高中物理習(xí)題教學(xué)中培育核心素養(yǎng)剖析

卿昭才

摘 要：本文以豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)極值問題的探討為案例，以習(xí)題教學(xué)環(huán)節(jié)為序，結(jié)合高中物理核心素養(yǎng)的四個(gè)要素“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”的培育和發(fā)展作了剖析。同時(shí)，也彰顯了用數(shù)學(xué)方法解決物理問題的科學(xué)性，提升了學(xué)生用數(shù)學(xué)方法解決物理問題的能力，體現(xiàn)了高中物理核心素養(yǎng)的培育在習(xí)題教學(xué)中真正的落實(shí)。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng)；物理品格；圓周運(yùn)動(dòng)；極值問題

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2018）8-0005-4

為適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，得重新審視各學(xué)科教育的育人目標(biāo)和修訂各學(xué)科的課程標(biāo)準(zhǔn)。2017年底普通高中各學(xué)科修訂后的課程標(biāo)準(zhǔn)終于出爐，修訂后的各學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)都同時(shí)聚焦“著力發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)”[1]。核心素養(yǎng)的提出，為教學(xué)方式、學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變提供了引領(lǐng)性支撐，它是對(duì)新課程改革的完善和提升。核心素養(yǎng)培育的主場(chǎng)地應(yīng)該是各學(xué)科教學(xué)，物理教學(xué)也應(yīng)聚焦物理學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展，大膽進(jìn)行課堂教學(xué)方式的變革，讓物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培育落到實(shí)處。高中物理習(xí)題課是高中物理教學(xué)的重要組成部分，可以說(shuō)占據(jù)了一半的教學(xué)時(shí)間，抓住高中物理習(xí)題教學(xué)的契機(jī)發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)就顯得尤為重要。新的高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)明確指出，物理學(xué)科核心素養(yǎng)主要包括“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究””科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”四個(gè)方面[1]，它是物理學(xué)科育人價(jià)值的集中體現(xiàn)，是學(xué)生通過(guò)物理學(xué)習(xí)逐漸形成的正確的價(jià)值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力，同時(shí)也為高中物理教學(xué)中如何培育學(xué)生的核心素養(yǎng)指明了方向。

下面就以對(duì)豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)極值問題的討論為例來(lái)剖析如何培育和發(fā)展學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

1 展示習(xí)題情景，學(xué)生自主解決問題，側(cè)重“物理觀念”的提升

題目：如圖1所示，豎直環(huán)A半徑為r，固定在木板B上，木板B放在水平地面上，木板B的左右兩側(cè)各有一擋板固定在地上，B板不能左右運(yùn)動(dòng)，在環(huán)的最低點(diǎn)靜放有一小球C。A、B、C的質(zhì)量均為m。現(xiàn)給小球一水平向左的瞬時(shí)速度v0，小球會(huì)在環(huán)內(nèi)側(cè)做圓周運(yùn)動(dòng)，為保證小球能通過(guò)環(huán)的最高點(diǎn)，且不會(huì)使環(huán)在豎直方向上跳起（不計(jì)小球與環(huán)的摩擦阻力），瞬時(shí)速度必須滿足（ ）

這種分析與解答是大多數(shù)學(xué)生基于慣性思維認(rèn)為小球到達(dá)最高點(diǎn)對(duì)軌道的壓力最大而得出的結(jié)果，也是多數(shù)教輔資料上的解答。其實(shí)，這種解答是不嚴(yán)謹(jǐn)甚至是錯(cuò)誤的，因小球?qū)壍赖呢Q直分力在什么位置最大是可以借助數(shù)學(xué)方法推證的，當(dāng)然這是一個(gè)高階思維問題，正好成為用數(shù)學(xué)方法解決物理問題的一個(gè)典型資源，同時(shí)也是培育和發(fā)展學(xué)生“科學(xué)思維”的一個(gè)良好契機(jī)。

2 大膽質(zhì)疑，開展討論，凸顯“科學(xué)思維”的培育

基于以上情景和解答，有學(xué)生提出質(zhì)疑，小球?qū)壍缐毫Φ呢Q直分力一定是在最高點(diǎn)最大嗎？抓住這一契機(jī)，老師順勢(shì)提出在此題中小球運(yùn)動(dòng)到什么位置對(duì)軌道的豎直分力最大？怎么推證？這個(gè)新生成的問題本身難度較大，但給學(xué)生足夠的時(shí)間去思考、討論，及時(shí)發(fā)現(xiàn)自己存在的問題，并對(duì)他人提出的問題進(jìn)行質(zhì)疑和批判，最終創(chuàng)造性地總結(jié)出分析論證的方案，找出小球?qū)壍缐毫Φ呢Q直分力最大的位置和大小，學(xué)生很有成就感。在這一環(huán)節(jié)加強(qiáng)了自主探究能力和合作意識(shí)的培養(yǎng)，加深了習(xí)題涉及到的豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)模型、牛頓第二定律、機(jī)械能守恒定律、力的分解等知識(shí)的理解，對(duì)用二次函數(shù)求極值的方法解決物理問題更加熟練，經(jīng)過(guò)不斷質(zhì)疑、推理、修正、論證的過(guò)程，培養(yǎng)了學(xué)生思維的邏輯性、批判性、深刻性等良好品質(zhì)，體現(xiàn)模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等“科學(xué)思維”要素，促進(jìn)了“科學(xué)思維”的發(fā)展。

推證過(guò)程：如圖2，設(shè)小球質(zhì)量為m，在最低點(diǎn)速度為v0，到某一位置時(shí)速度為v，軌道對(duì)小球的彈力大小為FN，方向與豎直成θ角，小球?qū)壍缐毫Φ呢Q直分力為FY，根據(jù)牛頓第二定律、機(jī)械能守恒定律和力的分解得：

在此環(huán)節(jié)，學(xué)生被“是什么條件決定小球可能在最高點(diǎn)或其他位置對(duì)軌道壓力的豎直分力最大”這個(gè)問題所困惑，多數(shù)學(xué)生猜想是小球質(zhì)量m和環(huán)A、板B質(zhì)量之和M的關(guān)系所決定。通過(guò)獨(dú)立思考、相互討論、相互評(píng)價(jià)、老師點(diǎn)撥等方式積極尋找證據(jù)，在推證一個(gè)問題的基礎(chǔ)上，制定出更科學(xué)、更合理的探究方案，最終發(fā)現(xiàn)規(guī)律并形成了合理結(jié)論。

4 加強(qiáng)應(yīng)用，舉一反三，塑造學(xué)生的“物理品格”

學(xué)生通過(guò)以上用數(shù)學(xué)求極值的方法解決物理問題，其間經(jīng)歷了獨(dú)立思考、交流合作、思維碰撞，充分感受了研究解決物理問題的科學(xué)方法和嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度，提升了思維品質(zhì)，促進(jìn)了樂于交流合作、善于科學(xué)思維、嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度等“物理品格”的形成。物理源于生活、生產(chǎn)與科技，只有讓學(xué)生用科學(xué)方法去獨(dú)立分析解決實(shí)際問題才有成就感，才能激起學(xué)生學(xué)習(xí)物理的信心和動(dòng)力，增強(qiáng)服務(wù)于社會(huì)的責(zé)任感。同時(shí)，用數(shù)學(xué)方法解決物理問題的能力也是高考要求的五大能力之一，為加強(qiáng)此方法的應(yīng)用，促使知識(shí)方法的遷移和能力的提升，讓學(xué)生獨(dú)立完成該題。

題目：蕩秋千的裝置主要由放在水平地面上的底座和固定在底座上的豎直剛性桿組成，可以簡(jiǎn)化成如圖4中的A部分，其質(zhì)量為M。蕩秋千的人可以簡(jiǎn)化為圖中質(zhì)量為m的小球B。用不可伸長(zhǎng)的輕繩一端系上B，另一端固定在剛性桿的頂端。為追求刺激，將B從水平靜止釋放，在擺動(dòng)過(guò)程中不計(jì)阻力，且A始終靜止不動(dòng)。求：1）B擺動(dòng)到與桿成多大角度時(shí)A與地面的摩擦力最大？2）為保證安全即A靜止不動(dòng)，地面與A的動(dòng)摩擦因素μ應(yīng)滿足什么條件？假設(shè)滑動(dòng)摩擦力非常接近最大靜摩擦力的大小。

通過(guò)此題的練習(xí)，使學(xué)生對(duì)用數(shù)學(xué)求極值法解決物理問題更加熟練，進(jìn)一步體會(huì)到用這種方法解決實(shí)際問題的邏輯性與深刻性，潛移默化地形成對(duì)物理的尊重與喜愛，增強(qiáng)了學(xué)好物理為社會(huì)服務(wù)的責(zé)任感。

參考文獻(xiàn)：

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（欄目編輯 趙保鋼）