為發(fā)展學(xué)生的物理觀念而教 論文

為發(fā)展學(xué)生的物理觀念而教——以牛頓第一定律的教學(xué)片斷為例摘要：物理觀念是物理學(xué)學(xué)科價值與育人價值的集中體現(xiàn)，物理觀念的發(fā)展和根于具體的物理知識，落腳在學(xué)生發(fā)展。基于學(xué)生物理觀念發(fā)展所進(jìn)行生分析、目標(biāo)制定、情境創(chuàng)設(shè)、觀點(diǎn)建構(gòu)、觀念形成和內(nèi)化是課堂教學(xué)的有效之舉。關(guān)鍵詞：物理觀念；發(fā)展策略；牛頓第一定律1何為物理觀《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”是從物理學(xué)視角形成的關(guān)于物質(zhì)、運(yùn)動與相互作用、能量等的基本認(rèn)識；是物理概的提煉與升華；是從物理學(xué)視角解釋自然現(xiàn)象和解決“物理觀念”主要包[1]括物質(zhì)觀念、運(yùn)動與相互作用觀念、能量觀念等要素。習(xí)結(jié)果，對物理的學(xué)習(xí)和研究具有廣泛、持久、深刻的影響。課標(biāo)對物理觀念內(nèi)涵的界定以物理事實(shí)為起點(diǎn)。物理事實(shí)的凝聚和提煉即為物理知識，物理知識為物理觀念的發(fā)展和形成提供沃土，物理事實(shí)支撐相關(guān)物理觀[2]與升華即為物理觀念。物理觀念作為一種學(xué)科素養(yǎng)，最終落腳點(diǎn)是學(xué)生，在教師引領(lǐng)下，通過知識選擇、環(huán)境創(chuàng)造、過程引領(lǐng)、意義啟迪等不同手段，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)始于物理事實(shí)，在事實(shí)的觀察和感悟中掌握知識，在知識的構(gòu)建和體悟中形成關(guān)鍵能力集中養(yǎng)成必備品格。在學(xué)生身上，這種必備品格最終以“從物理學(xué)視角實(shí)際問題”的物理素養(yǎng)形式呈現(xiàn)。2為何要發(fā)展物理觀物理觀念體現(xiàn)物理學(xué)的學(xué)科價值。物理觀念是物理的基本思想，是進(jìn)行科學(xué)思維，形成科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的基礎(chǔ)。其反映了物理學(xué)的本質(zhì)特征，貫穿于物理學(xué)產(chǎn)生、發(fā)展、應(yīng)用的過程中。物理觀念是解決本學(xué)科問題的金鑰匙。物理教學(xué)的根本任務(wù)是“引導(dǎo)學(xué)生[1]過程，體會科學(xué)研究方法，養(yǎng)成科學(xué)思維習(xí)慣，增強(qiáng)創(chuàng)新意識”說到底就是要讓學(xué)生在面對問題時總能從物理的視角想到辦法。物理觀念的引領(lǐng)下的系統(tǒng)性、結(jié)構(gòu)性，使物理“必然性”。物理觀念的特點(diǎn)決定了它對本學(xué)解決具有很強(qiáng)的引領(lǐng)與指導(dǎo)功能，有意識地培養(yǎng)學(xué)生物質(zhì)觀念、運(yùn)動與觀念等基本物理觀念，既是提高學(xué)生應(yīng)試能力的正道，也是形成科學(xué)態(tài)確的價值觀的王道。物理觀念素養(yǎng)是物理學(xué)科育人價值的彰顯。通過高中物理課程的學(xué)習(xí)，學(xué)度出發(fā)去看待世界。即把頭腦內(nèi)的物理知識轉(zhuǎn)化為對這個物質(zhì)世界的整果具備物質(zhì)觀念，他在認(rèn)識一些新的未知物質(zhì)時，會自發(fā)的思考這種新物質(zhì)的密度、沸點(diǎn)、比熱容、延展性、導(dǎo)電性等基本性質(zhì)。正如愛因斯坦所言：我們在建立論時，所有物理學(xué)理論的起源都是觀念和思維，而不是復(fù)雜的物理計算[3]中觀念的作用是最重要。如果學(xué)生具有物理觀念，那么在面對物理問題和生活中的物理情景時，物理觀念的引領(lǐng)下，他們會主動地提出解決問題的方法，而不是陌生情景所迷惑。就算學(xué)生將所學(xué)的具體物理知識和規(guī)律都忘記，頭腦和解決問題的物理方式和眼光，不是靠背公式和記規(guī)[4]是物理學(xué)習(xí)的過程中，在理解物理規(guī)律和知識本質(zhì)的基礎(chǔ)上，形成的世中應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生形成物理觀念，這對學(xué)生的終身發(fā)展不可或缺。3如何發(fā)展學(xué)生的物理下文呈現(xiàn)牛頓第一定律的教學(xué)片斷，希冀為探討發(fā)展學(xué)生物理觀念的策略例。3.1分析知識，定位物理觀念發(fā)展的物理觀念不可能在真空中產(chǎn)生，它需要一定的土壤、環(huán)境與溫度，有一個萌芽、孕育、生長、發(fā)展、成熟的過程。物理觀念是在物理知識基礎(chǔ)上建立的，沒有觀念不具生命力。只有深刻理解和把握物理知識，分析物理觀念的支撐堂教學(xué)中準(zhǔn)確定位發(fā)展學(xué)生物理觀念素養(yǎng)的切入點(diǎn)。知識產(chǎn)生的背景與固著點(diǎn)初中物理的學(xué)習(xí)中，學(xué)生已了解牛頓第一定律的內(nèi)容，但不是特別清楚定律建立的對定律建立過程中所用的研究方法也知之甚少。學(xué)生遇到問題時一般是析的角度，不會有意識地依據(jù)力與運(yùn)動的關(guān)系來進(jìn)行分析。高一學(xué)生學(xué)后，初步形成的運(yùn)動觀與相互作用觀，為牛頓第一定律建立過程、研究習(xí)，提供了充分的可能性。知識的生長過程與階段牛頓第一定律的建立過程，是人們對力與運(yùn)動關(guān)系認(rèn)識逐漸深入的過程，物理問題科學(xué)思想方法的過程。知識的生長經(jīng)歷了理想實(shí)驗(yàn)、辨析亞里觀的分歧、理解伽利略理想斜面實(shí)驗(yàn)中所蘊(yùn)含的嚴(yán)密邏輯推理、建構(gòu)牛個階段。知識間的聯(lián)系與結(jié)構(gòu)牛頓第一定律屬于動力學(xué)知識，研究了力與運(yùn)動之間的關(guān)系。懂得動力學(xué)據(jù)物體的受力確定物體的位置及速度變化規(guī)律，才能創(chuàng)造條件來控制物運(yùn)動定律是動力學(xué)的核心內(nèi)容，第一定律是牛頓定律的基石，包含力、富成果的科學(xué)概念，均為物理學(xué)理論的支柱。知識構(gòu)建的物理能力及物理觀念牛頓第一定律構(gòu)建了科學(xué)思維和實(shí)驗(yàn)探究能力。通過對亞里士多德、伽牛頓等代表人物運(yùn)動觀的學(xué)習(xí)，經(jīng)歷觀察、體驗(yàn)、建模、推理、批判和實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)的探究過程，能夠提升學(xué)生的思維品質(zhì)，包括思維的深刻性、獨(dú)創(chuàng)性、廣闊性和靈活性。牛頓第一定律構(gòu)建的物理觀念包括三個方面。[5]一是物質(zhì)觀念，慣性是物體的固有屬性，是一切物體具有保持勻速直線運(yùn)狀態(tài)的性質(zhì)。慣性由物體的質(zhì)量決定，與運(yùn)動狀態(tài)、受力情況等因素?zé)o關(guān)。二是運(yùn)動觀念，牛頓第一定律又叫慣性定律，指一切物體總保持勻速直線止?fàn)顟B(tài)，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。當(dāng)物體不受外力時，運(yùn)動狀態(tài)不變。當(dāng)物體所受的合外力不為零時，運(yùn)動狀態(tài)將發(fā)生變化。三是能量觀念，不論物體處于勻速直線運(yùn)動狀態(tài)還是靜止?fàn)顟B(tài)，實(shí)質(zhì)上是不做功，物體的動能和其他形式能之間沒有發(fā)生轉(zhuǎn)化。讓一個小球沿一始滾下，再滾上另一個斜面時，上升的高度比原來低，是因?yàn)槟Σ亮ψ雠c內(nèi)能之間的相互轉(zhuǎn)化。如果沒有摩擦，小球?qū)⑸仙皆瓉淼母叨龋渴睾愣伞?.2學(xué)生分析，定位物理觀念發(fā)展的認(rèn)知起點(diǎn)在初中階段學(xué)生已經(jīng)對牛頓第一定律和慣性析概括和歸納總結(jié)能力。但不是特別清楚定律的建立過程，對定律建立法也知之甚少。認(rèn)知潛能高一的學(xué)生思維活躍、好奇心強(qiáng)，對于物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象具有有探究其本質(zhì)的愿望。認(rèn)知障礙學(xué)生知道慣性的概念，能通過慣性程式化地解答相關(guān)的實(shí)問題時“慣”二字總是脫口而出。但是其抽象思維能力還有待提高，對于推理過程會存在一定的認(rèn)知困難。3.3目標(biāo)確立，定位物理觀念發(fā)展的經(jīng)歷力與運(yùn)動關(guān)系的探究過程。理解牛頓第一定律的內(nèi)容，能夠運(yùn)用牛頓有關(guān)現(xiàn)象，知道質(zhì)量是物體慣性大小的量度。從伽利略的理想實(shí)驗(yàn)中感受到科學(xué)思維與方法，發(fā)展善于利用生活中的物品進(jìn)行探究性物理實(shí)驗(yàn)的習(xí)慣，提升通過科學(xué)推理得到結(jié)論的能力。通過歷史回顧，激發(fā)對自然科學(xué)的興趣，發(fā)展創(chuàng)造性思維的品質(zhì)和的科學(xué)精神。為了有效地實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，教師需呈現(xiàn)真實(shí)的情境、具體的任務(wù)，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)真問題、提出真問題，開展真研究，而不人為指定解決問題的思路與方法，不壓空間，真正做到以知識為載體，以研究為手段，促進(jìn)學(xué)生包括物理觀念的發(fā)展。3.4多措并舉，落實(shí)學(xué)生物理觀念策略一創(chuàng)設(shè)情境，產(chǎn)生認(rèn)知沖突，呈現(xiàn)觀點(diǎn)碰撞生活情境一如圖1所示。讓學(xué)生感受生活中人推車則車動、不推則車停，舞、無風(fēng)靜止的生活情境?！驹O(shè)計意圖】感受要使一個物體運(yùn)動，必須用力推或拉它。即物體受力就運(yùn)受力就停止。在此基礎(chǔ)上，讓學(xué)生自己總結(jié)得出早在幾千年前亞里士多得出的結(jié)論：力是維持物體運(yùn)動的原因。生活情境二踢足球的實(shí)例，如圖2所示?！驹O(shè)計意圖】引起認(rèn)知沖突，激起學(xué)生主動探究。實(shí)驗(yàn)活動一如圖3所示，相同高度，從表面不同的滑面上分別丟下滑塊，觀察滑塊滑動的距離?！驹O(shè)計意圖】學(xué)生已經(jīng)有摩擦力引起物體滑行距離不同的思想基礎(chǔ)上，介紹與運(yùn)動關(guān)系的探究假設(shè)及他的推斷。策略二自制實(shí)驗(yàn)演示，構(gòu)建正確的物質(zhì)、運(yùn)動、相互作用及能量觀點(diǎn)實(shí)驗(yàn)活動自制斜面演示利用窗簾軌道PVC材料自制雙斜面實(shí)驗(yàn)（如圖4所示），并利用釘子調(diào)度。在兩斜面的同一高度拉一條細(xì)線作為等高線，作好相應(yīng)的紅色標(biāo)記果更明顯，在其中的兩個干電池表面分別包以一次性毛巾和白紙，使3個干電池的表面粗程度不同。演示1控制斜面的傾斜角度不3個干電池（表面的粗糙程度不同），斜面同一高度釋放，觀察運(yùn)動的高度。[5]現(xiàn)象：阻力越小，物體上升的高度越接近等高線。推理：如果是理想斜面，沒有摩擦力，物體將上升到原來等高線的位置?！驹O(shè)計意圖】通過真實(shí)的斜面實(shí)驗(yàn)，學(xué)生觀察到小球會運(yùn)動到比原來稍低一點(diǎn)的位置，意識到斜面摩擦力對于小球上升高度具有一定的影響。演示2不斷降低一斜面的傾斜角度，直至軌道水平，讓小球先后從另一斜面同一高度釋放，觀察運(yùn)動的距離?，F(xiàn)象：運(yùn)動的距離越來越遠(yuǎn)。推理：將斜面變?yōu)樗剑绻麤]有摩擦力，物體將會永遠(yuǎn)運(yùn)動下去。問題1：理想實(shí)驗(yàn)在現(xiàn)實(shí)中能實(shí)現(xiàn)嗎？是不是空想的實(shí)驗(yàn)？問題2：理想實(shí)驗(yàn)是以哪些可靠的事實(shí)為基礎(chǔ)？又經(jīng)過了哪些合理的推理？【設(shè)計意圖】經(jīng)歷理想斜面實(shí)驗(yàn)“可靠實(shí)+邏輯推”的理想實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。初步?gòu)建物質(zhì)觀點(diǎn)、運(yùn)動與相互作用觀點(diǎn)、能量觀點(diǎn)，為后續(xù)奠定基礎(chǔ)。策略三氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證，驗(yàn)證推理結(jié)果，初步形成物理觀念現(xiàn)象：圖5所示，氣墊導(dǎo)軌上滑塊的運(yùn)動是勻速直線運(yùn)動。結(jié)論：力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因。介紹歷史上一些物理學(xué)家的觀點(diǎn)。牛頓643年-1727年，伽利略564年-1642年，笛卡爾1596年-1650年伽利略：物體的運(yùn)動不需要力來維持，若沒有摩擦阻力的影響，物體將在運(yùn)動下去。（伽利略的發(fā)現(xiàn)以及他所應(yīng)用的科學(xué)推理方法，是人類思想[6]一，它標(biāo)志著物理學(xué)的真正開端?！ｎD）笛卡爾：如果運(yùn)動中的物體沒有受到力的作用，它將繼續(xù)以同一速度沿同一直線運(yùn)動，既不會停下來，也不會偏離原來的方向。牛頓：一切物體總保持勻速直線運(yùn)動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，除非作用在它上面變這種狀態(tài)?！驹O(shè)計意圖】理解牛頓第一定律內(nèi)容；了解運(yùn)動學(xué)與動力學(xué)研究角度的差異。策略四從物理視角的看問題，構(gòu)建物理觀念圖6剎車時的情景。剎車前人相對地面做什么運(yùn)動剎車過程中人相對車廂的運(yùn)動情況怎樣？為什么？圖7車子向右加速時水杯中水的情況。車子勻速運(yùn)動時水做什么運(yùn)動？車子加速運(yùn)動過程中，水相對車子怎樣運(yùn)動？為什么？【設(shè)計意圖】能運(yùn)用牛頓第一定律解釋有關(guān)現(xiàn)象。會規(guī)范的運(yùn)用慣性概念，有關(guān)實(shí)際問題。策略五具體的問題情境中，內(nèi)化物理觀念現(xiàn)實(shí)情境1圖8、9是體操和相撲項(xiàng)目，為什么運(yùn)動員的身形明顯不同？現(xiàn)實(shí)情境2高速路上嚴(yán)禁超載和超速，是否質(zhì)量與速度都與慣性有關(guān)？問題情境3如果慣性與速度有關(guān)，是否速度減小慣性也變小?是否速度為零慣性也為零?你能列舉說明嗎?問題情境4“制動距離”與速度有關(guān)，速度與慣性是否有關(guān)，你能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計證實(shí)觀點(diǎn)嗎？“運(yùn)動狀態(tài)改變的難易程度”用什么物理量描述？是否指速度的變化量？實(shí)驗(yàn)情境5圖10是第一章探究勻加速直線運(yùn)動規(guī)律的裝置，如何測量速度的變化量？測量的器材有哪些？實(shí)驗(yàn)情境6圖11為氣墊導(dǎo)軌、光電門裝置，可快速測出滑塊上遮光條通過光電門的擋光時間進(jìn)行測速，同時測量滑塊經(jīng)過兩個光電門的時間間隔?！斑\(yùn)動狀態(tài)改變的難易程”的表達(dá)式是什么？[7]問題情境7如何完成不同速度下的“運(yùn)動狀態(tài)改變的難易程度”的測量?【設(shè)計意圖】遵循問題的發(fā)現(xiàn)、提出、分析、解決過程，創(chuàng)設(shè)恰當(dāng)?shù)那榫常?，讓學(xué)生體會要得到一個實(shí)際問題的結(jié)論需要經(jīng)歷：物理語言(概念界定)、模型建立、實(shí)驗(yàn)設(shè)計和方案實(shí)施的過程，有利于學(xué)生的科學(xué)思維和探究能力的提升用觀念的發(fā)展。結(jié)語物理教學(xué)應(yīng)注重體現(xiàn)物理學(xué)科的本質(zhì)。從知識產(chǎn)生的背景和固著點(diǎn)、知識階段、知識間的聯(lián)系與結(jié)構(gòu)、知識構(gòu)建的物理能力及物理觀念四個方面的內(nèi)容本質(zhì)。準(zhǔn)確把握學(xué)習(xí)內(nèi)容，教師才能在課堂上呈現(xiàn)好玩、有趣的的、引人入勝的物理發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)造，才能用知識的魅力和創(chuàng)造的樂趣激勵學(xué)會學(xué)習(xí)、學(xué)會研究，才能將物理觀念等學(xué)科素養(yǎng)植根于肥沃的物理知識中。學(xué)生的學(xué)習(xí)與素養(yǎng)發(fā)展是教學(xué)工作的出發(fā)點(diǎn)、著力點(diǎn)和歸宿點(diǎn)。對學(xué)生認(rèn)知起點(diǎn)、障礙的分析，有助于教師對學(xué)生的主觀判斷更接近于客觀現(xiàn)實(shí)，進(jìn)而提效性，有助于教學(xué)中準(zhǔn)確把握學(xué)生素養(yǎng)發(fā)展的潛能與困難，為學(xué)生的有供幫助。準(zhǔn)確把握物理知識內(nèi)涵與學(xué)生客觀現(xiàn)實(shí)的前提下，創(chuàng)設(shè)恰當(dāng)?shù)纳钋榫硨?shí)情境、問題情境，在情境中經(jīng)歷觀點(diǎn)碰撞、正確觀點(diǎn)構(gòu)建、物理觀念過程，充分發(fā)揮牛頓第一定律的育人功能，使學(xué)生的物質(zhì)觀念、運(yùn)動觀與相互關(guān)系觀念得到真實(shí)有效的發(fā)展。參考文獻(xiàn)[1]中華人民共和國教育部。普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）[S]。北京：人民教育出版社，2020：4-4。[2]羅瑩.物理核心素養(yǎng)研究：物理知識與物理觀念[J].物理教師，2018，39（09）：2-6.[3]邢紅軍，石堯