萬耀輝

　?。◤V東省臺(tái)山市教師發(fā)展中心，臺(tái)山529200）

　　摘 要：《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》對(duì)核心素養(yǎng)的四個(gè)維度分別劃分了5級(jí)水平。文章以物理觀念的5級(jí)水平建構(gòu)為例，提出了一種以生活情境作為載體，分層建構(gòu)、逐級(jí)提升不同水平下的物理觀念的教學(xué)策略，從而實(shí)現(xiàn)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的有效落地。

　　關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng)；教學(xué)策略；物理觀念

　　一、問題的提出

　　《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》指出，物理觀念作為高中物理學(xué)科核心素養(yǎng)四個(gè)維度之首，是指從物理學(xué)視角形成的關(guān)于物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)與相互作用、能量等的基本認(rèn)識(shí)。而建構(gòu)物理觀念的過程，既是學(xué)生積累必備知識(shí)的過程，也是學(xué)生進(jìn)一步獲得關(guān)鍵能力和必備品質(zhì)的過程。一線教師必須理清物理核心素養(yǎng)四個(gè)維度之間的關(guān)系，在物理觀念的教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生通過學(xué)習(xí)、提取和升華，將概念、規(guī)律提升為物理觀念。筆者認(rèn)為，培養(yǎng)學(xué)生形成正確的物理觀念，需要以生活情境作為載體，分層建構(gòu)、逐級(jí)提升5級(jí)水平下的物理觀念。根據(jù)新課程標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)物理學(xué)科核心素養(yǎng)四個(gè)維度的水平分別進(jìn)行劃分，其中物理觀念這個(gè)維度的水平被劃分為5級(jí)（見下表）。

　　以“自由落體運(yùn)動(dòng)”教學(xué)為例，在具體的教學(xué)過程中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生容易受到已有的錯(cuò)誤前認(rèn)知的影響，使得在建構(gòu)正確物理觀念過程中遇到障礙和誤區(qū)，從而導(dǎo)致學(xué)生在運(yùn)用物理觀念解釋生活中的自然現(xiàn)象和實(shí)際問題時(shí)，會(huì)得到錯(cuò)誤結(jié)論。筆者在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，大部分物理觀念的建構(gòu)都需要經(jīng)歷知識(shí)重構(gòu)、由淺入深、螺旋漸進(jìn)再到不斷深化的過程，不可能一次成型。因此，本文將探索如何在新課標(biāo)背景下，以生活情境為載體，幫助學(xué)生分層建構(gòu)、逐級(jí)提升，完成“自由落體運(yùn)動(dòng)”物理觀念的5級(jí)水平建構(gòu)。

　　二、物理觀念5級(jí)水平建構(gòu)的教學(xué)策略

　?。ㄒ唬┪锢碛^念水平1的建構(gòu)

　　初步了解“自由落體”的概念和規(guī)律，能將其與相關(guān)的自然現(xiàn)象和問題解決聯(lián)系起來。這個(gè)水平1的要求是通過觀察自然現(xiàn)象，初步了解“自由落體運(yùn)動(dòng)”，具有將相關(guān)自然現(xiàn)象與所學(xué)知識(shí)聯(lián)系起來的意識(shí)。在新教材中，是通過輕重不同的兩個(gè)物體從同一高度下落比較快慢來建立初步認(rèn)識(shí)的。

　　活動(dòng)1：【生活情境】站在教學(xué)樓高層，同一高度向外靜止釋放兩個(gè)重量不同的物體，觀察哪個(gè)物體下落得更快？

　　【觀察現(xiàn)象】重的物體下落更快。

　　【討論原因】可能是重的物體受到的重力更大，受到地球的“吸”力更大，所以下落更快。

　　【觀念形成】亞里士多德的觀點(diǎn)：物體下落快慢與物體的重量有關(guān)，重的物體下落更快。

　　活動(dòng)2：【生活情境】在教室內(nèi)拿兩張大小一樣的A4紙，一張搓成紙團(tuán)，另一張平鋪，從同一高度落下，輕重相同，是否會(huì)一樣快？

　　【觀察現(xiàn)象】搓成團(tuán)的紙下落更快，與活動(dòng)1得到的結(jié)論有矛盾。

　　【討論原因】在“吸”力相同情況下，紙張搓成團(tuán)與鋪開相比，空氣阻力更小，所以搓成團(tuán)后下落更快。

　　【觀念形成】與上一個(gè)實(shí)驗(yàn)得到的物理觀念相沖突。下落快慢還受到阻力的影響。

　　活動(dòng)3：【生活情境】將大石頭和小石頭捆綁在一起，下落到底變快還是變慢？

　　【觀察現(xiàn)象】將得到兩個(gè)矛盾的結(jié)果。

　　【討論原因】以亞里士多德的觀點(diǎn)為前提，運(yùn)用假設(shè)法討論（過程略），得到的結(jié)論相互矛盾，說明前提本身是錯(cuò)誤的。

　　【觀念形成】初步認(rèn)識(shí)到亞里士多德的觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的。（此時(shí)還未完全形成“輕重物體下落一樣快”的觀念）

　　活動(dòng)4：【生活情境】演示實(shí)驗(yàn)：兩根玻璃管，分別抽真空和有空氣。觀察金屬片和雞毛下落情況？

　　【觀察現(xiàn)象】真空管中：一樣快；空氣管中：金屬片快。

　　【討論原因】沒有空氣阻力時(shí)，物體下落快慢相同。

　　【觀念形成】引入相關(guān)概念和規(guī)律的教學(xué)。形成“自由落體運(yùn)動(dòng)”的概念和規(guī)律。

　　活動(dòng)5：【生活情境】動(dòng)手實(shí)驗(yàn)：一張紙片和一塊橡皮同高度同時(shí)釋放，哪個(gè)下落快？紙片揉成團(tuán)后，哪個(gè)快？

　　【觀察現(xiàn)象】1. 橡皮更快；2. 幾乎一樣快。

　　【討論原因】有空氣阻力f時(shí)，f小的物體下降更快。沒有空氣阻力f時(shí)，物體下降快慢相同。

　　【觀念形成】能將形成的物理觀念與相關(guān)的自然現(xiàn)象和問題解決聯(lián)系起來。

　　在水平1的建構(gòu)過程中，活動(dòng)1通過觀察生活中司空見慣的現(xiàn)象，輕易得出重物下落更快的結(jié)論，以便將學(xué)生已有的錯(cuò)誤前認(rèn)知暴露出來；再通過活動(dòng)2，觀察到輕重相同的紙，其實(shí)下落快慢不一樣，發(fā)現(xiàn)與前認(rèn)知相矛盾了，教師可引導(dǎo)學(xué)生找出影響的因素（空氣阻力）；活動(dòng)3是一個(gè)腦中思考的實(shí)驗(yàn)，通過反證法，得到前提本身錯(cuò)誤；活動(dòng)4直接將阻力因素考慮進(jìn)來，通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)除去阻力因素后，輕重物體下落一樣快；活動(dòng)5作為學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，將物理觀念與相關(guān)的自然現(xiàn)象和問題解決聯(lián)系起來，培養(yǎng)初步的解決實(shí)際問題的能力。由以上可以發(fā)現(xiàn)，通過“生活情境＋觀察、討論”的策略，可以實(shí)現(xiàn)“自由落體運(yùn)動(dòng)”水平1的構(gòu)建。

　?。ǘ┪锢碛^念水平2的建構(gòu)

　　了解“自由落體運(yùn)動(dòng)”的概念和規(guī)律，能解釋簡(jiǎn)單的自然現(xiàn)象，解決簡(jiǎn)單的實(shí)際問題。由此可見，水平2比水平1顯然提升了要求。在新教材中，通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步研究自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。

　　活動(dòng)6：【學(xué)習(xí)探索情境】實(shí)驗(yàn)（演示或分組）：利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和重物，研究自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。

　　【觀察現(xiàn)象】觀察紙帶上點(diǎn)之間距離的變化規(guī)律（間距逐漸增大，且Δs相同）。

　　【討論原因】自由落體運(yùn)動(dòng)是一種勻變速直線運(yùn)動(dòng)。

　　【觀念形成】形成自由落體運(yùn)動(dòng)的物理觀念。

　　活動(dòng)7：【學(xué)習(xí)探索情境】動(dòng)手實(shí)驗(yàn)：利用固定位置的手機(jī)連續(xù)拍攝自由落體運(yùn)動(dòng)的照片，取相同時(shí)間間隔的照片，疊加后觀察物體位置的變化。

　　【觀察現(xiàn)象】物體間距逐漸增大，且相鄰位移差相同。

　　【討論原因】自由落體運(yùn)動(dòng)是一種勻加速直線運(yùn)動(dòng)。

　　【觀念形成】能解釋簡(jiǎn)單的自然現(xiàn)象，解決簡(jiǎn)單的實(shí)際問題。

　?。ㄈ┪锢碛^念水平3的建構(gòu)

　　了解“自由落體運(yùn)動(dòng)”的概念和規(guī)律及其相互關(guān)系，能解釋自然現(xiàn)象，解決實(shí)際問題。顯然，學(xué)生需要進(jìn)一步掌握自由落體運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)生條件、三個(gè)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式，并能在生活情境中運(yùn)用這些知識(shí)解釋現(xiàn)象和解決問題。

　　活動(dòng)8：【學(xué)習(xí)探索情境】演示實(shí)驗(yàn)或分組實(shí)驗(yàn)：利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和重物，研究自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。

　　【觀察現(xiàn)象】測(cè)量紙帶上點(diǎn)之間距離，求出重力加速度。

　　【討論原因】自由落體運(yùn)動(dòng)是一種勻變速直線運(yùn)動(dòng)，其加速度恒定為某一數(shù)值（g）。

　　【觀念形成】了解自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律及其相互關(guān)系。

　　活動(dòng)9：【學(xué)習(xí)探索情境】動(dòng)手實(shí)驗(yàn)：利用固定位置的手機(jī)連續(xù)拍攝自由落體運(yùn)動(dòng)的照片，取相同時(shí)間間隔的照片，疊加后觀察物體位置的變化，測(cè)量并求出重力加速度。

　　【觀察現(xiàn)象】測(cè)量距離，求出重力加速度。

　　【討論原因】自由落體運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律應(yīng)用。

　　【觀念形成】解釋自然現(xiàn)象，解決實(shí)際問題。

　　活動(dòng)10：【學(xué)習(xí)探索情境】情境練習(xí)：播放跳水運(yùn)動(dòng)員從5m跳臺(tái)由靜止落下視頻，求運(yùn)動(dòng)員下降時(shí)間？

　　【觀察現(xiàn)象】由視頻幀速和初末畫面求出時(shí)間間隔；由自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律計(jì)算得出下落時(shí)間。

　　【討論原因】看作自由落體的運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)規(guī)律相同，故使用運(yùn)動(dòng)公式可以求出相應(yīng)物理量。

　　【觀念形成】能運(yùn)用物理觀念，解釋自然現(xiàn)象，解決實(shí)際問題。兩種方法可以驗(yàn)證物理觀念的正確性。

　　活動(dòng)11：【學(xué)習(xí)探索情境】情境練習(xí)：一石塊從井口自由落下，經(jīng)過2.5s聽到落井底聲音，估算深度？（忽略聲音傳播所需時(shí)間）

　　【觀察現(xiàn)象】通過高樓層釋放小球?qū)嶒?yàn)，觀察和體驗(yàn)該情境。（注意安全為前提）

　　【討論原因】運(yùn)用自由落體運(yùn)動(dòng)基本公式即可求解。

　　【觀念形成】能解釋自然現(xiàn)象，解決實(shí)際問題。

　?。ㄋ模┪锢碛^念水平4的建構(gòu)

　　理解“自由落體運(yùn)動(dòng)”的物理概念和規(guī)律及其相互關(guān)系，能正確解釋自然現(xiàn)象，綜合應(yīng)用所學(xué)的物理知識(shí)解決實(shí)際問題。這一水平的難度進(jìn)一步提升，要求學(xué)生能夠熟練掌握自由落體運(yùn)動(dòng)公式，從實(shí)際生活情境中提取相關(guān)物理量信息，找出相互聯(lián)系，綜合應(yīng)用自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律和數(shù)學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題。

　　情境練習(xí)：播放視頻：跳水運(yùn)動(dòng)員從5m跳臺(tái)自由落下，連拍測(cè)得其中兩張連續(xù)照片中運(yùn)動(dòng)員離水面高度分別為3.4m和1.8m，求連拍的時(shí)間間隔？

　　方法1：由視頻本身畫面求出連拍時(shí)間間隔。

　　方法2：由自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律計(jì)算得出時(shí)間間隔。首先由總高度和離水面高度，分別求出下落高度h1、h2，再根據(jù)自由落體運(yùn)動(dòng)公式列方程：h1＝1/2gt12，h2＝1/2gt22，分別求出t1、t2，進(jìn)而可解得△t。

　　教師通過引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用兩種不同方法得出的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而驗(yàn)證所學(xué)的“自由落體運(yùn)動(dòng)”理論與實(shí)際的自洽性。

　　（五）物理觀念水平5的建構(gòu)

　　能清晰、系統(tǒng)地理解物理概念和規(guī)律，能正確解釋自然現(xiàn)象，能綜合應(yīng)用所學(xué)的物理知識(shí)靈活解決實(shí)際問題。這一水平的難度為最難，難點(diǎn)突出在“靈活”二字。要求學(xué)生在面對(duì)復(fù)雜的物理情境，也要能夠由情境給出的已知量，結(jié)合自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，找到適合的數(shù)學(xué)方法和思路，解決復(fù)雜問題。

　　情境練習(xí)：請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)制作一把“人的反應(yīng)時(shí)間測(cè)量尺”，同學(xué)之間利用尺子測(cè)量自己的反應(yīng)時(shí)間。

　　這是一條文字極為簡(jiǎn)短、真正體現(xiàn)物理核心素養(yǎng)的真實(shí)物理情境題。通過創(chuàng)建與生活密切相關(guān)的情境，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用物理觀念靈活解決實(shí)際問題的核心素養(yǎng)。

　　三、總結(jié)

　　物理學(xué)科核心素養(yǎng)根據(jù)問題情境的復(fù)雜程度等因素劃分為不同水平，雖然各層級(jí)水平之間并沒有絕對(duì)的分界線，但卻體現(xiàn)了各個(gè)水平之間由低到高逐層遞進(jìn)、逐級(jí)提升的關(guān)系。不同層級(jí)的水平，是指導(dǎo)教師開展日常教學(xué)和評(píng)價(jià)的重要依據(jù)，也是高中學(xué)業(yè)水平考試命題的重要依據(jù)。一線教師的日常教學(xué)，應(yīng)依據(jù)核心素養(yǎng)水平劃分，探索和實(shí)踐情境與生活緊密關(guān)聯(lián)的教學(xué)策略，實(shí)現(xiàn)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的有效落地。

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