“影视资源”在高中物理核心素养之科学思维形成中的应用策略

【摘 要】本文利用“影视资源”创设若干个物理情境，让学生在合作与交流的过程中利用物理观念提出有效问题，再在解决问题的过程中培养学生科学思维与实验探究的能力，从而实现物理核心素养的养成。

【关键词】 影视资源 核心素养 物理情景 物理观念 科学思维 建模能力

物理核心素养是学生在接受物理教育过程中逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力，是学生通过物理学习内化的带有物理学科特性的品质，是学生物理核心素养的关键成分[1]。高中物理核心素养主要由“物理观念与应用”“科学思维与创新”“科学探究与交流”“科学态度与责任”等四个方面的要素构成[2]。其中“科学思维”主要指高中物理中重要的思维方法，包括建模的思想、理想化方法、分析综合、抽象概括、批判性思维、推理论证等思维与方法； 物理课本中的有些知识如电磁场本身就看不见摸不着，很抽象难以感受的到。科学思维方法的形成一方面要在课堂简单情景中学习时生成，但更需要在新情景的应用中得以提升，特别是建模能力及分析综合能力的提升需要。

影视作为一门集视听娱乐于一体的综合性的现代艺术，也是现实生活的缩影，无论是从制作过程还是从画面内容上来看，影视中都蕴藏了大量的科学素材，从这些影视资源中鉴别和吸取出有价值的物理素材是一个拓宽课程资源的可行途径[3]。对于物理学科而言，如何创造性地开发和应用影视中的这些素材，设计出影视资源与中学物理教学整合的有效案例使其在培养学生物理学科核心素养发挥一定的作用呢？经过近两年的研究，笔者认为影视资源在培养学生科学思维形成中的应用时可采用以下策略：

1、利用影视资源培养建模能力

建模能力的培养过程需要学生使用物理思想方法将物理中的概念、定理和法则等应用于现实生活中。物理思想方法就是我们建立模型的灵魂，物理情景就是材料，物理中的概念、定理和法则就是建模的工具。建模的过程是学生自发的、有策略的将物理知识应用于物理情景的过程。处理物理情景將将其是实现物理知识“四化”的具体体现，这需要学生在完全陌生的环境中建立起物理模型，并将物理知识和物理思想方法运用其中。由此可见，建模能力的培养在物理核心素养养成中的重要地位。物理观念和物理思想方法融合于物理概念、定理、公式、法则、定义之中，这是它们的精神和灵魂，同时物理思想方法是形成物理观念的前提。在物理学习中，物理思想方法的掌握、物理观念的形成是使物理知识条件化、结构化、自动化和策略化的关键。

《电磁感应》是高中物理课本中的重要知识，电磁感应现象在实验室中演示功能很有限，这些实验仅能有助于让学生掌握物理知识，但将物理知识转化为物理观念的功能有限。但如何才能通过其学习才能将物理知识转化为物理观念呢，为了培养学生在知识的应用过程中，利用笔者就借用了《变形金刚》中的一个片段创设了电磁炮的发射情景（图1），学生很自然的想知道电磁炮工作原理。在激发学生强烈的学习兴趣后，让学生应用已知的物理知识，在新情景中建立物理模型，在利用网络查找对比物理模型从而验证建立模型的正确性，图2为一网络上的电磁炮模型。

2、将抽象的模型理想化处理

在物理科学的发展过程中理想物理模型的建立是一种重要的物理思想方法。理想物理模型的建立要求建立模型的过程中抓住主要问题，忽略次要矛盾，尽可能的把复杂的问题简单化，做到科学的抽象。这个过程在教学中往往被老师包办了，学生的并不知道理想化的目的所在，更谈不上理想化处理的策略，可这种理想化处理的策略正是物理核心素养之一。如何才能更好的培养关键在于抓住主要问题，下面以电磁炮模型的建立为例谈谈建立的策略。电磁炮的关键在于如何发射，其动力来源在哪里？学生带着这个问题就会想到滑块受到安培力，可是磁场从哪里来？从轨道的电流中产生。这就涉及到电流周围的磁场是非均匀的，且距导线越远处磁场越弱。可是由于滑块的长度是较小的，为了抓住主要问题，就可以忽略磁场的变化了，那么还受哪些力呢？自然想到了重力和摩擦力，为了突出主要问题就可以提出金属杆水平和忽略摩擦力这些理想化条件了，具体处理过程如下表所示。学生只有在这种解决问题的驱动中进行理想化处理才能真正提升其科学思维素养。

表1 理想化处理

理想化处理 处理目的

第1次处理 滑块所在位置始终可以简化为匀强磁场 忽略磁场的变化

第2次处理 平行金属导轨沿水平方向固定 忽略重力在金属导轨方向上的分力

第3次处理 滑块可沿导轨无摩擦滑行 忽略摩擦力

经过3次理想处理后，得到了一个处在匀强磁场中水平导轨上运动的单杆模型

3、利用影视资源培养分析综合能力

理想化模型建立后就需要学生应用所学的物理知识及物理思想方法对模型进行分析综合、推理论证，能过抽象概括其中的物理现象和规律，甚至批判性的提出一些问题和改进的措施，整个分析过程就是科学思维与创新这一核心素养的形成过程。为了让学生能够动手计算推导自己建立的模型，笔者引用了北京市高考题中的关于电磁炮模型（图3）的一些数据如：匀强磁场，方向垂直于纸面，其强度与电流的关系为B=kI，比例常量k=2.5×10-6T/A。两导轨内侧间距l=1.5cm，滑块的质量m=30g，滑块沿导轨滑行5m后获得的发射速度v=3.0km/s（此过程视为匀加速运动）等， 图3

同时给学生提出了（1）求发射过程中电源提供的电流强度（2）若电源输出的能量有4%转换为滑块的动能，则发射过程中电源的输出功率和输出电压各是多大？（3）若此滑块射出后随即以速度v沿水平方向击中放在水平面上的砂箱，它嵌入砂箱的深度为s'。设砂箱质量为M，滑块质量为m，不计砂箱与水平面之间的摩擦。求滑块对砂箱平均冲击力的表达式。

在这些问题的分析过程中，让学生经过建模和理论计算等科学思维过程将牛顿运动定律、能量和动量等等高中物理主干知识应用于电磁炮模型之中，在这个过程中就要利用较高水平的思想活动应用物理知识中蕴含的思想、观点和方法，从而提升了科学思维与创新这一核心素养。

由影视资源抛出一个现实生活中的场景，学生应用建模、理想化处理及分析综合等科学思维方式来处理生活中的物理。模型的研究有着开放性的问题和科学的思维方式，有效的提升了科学思维与创新这一核心素养，还更大程度地调动了学生学习的主动性和探索发现的积极性。

参考文献

[1]林明华. 积极探索基于核心素养理念下的物理教学[J].中学物理，2016（2）.

[2]林明华.高中物理核心素养的内涵与培养途径[J].福建基础教育研究，2016（2）.

[3]洪家旺.初中物理视频资源的开发和利用探析[J].教学研究，2015（9）.

作者简介

姓名：吴旭东出生年：1980年

性别：男

学历：研究生学历

职称：中学一级

研究方向：中学物理教学研究