方福舉

摘? ?要：現(xiàn)階段的高中物理教學(xué)，教師應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注培養(yǎng)學(xué)生的關(guān)鍵能力。物理是一門(mén)實(shí)驗(yàn)學(xué)科，在課堂教學(xué)中應(yīng)注重通過(guò)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生探究能力和創(chuàng)新思維能力。通過(guò)課堂教學(xué)創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境，設(shè)計(jì)出具有新穎性、靈活性、階梯性、開(kāi)放性的“問(wèn)題指引式”物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使學(xué)生在問(wèn)題討論解決過(guò)程中理解并掌握必備知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生善于通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和剖析問(wèn)題，得出問(wèn)題本質(zhì)。引導(dǎo)理論聯(lián)系實(shí)際，學(xué)以致用，形成正確物理觀念，提高學(xué)科素養(yǎng)。文章以“動(dòng)量”教學(xué)為例，以“問(wèn)題指引式”導(dǎo)向，以學(xué)生為主體，進(jìn)行關(guān)鍵能力培養(yǎng)的教學(xué)實(shí)踐探索。

關(guān)鍵詞：關(guān)鍵能力；問(wèn)題指引；實(shí)驗(yàn)探究；創(chuàng)新思維

我國(guó)現(xiàn)在進(jìn)行的高中物理基礎(chǔ)教育課程已經(jīng)全面跨進(jìn)了一個(gè)新時(shí)代，物理學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生在接受物理教育過(guò)程中逐步形成的適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的基本知識(shí)、關(guān)鍵能力、科學(xué)態(tài)度等方面的綜合表現(xiàn) [ 1 ]。關(guān)鍵能力是貫穿整個(gè)物理教學(xué)改革中， 包含培養(yǎng)學(xué)生理解能力、推理論證能力、模型建構(gòu)能力、實(shí)驗(yàn)探究能力和創(chuàng)新能力，是衡量實(shí)踐物理教學(xué)改革成功的一個(gè)重要依據(jù)。而采用 “問(wèn)題指引式”物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，通過(guò)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，不斷的從發(fā)現(xiàn)問(wèn)題—探索—提出解決方案—再發(fā)現(xiàn)—再探索—再解決，從而提升關(guān)鍵能力、自主學(xué)習(xí)能力和物理科學(xué)素養(yǎng)。

本文以人民教育出版社2019年版高中物理教材選擇性必修第一冊(cè)中“動(dòng)量”一節(jié)教學(xué)為例，以課題探究為依托，交流基于關(guān)鍵能力培養(yǎng)的“問(wèn)題指引式”物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)。希望給廣大一線教師在培養(yǎng)學(xué)生關(guān)鍵能力的實(shí)踐中提供一種新途徑。

1? ?基于關(guān)鍵能力培養(yǎng)的“問(wèn)題指引式”物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

通過(guò)學(xué)生對(duì)“動(dòng)量”和“碰撞不變量”進(jìn)行猜想→實(shí)驗(yàn)探究→檢驗(yàn)→否定，再猜想→再探究→再檢驗(yàn)→得出結(jié)論的不斷循環(huán)漸進(jìn)過(guò)程，采用定性、半定量和控制變量法實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究動(dòng)量和系統(tǒng)總動(dòng)量關(guān)系，利用物理學(xué)史生動(dòng)介紹科學(xué)家對(duì)動(dòng)量探究過(guò)程。教學(xué)流程圖及其說(shuō)明如圖1所示。

學(xué)生小組活動(dòng)：探究氣墊導(dǎo)軌上兩滑塊碰撞實(shí)驗(yàn)，通過(guò)定量實(shí)驗(yàn)分析，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，尋找碰撞不變量中質(zhì)量m與速度v關(guān)系。在誤差允許范圍內(nèi)， 最后得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論：碰撞前后不變的量是物體的質(zhì)量與速度的乘積之和，即m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'（系統(tǒng)動(dòng)量守恒）。

教學(xué)過(guò)程中不斷創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境，創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中不斷地提出有針對(duì)性的問(wèn)題、遞進(jìn)性的問(wèn)題，在研究解決問(wèn)題的過(guò)程中調(diào)整實(shí)驗(yàn)方案、更新物理觀念，用“問(wèn)題指引式”物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)提升關(guān)鍵能力。

2? 創(chuàng)設(shè)體驗(yàn)式的實(shí)驗(yàn)情境，導(dǎo)入新課，發(fā)展科學(xué)思維能力

第一導(dǎo)入設(shè)計(jì)?？梢宰寣W(xué)生列舉生活中常見(jiàn)的碰撞現(xiàn)象。并用課件展示潘曉婷臺(tái)球比賽奪冠的視頻和微觀原子碰撞圖片，引起學(xué)生興趣，導(dǎo)入這節(jié)課要研究碰撞的問(wèn)題，并拋出問(wèn)題：猜想碰撞效果跟哪些因素有關(guān)。接著教師邀請(qǐng)兩位學(xué)生到講臺(tái)前來(lái)玩一個(gè)小游戲，并告訴學(xué)生這個(gè)游戲中會(huì)感受到痛，學(xué)生都很好奇，引起高度關(guān)注。

[活動(dòng)1]用不同的球不同速度投向?qū)W生背部

情境1：教師把一個(gè)乒乓球以較大速度投向?qū)W生背部。

問(wèn)題1：同學(xué)感受到背部碰撞受力如何？

情境2：如圖2一個(gè)充氣到直徑1 m左右的大瑜伽球氣球，分別以較小速度和較大速度水平投向?qū)W生背部。

問(wèn)題2：同學(xué)感受到背部受力有何不同？

問(wèn)題3：撞擊效果跟什么因素有關(guān)？如何對(duì)真實(shí)復(fù)雜的碰撞現(xiàn)象進(jìn)行科學(xué)探究？。

創(chuàng)設(shè)導(dǎo)入情境，讓學(xué)生通過(guò)猜想和實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)，得出撞擊效果跟質(zhì)量和速度因素有關(guān)。這樣教師使學(xué)生猜想和得到的結(jié)論是從“言傳”轉(zhuǎn)化到“身教”事實(shí)來(lái)的，學(xué)會(huì)從生活現(xiàn)象中尋找物理規(guī)律，培養(yǎng)推理判斷能力，發(fā)展學(xué)生物理科學(xué)思維能力。

3? 探究碰撞過(guò)程中不變量，培養(yǎng)物理學(xué)科關(guān)鍵能力

第二探究設(shè)計(jì)。學(xué)生在之前學(xué)習(xí)中，已掌握了質(zhì)量、速度、動(dòng)能等概念和電荷守恒、機(jī)械能守恒等相關(guān)規(guī)律，這些為學(xué)生尋求碰撞中的不變量提供了扎實(shí)的基礎(chǔ)。首先通過(guò)演示牛頓擺，讓學(xué)生猜想碰撞中的不變量，接著通過(guò)探究?jī)蓚€(gè)相同鋼球的對(duì)心碰撞，以及質(zhì)量不同鋼球的碰撞來(lái)認(rèn)識(shí)到碰撞中不變量和鋼球的質(zhì)量和速度有關(guān)。然后引導(dǎo)學(xué)生猜想不變量中質(zhì)量和速度，如何去探究不同的猜想？提供氣墊導(dǎo)軌與光電門(mén)等實(shí)驗(yàn)器材，讓學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的方法，建立基本的研究思路和需要考慮的問(wèn)題，再根據(jù)上面的設(shè)想設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)展開(kāi)研究。由具體實(shí)驗(yàn)探究碰撞中“不變量”過(guò)程中，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)碰撞前后某個(gè)物理量（包括大小和方向）可能會(huì)不變，再進(jìn)一步提出“動(dòng)量”的概念，自然水到渠成。實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程強(qiáng)調(diào)猜測(cè)應(yīng)合理，不能天馬行空亂猜一通。探究難度設(shè)計(jì)應(yīng)考慮學(xué)生現(xiàn)階段已掌握的知識(shí)層面和理解能力，要求太高，學(xué)生難以完成，太容易，沒(méi)有挑戰(zhàn)性。探究設(shè)計(jì)遵循從易到難，從無(wú)關(guān)因素分析到有關(guān)因素，從定性到半定量再到定量的順序依次對(duì)碰撞中質(zhì)量和速度存在某種不變量關(guān)系進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。培養(yǎng)學(xué)生的關(guān)鍵能力和科學(xué)的發(fā)展觀。

3.1? 實(shí)驗(yàn)探究碰撞中不變量與速度之和無(wú)關(guān)，培養(yǎng)學(xué)生觀察分析、推理論證能力

介紹目前高中物理階段，最簡(jiǎn)單的一維碰撞——兩個(gè)物體碰撞前后都在同一直線運(yùn)動(dòng)的情況。

[活動(dòng)2] 牛頓擺實(shí)驗(yàn)

情境3：將牛頓擺上只留下兩個(gè)完全一樣的小球如圖 3，將第一個(gè)A小球拉起，使懸線與豎直線成一定的夾角靜止釋放，去碰靜止的第二個(gè)B小球，觀察碰撞后有什么現(xiàn)象發(fā)生？

學(xué)生驚奇發(fā)現(xiàn)碰撞后A小球不動(dòng)，B小球擺到與A小球剛釋放時(shí)幾乎相同高度。

問(wèn)題4：碰撞后B球的速度與碰撞前A速度相等嗎？為什么？

兩球高度相同，碰撞前后兩球速度一樣 vA=vB.

問(wèn)題5：根據(jù)剛才實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，大家發(fā)現(xiàn)在碰撞前后可能存在不變量，同學(xué)們猜想碰撞的不變量是什么？

學(xué)生猜想1：碰撞前后可能“速度之和是不變的”。

問(wèn)題6：質(zhì)量相等的兩個(gè)小球碰撞后兩球交換了速度。即碰撞前后，兩球速度之和是不變的。所有的碰撞都有這樣的規(guī)律嗎？如何改變實(shí)驗(yàn)條件驗(yàn)證該猜想是否正確？

[活動(dòng)3]探究碰撞前后是否“速度之和不變” 。

情境4：如圖 4質(zhì)量較大的鋼球C與鋼球B發(fā)生對(duì)心碰撞，觀察撞擊后兩球運(yùn)動(dòng)情況

學(xué)生：B上升的最大高度大于C剛釋放時(shí)的高度，且撞擊后，C的速度不是零，C仍要上升一段高度。

問(wèn)題7：利用該現(xiàn)象如何分析前面猜想“速度之和不變”是否正確？

hB＞hC ，vB'＞vC ， vB+ vC＜vB'+ vC'。說(shuō)明兩球碰撞前速度和小于碰撞后速度和，否定“速度之和不變”。

整個(gè)過(guò)程以問(wèn)題指引學(xué)生探究。培養(yǎng)觀察現(xiàn)象、獲得數(shù)據(jù)、分析論證進(jìn)行解釋和與同伴交流的科學(xué)探究能力。

3.2? 實(shí)驗(yàn)探究碰撞前后與“動(dòng)能之和不變”無(wú)關(guān)，培養(yǎng)學(xué)生觀察分析、推理論證能力

學(xué)生猜想2：碰撞前后可能兩球“動(dòng)能之和不變”。

[活動(dòng)4] 探究碰撞前后是否“動(dòng)能之和不變” 。

情境5：如圖 5兩個(gè)相同質(zhì)量鋼球，在它們碰撞的側(cè)面貼上雙面膠，釋放一個(gè)小球，去碰另一個(gè)靜止小球。

觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，記下剛釋放小球位置水平線a、碰撞時(shí)最低點(diǎn)位置水平線b， a、b中間標(biāo)記均分線c，兩球碰撞后一起擺到的最高位置水平線d。讓學(xué)生觀察比較c、d 高度。

問(wèn)題8：觀察到c比d 位置高，如何比較碰撞前后兩球“動(dòng)能之和”大??？

學(xué)生分析：兩鋼球同質(zhì)量，碰后兩球上升高度小于釋放小球高度一半，碰前動(dòng)能之和大于碰后動(dòng)能之和，否定猜想“動(dòng)能之和不變”。

引導(dǎo)學(xué)生觀察數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)v的變化與質(zhì)量m之間有關(guān)，從而根據(jù)經(jīng)驗(yàn)提出動(dòng)能之和是否守恒的猜想，利用已學(xué)機(jī)械能守恒知識(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析論證，鍛煉推理論證能力。

3.3? 科學(xué)探究不變量與質(zhì)量、速度的關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)方案、團(tuán)隊(duì)合作、精析數(shù)據(jù)并不斷總結(jié)提升實(shí)驗(yàn)結(jié)論的實(shí)驗(yàn)探究能力

問(wèn)題9：這個(gè)不變量應(yīng)該與質(zhì)量、速度物理量有關(guān)，由質(zhì)量、速度組成不變量，可能是怎樣的？同學(xué)們可以提出自己的猜想？

學(xué)生猜想3：兩個(gè)物體碰撞前后速度與質(zhì)量的乘積之和可能是不變的：

m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'

或兩個(gè)物體碰撞前后速度與質(zhì)量比值之和可能是不變的

[活動(dòng)5]通過(guò)氣墊導(dǎo)軌實(shí)驗(yàn)定量探究碰撞中的不變量。

教師提問(wèn)“如果還讓你設(shè)計(jì)，你會(huì)怎么設(shè)計(jì)”，同時(shí)教師介紹在每個(gè)實(shí)驗(yàn)小組擺放著（如圖 6）氣墊導(dǎo)軌、光電門(mén)計(jì)時(shí)器、滑塊（遮光片）、電子秤等。提醒學(xué)生設(shè)計(jì)方案中應(yīng)包含“實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、儀器選擇、實(shí)驗(yàn)步驟、觀察記錄、數(shù)據(jù)處理、誤差分析” 環(huán)節(jié)[ 2 ]。通過(guò)各小組交流擬定兩種實(shí)驗(yàn)方案：一動(dòng)碰一靜，一是碰后不同速度，二是碰撞后有共同速度。

問(wèn)題10：實(shí)驗(yàn)要測(cè)那些物理量？怎么測(cè)？

問(wèn)題11：遮光片與光電門(mén)應(yīng)如何擺放測(cè)量比較準(zhǔn)確？

這樣的處理既不會(huì)顯得課堂實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)很唐突，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維、語(yǔ)言表達(dá)和溝通能力。

接下來(lái)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)表格，學(xué)生自己動(dòng)手實(shí)驗(yàn)， 并把相應(yīng)的質(zhì)量和速度記錄在實(shí)驗(yàn)表格中，每個(gè)小組針對(duì)猜想進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并分析出結(jié)論。然后請(qǐng)小組代表闡述本組設(shè)計(jì)思路，實(shí)驗(yàn)如何操作，展示數(shù)據(jù)處理成果以及歸納出科學(xué)結(jié)論。教師在電腦界面上用Excel表格錄入小組采集數(shù)據(jù)匯總、對(duì)兩種猜想數(shù)據(jù)分析和相對(duì)誤差分析比較。對(duì)不同小組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行點(diǎn)評(píng)。學(xué)生很快能接受理解“碰撞前后速度與質(zhì)量的乘積之和可能是不變”的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。最后說(shuō)明動(dòng)量、動(dòng)量變化量具有矢量性。

通過(guò)不斷地進(jìn)行“合理猜測(cè)—科學(xué)檢驗(yàn)—再猜測(cè)—再探究”。在這一不斷否定不斷創(chuàng)新中得到科學(xué)結(jié)論。從定性探究到半定量探究再到動(dòng)量探究過(guò)程，為每位學(xué)生提供了全方位觀察、思考、親身設(shè)計(jì)和動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，培養(yǎng)獨(dú)立分析判斷、敢于發(fā)表不同見(jiàn)解的能力，同時(shí)在探究過(guò)程中，每個(gè)小組的數(shù)據(jù)，都來(lái)自學(xué)生集體參與而得到的智慧結(jié)果，是團(tuán)隊(duì)協(xié)同合作的價(jià)值結(jié)晶。從而培養(yǎng)學(xué)生的協(xié)同合作能力和科學(xué)創(chuàng)新能力。

3.4? 講述物理學(xué)發(fā)展史中科學(xué)家們探究碰撞中不變量關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生正確的物理科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任感

第三情感教育設(shè)計(jì)。介紹圖7科學(xué)史中幾代科學(xué)家在努力追尋“不變量”的過(guò)程，使學(xué)生明白，物理概念、規(guī)律的發(fā)現(xiàn)從來(lái)都不是一蹴而就的，它需要科學(xué)家們通過(guò)長(zhǎng)期嚴(yán)格的科學(xué)論證，不斷在質(zhì)疑、糾錯(cuò)過(guò)程得出的，培養(yǎng)學(xué)生以發(fā)展的眼光看待物理世界、人類(lèi)科技發(fā)展的局限性、辯證性、長(zhǎng)期性。培養(yǎng)終身學(xué)習(xí)服務(wù)社會(huì)的科學(xué)態(tài)度責(zé)任。體現(xiàn)科學(xué)情感和人文內(nèi)涵的教育意義[ 3 ]。

4? 結(jié)束語(yǔ)

在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中以“問(wèn)題指引式”創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，學(xué)生在解決問(wèn)題的過(guò)程中構(gòu)建成相應(yīng)的物理模型，通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并獲得數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)推理論證，不斷修正探究方案，最終提出富有創(chuàng)造性的科學(xué)結(jié)論， 在實(shí)驗(yàn)探究中，學(xué)生頭腦會(huì)形成深刻的物理概念和規(guī)律，思考問(wèn)題科學(xué)思維的能力和實(shí)驗(yàn)技能得到鍛煉。同時(shí)領(lǐng)會(huì)探索自然界和物理科技發(fā)展具有難以想象的艱巨性、曲折性、復(fù)雜性，促進(jìn)學(xué)生關(guān)鍵能力培養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

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