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      融合科技項(xiàng)目 發(fā)揮習(xí)題課育人功能

      2022-05-04 22:02:52陳森
      中學(xué)理科園地 2022年2期
      關(guān)鍵詞:習(xí)題教學(xué)

      陳森

      摘 ? 要:立德樹(shù)人,培養(yǎng)物理核心素養(yǎng)是物理教學(xué)的終極目標(biāo)。以國(guó)家重大科技突破項(xiàng)目為情境,編寫(xiě)情境化習(xí)題,開(kāi)展習(xí)題教學(xué),是發(fā)揮習(xí)題課育人功能的有效途徑。以融合了“復(fù)興號(hào)”的“中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)”習(xí)題課教學(xué)為例,探討如何發(fā)揮習(xí)題課的育人功能。

      關(guān)鍵詞:科技項(xiàng)目;習(xí)題教學(xué);連接體模型;物理學(xué)科育人

      1 ?新課標(biāo)、新高考對(duì)習(xí)題教學(xué)提出育人要求

      《普通髙中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》指出:高中物理課程在內(nèi)容上注重與生產(chǎn)生活、社會(huì)科技發(fā)展的聯(lián)系,培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)參與意識(shí)、責(zé)任意識(shí)[ 1 ]。人的核心素養(yǎng)是思想品德,教育的核心任務(wù)是立德樹(shù)人。中國(guó)高考物理評(píng)價(jià)體系中指出:要“加強(qiáng)物理科核心素養(yǎng)的考查,促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的形成與發(fā)展[ 2 ]?!笨梢?jiàn),不管是從課標(biāo)角度還是從高考評(píng)價(jià)角度,物理教學(xué)的最終目標(biāo)是立德樹(shù)人,培養(yǎng)有社會(huì)責(zé)任感的公民。作為與高考聯(lián)系最緊密的重要課型,物理習(xí)題課也必然以培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)為目標(biāo)。

      傳統(tǒng)的物理習(xí)題教學(xué),往往是直接給出模型化的習(xí)題,然后讓學(xué)生通過(guò)變式訓(xùn)練,形成解題策略。這樣的教學(xué)弊端是學(xué)生沒(méi)有經(jīng)歷模型構(gòu)建的過(guò)程,學(xué)生在解決實(shí)際情境的問(wèn)題時(shí)會(huì)無(wú)從下手。而且,在重復(fù)訓(xùn)練解決模型化習(xí)題的過(guò)程中也容易使學(xué)生產(chǎn)生厭煩情緒,無(wú)法達(dá)到育人效果。

      情境是構(gòu)成考查內(nèi)容的重要元素。高考評(píng)價(jià)體系指出:情境化試題“對(duì)考查和培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科素養(yǎng)具有關(guān)鍵作用[ 2 ]。”近年的高考試題,出現(xiàn)了大量情境化試題,因此,物理習(xí)題教學(xué)中,也應(yīng)按照這一基本理念,以情境化習(xí)題教學(xué)作為習(xí)題教學(xué)改革的突破口。

      近年來(lái),我國(guó)有很多科技項(xiàng)目取得重大突破,如中國(guó)動(dòng)車(chē)“復(fù)興號(hào)”的“中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)”、嫦娥五號(hào)完美完成中國(guó)航天史上最復(fù)雜的任務(wù)、北斗衛(wèi)星全面建成等等。這些重大突破,跟物理學(xué)息息相關(guān),在物理教學(xué)中,有機(jī)融入這些信息,以國(guó)家重大科技突破項(xiàng)目為情境,編寫(xiě)情境化習(xí)題,開(kāi)展習(xí)題教學(xué),可以讓學(xué)生在學(xué)習(xí)知識(shí)的同時(shí),感受?chē)?guó)家科技的飛速發(fā)展,增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感,有效發(fā)揮物理習(xí)題課的育人功能。

      基于以上認(rèn)識(shí),下面以連接體模型的習(xí)題課為例,談?wù)勅绾螌?guó)家重大科技項(xiàng)目情境融入習(xí)題教學(xué)中。

      2 ?連接體模型習(xí)題課教學(xué)設(shè)計(jì)

      2.1 ?針對(duì)主題,尋找情境化資源

      連接體是指兩個(gè)或兩個(gè)以上物體相互連接(繩子、彈簧相連,疊放、并排等)參與運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)[ 3 ]。連接體問(wèn)題是訓(xùn)練學(xué)生應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決問(wèn)題的典型資源,其難點(diǎn)是研究對(duì)象選擇的決策。與連接體模型對(duì)應(yīng)的典型生活情境是火車(chē)。一次筆者用老式火車(chē)作為情境講解連接體模型時(shí),有同學(xué)開(kāi)玩笑說(shuō):”老師,現(xiàn)在都是坐動(dòng)車(chē)了,誰(shuí)還坐綠皮火車(chē)??!”說(shuō)者無(wú)意,聽(tīng)者有心。筆者上網(wǎng)搜索了動(dòng)車(chē)的資料,“復(fù)興號(hào)”的4動(dòng)4拖標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)力配置,吸引了筆者,“復(fù)興號(hào)”的“中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)”是優(yōu)質(zhì)的情境資源。

      2.2 ?教學(xué)過(guò)程

      環(huán)節(jié)1:導(dǎo)入

      播放歌曲“咱們的復(fù)興號(hào)”,配合視頻,簡(jiǎn)單介紹中國(guó)動(dòng)車(chē)從“中國(guó)制造”的“和諧號(hào)”到“中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)”的“復(fù)興號(hào)”的發(fā)展過(guò)程?!昂椭C號(hào)”動(dòng)車(chē)組是基于國(guó)外的不同平臺(tái)研發(fā),標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一,不能互聯(lián)互通,運(yùn)營(yíng)和維修成本高?!皬?fù)興號(hào)”是中國(guó)自主研發(fā)的,采用8輛編組、4動(dòng)4拖的統(tǒng)一動(dòng)力配置形式,由2個(gè)基本動(dòng)力單元組成。復(fù)興號(hào)CR400AF型電力動(dòng)車(chē)組,第2、4、5、7節(jié)車(chē)廂為動(dòng)力車(chē)廂,第1、3、6、8節(jié)車(chē)廂為拖車(chē)廂,沒(méi)有動(dòng)力。其模型可用圖1表示。為什么動(dòng)車(chē)組動(dòng)力要這樣配置呢?

      【設(shè)計(jì)意圖】用契合主題的、激情洋溢的音樂(lè)喚醒學(xué)生,既融合了音樂(lè)欣賞教育,又讓學(xué)生在優(yōu)美的旋律中進(jìn)入待學(xué)習(xí)狀態(tài)。介紹中國(guó)動(dòng)車(chē)發(fā)展從“中國(guó)制造”到“中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)”的歷程,讓學(xué)生了解國(guó)家最新的科技成果,培養(yǎng)學(xué)生的民族自豪感,體現(xiàn)用物理育人的教育理念,落實(shí)“立德樹(shù)人”根本任務(wù)。緊扣主題,以復(fù)興號(hào)CR400AF型電力動(dòng)車(chē)組的動(dòng)力配置為切入點(diǎn),提出問(wèn)題。讓學(xué)生在眼、腦、耳多器官參與下,思想上獲得更大刺激,德行上獲得更大洗禮。

      環(huán)節(jié)2:搭設(shè)臺(tái)階,構(gòu)建連接體模型

      過(guò)渡語(yǔ):直接研究復(fù)興號(hào)動(dòng)車(chē)組的動(dòng)力配置,難度較大,作為比較,先研究一下老式火車(chē)。PPT展示老式火車(chē)圖片,介紹老式火車(chē)只有車(chē)頭提供動(dòng)力,后面的車(chē)廂都是拖車(chē)。

      【例題1】一列車(chē)由8節(jié)質(zhì)量相等車(chē)廂組成,后7節(jié)拖車(chē)車(chē)廂沒(méi)有動(dòng)力,車(chē)頭是動(dòng)力車(chē)廂,。列車(chē)在車(chē)頭牽引下沿平直軌道行駛時(shí),設(shè)第1節(jié)車(chē)廂對(duì)第2節(jié)車(chē)廂的作用力為F12,第2節(jié)車(chē)廂對(duì)第3節(jié)車(chē)廂的作用力為F23,第3節(jié)車(chē)廂對(duì)第4節(jié)車(chē)廂的作用力為F34……以此類(lèi)推。若每節(jié)車(chē)廂所受阻力均相等,求:

      (1)當(dāng)列車(chē)勻速行駛時(shí), F12∶F23∶F34∶F45∶F56∶F67∶F78;

      (2)當(dāng)列車(chē)勻加速行駛時(shí), F12∶F23∶F34∶F45∶F56∶F67∶F78。

      教師引導(dǎo)學(xué)生借鑒圖1畫(huà)出老式火車(chē)的模型圖如圖2所示,教師介紹像這樣模型叫連接體模型。

      提問(wèn):要求第1節(jié)車(chē)廂對(duì)第2節(jié)車(chē)廂的作用力F12,可選擇哪節(jié)車(chē)廂作為研究對(duì)象,應(yīng)選擇哪節(jié)車(chē)廂為研究對(duì)象,選擇的依據(jù)是什么?強(qiáng)調(diào)“可選”與“應(yīng)選”的差別。“可選”的依據(jù)是能體現(xiàn)要求的那個(gè)力,“應(yīng)選”的依據(jù)是這樣選,能方便快速解決問(wèn)題。

      學(xué)生嘗試解題后,教師進(jìn)一步引導(dǎo)得出:要求F12,可選的研究對(duì)象有拖車(chē)2、拖車(chē)23、拖車(chē)234、拖車(chē)2345、拖車(chē)23456、拖車(chē)234567、拖車(chē)2345678,也可以以車(chē)頭為研究對(duì)象先求出第2節(jié)車(chē)廂對(duì)第1節(jié)車(chē)廂的力F21,再根據(jù)牛頓第三定律求出F12。

      教師:找到這么多可選的研究對(duì)象,選哪個(gè)呢?選對(duì)象的過(guò)程其實(shí)是一個(gè)探究的過(guò)程,請(qǐng)同學(xué)們嘗試畫(huà)出每個(gè)可選對(duì)象受力分析圖,結(jié)合題目的條件,思考討論選哪個(gè)研究對(duì)象,可以求出F12。

      學(xué)生:畫(huà)圖。討論后發(fā)現(xiàn),不管選哪個(gè),條件都不足,無(wú)法求出F12。

      教師:題目有要求求出F12嗎?

      學(xué)生:沒(méi)有。要求的是比值。

      教師:那應(yīng)該怎么辦?

      學(xué)生:可以先研究F23、F34、F45、F56、F67、F78。

      教師:請(qǐng)同學(xué)們繼續(xù)討論,為了體現(xiàn)這些力,可供選擇的研究對(duì)象有哪些?綜合考慮題目的要求,應(yīng)該如何選取研究對(duì)象?

      學(xué)生討論:應(yīng)分別選擇后7節(jié)拖車(chē)、后6節(jié)拖車(chē)、后5節(jié)拖車(chē)……為研究對(duì)象,決策的依據(jù)是可以體現(xiàn)要求的力,同時(shí)受力簡(jiǎn)單。

      教師:當(dāng)拖車(chē)勻速行駛時(shí),如何列方程?當(dāng)拖車(chē)加速行駛時(shí),如何列方程求解?請(qǐng)同學(xué)嘗試獨(dú)立完成。

      容易解得,不管火車(chē)是勻速還是加速,F(xiàn)12∶F23∶F34∶F45∶F56∶F67∶F78=7∶6∶5∶4∶3∶2∶1。

      教師:小結(jié)解決問(wèn)題的流程為:選對(duì)象→受力分析→運(yùn)動(dòng)分析→列方程。

      【設(shè)計(jì)意圖】直接研究原始問(wèn)題,往往問(wèn)題復(fù)雜,所以要針對(duì)教學(xué)目標(biāo)結(jié)合學(xué)情,編寫(xiě)習(xí)題,聚焦要解決的問(wèn)題,提高課堂效率。本環(huán)節(jié)中,教師主要引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建連接體模型,經(jīng)歷選擇合適研究對(duì)象、受力分析、運(yùn)動(dòng)分析、看圖列方程求解等解題流程。關(guān)于選擇研究對(duì)象的策略,教師往往強(qiáng)調(diào)所謂的“整體法”和“隔離法”,甚至有教師要求學(xué)生先“整體”后“隔離”,這樣的做法是僵化的,不利于培養(yǎng)學(xué)生的決策思維。教學(xué)中應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生按照“可選”與“應(yīng)選”的思維模式進(jìn)行決策,讓學(xué)生體會(huì)結(jié)合題目的條件、進(jìn)行分析綜合判斷才是決策的依據(jù)。

      環(huán)節(jié)3:遷移應(yīng)用,應(yīng)用模型解決問(wèn)題

      【例題2】“復(fù)興號(hào)”動(dòng)車(chē)組總共8節(jié)車(chē)廂,每節(jié)車(chē)廂質(zhì)量為18 t,其中第1、3、6、8節(jié)車(chē)廂沒(méi)有動(dòng)力,而第2、4、5、7節(jié)車(chē)廂是動(dòng)力車(chē)廂。假設(shè)“復(fù)興號(hào)”在平直軌道上從靜止開(kāi)始加速到速度360 km/h,這個(gè)過(guò)程視為勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),每節(jié)動(dòng)力車(chē)廂的牽引電機(jī)提供4.75×104 N的牽引力,每節(jié)車(chē)廂均受到1.25×103 N的阻力[ 4 ]。

      (1)求這個(gè)勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程“復(fù)興號(hào)”的運(yùn)動(dòng)時(shí)間;

      (2)求第5節(jié)車(chē)廂與第4節(jié)車(chē)廂之間的相互作用力的大小。

      教師:請(qǐng)同學(xué)們按照“選對(duì)象→受力分析→運(yùn)動(dòng)分析→列方程”的流程進(jìn)行求解。

      問(wèn)題(1)中,學(xué)生容易以整列車(chē)廂為研究對(duì)象,畫(huà)出受力分析圖,牛頓第二定律可得:4F-8f=8 ma,再結(jié)合速度時(shí)間關(guān)系可得:v=at,解得:t=80 s;

      問(wèn)題(2)中,教師根據(jù)學(xué)生的解答,重點(diǎn)引導(dǎo)研究對(duì)象的選擇,可以選前4節(jié)車(chē)廂為研究對(duì)象,也可以選后4節(jié)車(chē)廂為研究對(duì)象。

      學(xué)生:以前4節(jié)車(chē)廂為研究對(duì)象,假設(shè)第4、5兩節(jié)車(chē)廂的作用力為T(mén),根據(jù)牛頓第二定律可得:2F-4f-T=4 ma,聯(lián)立解得:T=0。

      教師拓展提問(wèn):設(shè)第1節(jié)車(chē)廂對(duì)第2節(jié)車(chē)廂的作用力為F12,第2節(jié)車(chē)廂對(duì)第3節(jié)車(chē)廂的作用力為F23,第3節(jié)車(chē)廂對(duì)第4節(jié)車(chē)廂的作用力為F34……以此類(lèi)推。F12、F23、F34、F45、F56、F67、F78中有哪幾個(gè)力等于0?請(qǐng)同學(xué)先觀察圖1,根據(jù)圖1的特點(diǎn),猜猜看,哪幾個(gè)力等于0,然后通過(guò)計(jì)算證明。

      【設(shè)計(jì)意圖】為提高課堂效率,緊扣“復(fù)興號(hào)”主題,借鑒文獻(xiàn)編寫(xiě)例題2,先讓學(xué)生自主完成,然后根據(jù)學(xué)生解答情況,請(qǐng)學(xué)生上臺(tái)講解。拓展提問(wèn)中,要引導(dǎo)學(xué)生觀察圖1,根據(jù)對(duì)稱(chēng)性憑直覺(jué)進(jìn)行猜想,這樣的引導(dǎo)有利于培養(yǎng)學(xué)生的對(duì)稱(chēng)思維和直覺(jué)思維,最后讓學(xué)生通過(guò)計(jì)算證明是為了培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)意識(shí)。

      環(huán)節(jié)4:質(zhì)疑創(chuàng)新,動(dòng)車(chē)組動(dòng)力組合只能這樣嗎?

      復(fù)興號(hào)的4動(dòng)4拖動(dòng)力配置形式中,第2、4、5、7節(jié)車(chē)廂為動(dòng)力車(chē)廂,每節(jié)動(dòng)力車(chē)廂攜帶4臺(tái)牽引電機(jī),第1、3、6、8節(jié)車(chē)廂為拖車(chē)廂,沒(méi)有動(dòng)力,動(dòng)力組合只能這樣組合嗎?有沒(méi)有其他組合方式?和諧號(hào)CRH3C的組合方式如圖3所示,為何不用圖3這種組合方式呢?請(qǐng)同學(xué)們帶著這個(gè)問(wèn)題去查閱資料或者咨詢(xún)相關(guān)的專(zhuān)家。

      【設(shè)計(jì)意圖】設(shè)置此環(huán)節(jié)是為了培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新能力,同時(shí)激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步探究的欲望。

      3 ?教學(xué)中彰顯物理育人功能的思考

      (1)實(shí)際教學(xué)中,學(xué)生聽(tīng)完復(fù)興號(hào)“中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)”的介紹,就有點(diǎn)熱血沸騰了

      通過(guò)計(jì)算得出動(dòng)車(chē)組4動(dòng)4拖組合的原因后,學(xué)生再次被設(shè)計(jì)者的智慧折服,熱情再次被點(diǎn)燃。實(shí)踐證明,將國(guó)家的科技創(chuàng)新項(xiàng)目融入課堂,不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,還可以激發(fā)學(xué)生的愛(ài)國(guó)熱情和民族自豪感。

      (2)華東師范大學(xué)龐維國(guó)教授指出:“課堂出彩的地方,要么是引導(dǎo)學(xué)生從事生成活動(dòng),要么是引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行討論,進(jìn)行思維碰撞。”

      本節(jié)設(shè)計(jì)的亮點(diǎn)是學(xué)生選擇研究對(duì)象的決策的討論,學(xué)生討論中,在“可選擇”和“應(yīng)選擇”的思維引導(dǎo)下,自主生成研究對(duì)象選擇的策略,實(shí)際授課中,學(xué)生還給出了多種解決方法。這樣的設(shè)計(jì),既培養(yǎng)學(xué)生按照流程解決問(wèn)題的科學(xué)思維習(xí)慣,還有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性的潛能。

      (3)要重視原始問(wèn)題的運(yùn)用,注重從中培養(yǎng)中學(xué)生的物理能力

      首都師范大學(xué)邢紅軍教授指出:要“把習(xí)題教學(xué)與原始問(wèn)題教學(xué)相結(jié)合, 使教師的教學(xué)和學(xué)生的學(xué)習(xí)與現(xiàn)象緊密結(jié)合起來(lái)[ 5 ]?!币虼耍Y(jié)合時(shí)代背景,選取適當(dāng)?shù)脑紗?wèn)題資源,改編為情境化的習(xí)題,融入到習(xí)題教學(xué)中,改變習(xí)題教學(xué)模式,是落實(shí)培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)、發(fā)揮物理教學(xué)育人功能的重要途徑。

      參考文獻(xiàn):

      [1] 中華人民共和國(guó)教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)[S].北京:人民教育出版社,2018.

      [2] 程力,李勇.基于高考評(píng)價(jià)體系的物理科考試內(nèi)容改革實(shí)施路徑[J].中國(guó)考試,2019(12):38-44.

      [3] 崔蘭蘭.如何建立“先整體后隔離”的思維[J].中學(xué)物理教學(xué)參考,2017,46(14):95-97.

      [4] 田序海.以“復(fù)興號(hào)”為物理情景設(shè)計(jì)習(xí)題課,提升學(xué)生核心素養(yǎng)的嘗試——以《牛頓第二定律的應(yīng)用》為例[J].物理教學(xué)探討,2018,36(3):1-3.

      [5] 邢紅軍.原始問(wèn)題教學(xué):物理教育改革的新視域[J].課程.教材.教法,2007(5):51-57.

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