的基础

    (1)哪些公式经常使用?

    答:匀速直线运动: x=vt

    匀变速直线运动:

    (2)如何判断物体间距?

    答:若前面物体速度大于后面物体速度,则物体间距离变大;若前面物体速度小于后面物体速度,则物体间距离变小;若前面物体速度等于后面物体速度,则物体间距离不变。

    (3)如何构建追及过程?

    答:把文字转化为图像,即画过程线段图。

    (4)“追上”隐含什么关系?

    答:隐含一个位移等式:

    2.2? ? 应用——应用是学习的目的

    【应用1】 v-t图像型:(2018全国2卷第19题)甲、乙两汽车在同一条平直公路上同向运动,其速度-时间图像分别如图1中甲、乙两条曲线所示。已知两车在t2时刻并排行驶,下列说法正确的是(? ? )

    A.两车在t1时刻也并排行驶

    B.t1时刻甲车在后,乙车在前

    C.甲车的加速度大小先增大后减小

    D.乙车的加速度大小先减小后增大

    【应用2】 x-t图像型:(2018全国3卷第18题)甲、乙两车在同一平直公路上同向运动,甲做匀加速直线运动,乙做匀速直线运动。甲、乙两车的位置x随时间t的变化如图2所示。下列说法正确的是(? ? )

    A.在t1时刻两车速度相等

    B.从0到t1时间内,两车走过的路程相等

    C.从t1到t2时间内,两车走过的路程相等

    D.从t1到t2时间内的某时刻,两车速度相等

    【应用3】 前匀速后减速型:一辆车以v1=

    108 km/h匀速行驶,已知司机刹车反应时间是t1=0.5 s,刹车时加速度大小为a=5 m/s2。若有人在车前面以速度v2=10 m/s向前运动,要使车不撞上人,求司机看到人时,司机与人的最小距离

    【应用4】 前减速后匀速型:一个乘客与公共汽车之间的距离为20 m,已知乘客以10 m/s的速度匀速追赶前面的公共汽车,公共汽车以20 m/s的初速度刹车,且加速度大小为 5 m/s2。求从此时刻起,乘客经过多长时间追上公共汽车?

    【应用5】 前匀速后加速型:一名逃犯驾车匀速运动,速度大小为20 m/s。一辆警车在逃犯后面1 000 m处从静止开始匀加速启动,已知警车的加速度为5 m/s2,最大速度为30 m/s,求警察经过多长时间追上逃犯?

    【应用6】 前加速后匀速型:甲车以v1=

    10 m/s的速度在平直的公路上匀速行驶,在某一时刻,停在甲车前方x0=36 m处的乙车以加速度a=2 m/s2开始沿同一方向做匀加速直线运动。

    (1)若甲车没有追上乙车,求两车运动过程的最小间距xmin;

    (2)若甲车可以追上乙车,求甲车匀速运动的最小速度vmin。

    笔者在编制以上 “追及”习题时的考虑如下:

    (1)习题立足基础知识

    所谓基础知识,就是指专题所用到的公式、方法、规律等。没有基础知识,专题就是“无源之水,无本之木”,再简单的习题也是难题。所以,笔者在学生做“追及”习题之前,设置几个问题,引导学生巩固基础知识、重视基础知识。一线教学中,有些教师直接设置习题,缺少引导学生回顾基础知识的环节,这样就降低了专题教学的效率。因为专题教学的本质就是对基础知识的巩固和深化,若无回顾环节,就失去了专题复习的立足点。

    (2)习题落实核心素养

    物理核心素养包括物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任[1]。编选习题时,整个专题尽量落实到物理核心素养的四个方面。在物理观念方面,通过匀速直线运动、匀变速直线运动,培养学生的运动观念。在科学思维方面,通过引导学生把实际物体看作质点、把生活中的实际运动过程看作匀速直线运动或匀变速直线运动,培养学生的模型建构能力。在科学探究方面,引导学生探究《中华人民共和国道路交通安全法实施条例》第八十条,为何规定“机动车在高速公路上行驶,车速超过每小时100公里时,应当与同车道前车保持100米以上的距离”?学生根据应用3得出的刹车距离公式Δx=(v1-v2)t1+,设v2=0 m/s,可知△x=105 m,培养学生提出问题、解释问题、相互交流等科学探究素养。在科学态度与责任方面,引导学生根据刹车距离公式Δx=(v1-v2)t1+,理解交规“禁超速、禁酒驾、禁超载”的原因是减小v1、减小t1、增大a,培养学生的科学态度与社会责任感。

    (3)习题联系生活实际

    认知心理学表明,要让学生真正理解知识,最有效的方式就是把知识应用于生活[2]。追及是生活中的普遍现象,设置生活情境,可以把解题转化为解决问题。为了让学生体会到物理习题是为了解决生活实际问题,在应用3、5习题前,让学生先观看一段人被汽车撞飞的视频和警察追逃犯的视频,并根据视频情境,编制出应用3、5习题。这样既可以加深学生对物理知识的认识,也可以提升学生解决问题的能力,还可以培养学生的兴趣,可谓一举三得。

    (4)习题体现高考特征

    为了提高学生的解题能力,要编制与高考试题特征相似的习题。在高考选择题和计算题中都涉及到追及问题,选择题主要通过图像考查,其中应用1和应用2就是高考原题。虽然是高考题,但完全可以用必修1的知识解决,且难度不大,比较适合高一学生练习,提前感受高考题的难度和呈现方式。笔者认真分析了2019年全國高考物理1、2、3卷的计算题,在计算题中,没有单独考追及问题,但包含追及问题。其中,1卷和3卷考查前后物体都做匀减速直线运动;2卷考查汽车刹车做匀减速直线运动。根据高考题的考查特征,笔者编制了应用3、4、5、6习题。通过这些不同类型习题的训练,为解答高考计算题打下了坚实的基础。

    (5)习题略高于学生实际

    最近发展区理论认为,学生已经达到的水准为“既知”水准,学生得到教师帮助能够实现的水准为“未知”水准,教学就是教师在这两个水准之间,引领学生走向“最近发展区”的活动[3]。教学应该着眼于学生的最近发展区,在编制习题时,既要考虑学情,也要考虑学生的最近发展区,编制的题目难度应该介于高考与学情之间。习题与高考题比较,主要体现在不需要通过力去求加速度,即只考查运动学知识,而不涉及动力学知识,而且运动过程较少、状态变化比较明显。

    3? ? 学生学习策略

    王夫子说,“善教者必有善学者,而后其教之益大,教者但能示以所进之之善,而进之之功,在人之自悟。”叶圣陶说,“教师之为教,不在全盘授予,而在相机诱导。”这些名家的教学思想,都体现了学生中心论,即教师的教学行为,其目标都指向学生,学生是课堂的主体。

    3.1? ? 自主分析

    自主分析是课堂的基础,也是学生成长的重要阶段。教师先让学生自主分析,若遇到问题,再及时点拨。如应用5,有些学生就被“最大速度为30 m/s”卡住了,不知道有什么用。此时教师要及时点拨,“首先要判断在达到最大速度之时有没有追上,若还没有追上,则此后警察将以30 m/s的速度匀速去追逃犯”。通过点拨,学生恍然大悟,既锻炼了思维,也体验了成功的喜悦。

    3.2? ? 相互交流

    交流是主要的教学形式,有利于营造平等的氛围,可以激发学生积极思考。在课堂教学中,对于学生比较迷糊的问题,教师不急于表态,引导学生充分交流,说明各自的理由。如问“交规为何要‘禁酒驾?”有些学生说喝酒的人比较冲动,有些学生说喝酒的人视力下降,有些学生说喝酒的人头晕眼花……通过充分交流后,教师还是要引导学生从物理学公式去分析,培养物理思维。

    3.3? ? 画出过程

    “追及”问题隐含了位移关系,教师可以引导学生根据题意用线段画出两个物体的运动过程,把抽象问题图像化,有利于找出位移关系,降低题目难度。如应用3,先画出司机和人在反应时间t1=0.5 s内的位移,再求车与人共速的时间t2,然后画出司机和人在t2内的位移,根据所画出的位移关系图,可以很容易观察出各段位移之间的关系,有利于增强学生理解,减少失误。

    3.4? ? 反思总结

    “学而不思则罔”,反思是提高的阶梯。应告诫学生,没有反思就没有进步,没有总结就没有智慧。

    应用3中得出了刹车距离公式Δx=(v1-v2)t1+,通过减小v1、减小t1、增大a,让学生明白了交规“禁超速、禁酒驾、禁超载”的原因,感觉到我们学物理的意义。通过反思总结,既可以减轻学生的学習负担,也可以提升概括能力,还可以拓展思维深度。

    4? ? 教师教学策略

    协同学理论表明,学生是教学的主体,教师是教学的客体。教师是客体,并不表示只起非决定性作用;学生是主体,也不表示都起决定性作用。教师和学生在不同的教学阶段,分别起决定性作用[4],如表2所示。

    从表格可知,教师在教学过程的被组织阶段起决定性作用,这为教师教学的必要性获得了理论支持;学生在教学过程的自组织阶段起决定性作用,这为学生自我建构知识的可能性获得了理论支持。在落实物理学科核心素养的课堂中,教师的讲述是必要的,以学生为主体的课堂并不排斥教师的讲述。若没有教师的讲述,现象的理解就无法深入,若没有教师的讲述,知识的探究就会失去方向。教师引领学生探讨教学内容,是培养学生物理学科核心素养最高效的方式。

    4.1? ? 以知识为主线

    物理知识是物理学科核心素养的基础,也是培养物理学科核心素养的载体。没有物理知识,物理观念就是“海市蜃楼”。在专题教学中,可以由知识逻辑顺序确定教学主线,如图3所示。

    4.2? ? 以情景为手段

    所谓情景,即指具体、直观的情形。物理教学中,经常采用创设情景进行教学,体现物理来源于生活,与生活紧密相关。笔者认为,情景选取的优先顺序应该是现场活动、播放视频、展示图片……如“如何判断物体间距”就采用现场活动:让一个学生站在教师前面,当学生运动而教师静止时,即前面物体速度大于后面物体速度时,物体间距离变大;当学生静止而教师运动时,即前面物体速度小于后面物体速度时,物体间距离变小。应用3采用汽车撞人视频,从震撼的画面,感受遵守交通规则的必要性。应用4采用图片,体会人追公共汽车的场景,让解题过程更有生活气息。

    4.3? ? 以图像为方法

    本文图像是特指线段图像和运动图像(v-t图像和x-t图像),通过线段图像反映两个物体在追及过程中的位移关系;通过运动图像,分析问题、解决问题,为学生提供多种解决问题的方式,并培养学生应用数学工具处理物理问题的能力。如应用3要求学生画出线段图像,应用4要求学生用v-t图像解题。通过图像的应用,让思路更清晰,让方法更多元,让思维更活跃。

    4.4? ? 以问题为引导

    爱因斯坦说,提出问题比解决问题更重要。好问题能够驱动学生思考,并发展学生的思维品质。如上课开始时,首先进行“知识四问”(哪些公式经常使用?如何判断物体间距?如何构建追及过程?“追上”隐含什么关系?)这些问题既能够巩固基础知识,也能够锻炼学生的思维能力,从而促使学生思维品质的发展,问题解决能力的提升。

    5? ? 结束语

    专题教学是提高教学效率的重要方式。通过专题教学,可以把某一个知识点研究得更加全面、更加深入。好的专题教学,不但可以促进学生知识理解、提升思维品质,还可以发展学生的核心素养、培养学生的关键能力。笔者在本节专题教学的过程中,以知识为线索、以问题为焦点、以引导为方式、以素养为目的,建构专题教学模式,发展学生的物理学科核心素养,培养学生解决问题的能力。

    参考文献:

    [1]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准(2017年版2020年修订)[S].北京:人民教育出版社,2020.

    [2]何克抗.建构主义的教学模式、教学方法与教学设计[J].北京师范大学学报(社会科学版),1997(05):74-81.

    [3]钟启泉.最近发展区:课堂转型的理论基础[J].全球教育展望,2018,47(01):11-20+34.

    [4]邢红军.物理教学论[M].北京:北京大学出版社,2015:126-127.

    (栏目编辑? ? 赵保钢)