问题链接实施思维型教学的实践

2020-09-22梅家烨

物理教学探讨 2020年8期

梅家烨

摘要：以“动量和动量定理”的教学内容为例，阐述在深度学习理念下基于问题驱动促进深度学习的教学策略，探索学生建构模型、逻辑推理和科学论证等科学思维能力得到提升的有效路径。

关键词：问题链;思维方法;教学策略;深度学习;核心素养

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2020）8-0013-3

物理学科核心素养是学生在物理课程学习过程中逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力，主要包括物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个方面。教学的愿景在于使学生“会用物理观念认识自然”“会用科学思维思考自然”“会用科学探究发现自然”“会用科学态度对待自然”以及“会用科学语言表达自然”[1]。

彭前程老师指出，能突出核心素养教育的教学可以是“思维型教学”，思维型教学的大致流程是：创设问题情境—提出问题—自主探究—总结反思—应用迁移[2]。本文以“动量和动量定理”为例，阐述构建“思维型教学”的体会，指出将该教学模式运用于物理课堂教学所取得的积极效果。

1 创设情境，提出原始问题

师：上节课我们学习了碰撞，这节课开始，我们先来感受一下碰撞（播放视频慢火车撞汽车，子弹击中铁皮、苹果），通过视频大家可以发现物体发生碰撞时的效果和物体的速度、质量都有关。上节课的实验探究表明，两个物体在发生碰撞的时候它们的mv之和可能保持不变，这让人们认识到mv这个物理量具有特别的意义。我们将mv定义为一个新的物理量，叫做动量。今天我们就来学习动量的相关知识。（板书）动量我们用字母p表示，它等于物体的速度和质量的乘积。关于动量的理解，我们先来看一个例题。

例质量为1 kg的小球以3 m/s的速度向右撞向墙壁，然后以3 m/s的速度沿同一直线反弹。

问题1：小球的动量变化了吗？（学生答变了，因为动量是矢量，其方向与速度方向相同）

问题2：小球动量变化量的大小和方向？（学生动手推演）用幻灯片展示某个学生的推演内容，分析存在的问题。

上节课我们得知两个物体在碰撞前后动量之和可能保持不变，但是每个物体的动量很明显发生了改变。

问题3：那么，某物体的动量变化的原因是什么呢？（有学生回答是因为受到力）关于这个问题，我们先不下定论，先来看一个实验。

2 巧设体验，引发认知冲突

在物理教学中，创设合适的教学情境，可以使抽象的物理概念和规律更加形象化，更易于学生理解。并且在教学过程中，教师注重学生的主体地位，让学生亲身体验，获得直接经验，有助于取得更好的教学效果[3]。

巧妙设计这个将灯泡砸向挂在空中的铁皮的实验，使用一个灯丝已经烧坏了的废旧灯泡，为了避免可能产生的玻璃渣，用塑料袋将灯泡包裹起来。

在学生动手实验前，教师向其交代注意事项，第一要用力，第二一定要砸在铁皮上。数次砸到铁皮上，灯泡不破[如图1（a）所示]。然而，将灯泡砸向墙壁，仅仅一次灯泡就破了[如图1（b）所示]。破碎的玻璃渣被塑料袋包住，未对环境造成不良影响，也未伤到任何人。

（a）（b）

这个实验与学生已有的观念形成了强烈的认知冲突。

按照建构主义的观点，学生进行知识建构时，存在“同化”和“顺应”两种基本过程。就知识的顺应而言，新知识的获得意味着旧的认知图式的改变。要改变学生的认知图式。教师首先应该了解学生现有的知识和经验，组织教学时要激发学生相关的知识和经验，然后去制造认知的冲突，破坏原有图式的平衡，让学生在强烈的矛盾冲突中由“无疑”到“生疑”引起求知欲望。力图找到新的平衡，实现顺应。由“有疑”到“释疑”完成知识的建构[4]。

问题4：灯泡砸到铁皮上和砸到墙壁上效果完全不同，灯泡和铁皮、墙壁分别碰撞时，哪种情况受到的力更大？（有学生回答和墙壁碰撞时受到的力更大）

问题5：为什么和墙壁碰撞受到的力更大呢？如果认为两次扔出灯泡的初速度基本相同，碰后速度几乎降为零，则可以认为灯泡动量的改变是相同的，而灯泡受到的力却不同，这说明灯泡动量的变化除了与力有关，还应该与其他因素有关，是哪些因素呢？（学生讨论猜想发言：接触面积、时间、速度、形变量、材质、质量）

3 演繹推理，促进抽象思维

有了诸多猜想之后，我们可以进行理论推导，为了进行推导，可以先建立以下情境模型：光滑水平面上有一质量为m的物体向右运动，在向右的恒力F作用下，速度由v变为v'。

问题6：根据牛顿第二定律推导Δp（即mv'-mv）与力F及其他物理量有何关系？（用幻灯片展示学生的推演内容）。

说明动量的改变等于力和时间的乘积。动量改变一定的情况下，作用的时间越长，力就会越小。

问题7：哪位同学可以解释灯泡不碎的原因？（生1回答，灯泡撞击铁皮时，作用的时间应该比较长;生2回答，铁皮移动了，获得了一定的动量）

问题8：为什么作用的时间比较长呢？（生2回答，因为铁皮的后面是空的，铁皮可以向后移动，在移动的过程中，灯泡和铁皮的接触时间就变长了）

可以类比以前学习的内容，力和位移的乘积我们把它叫做功，这里力和时间的乘积我们把它叫做冲量。动能变化对应功，动量变化对应冲量。

问题9：公式I=Ft中，F指的什么力？（生1回答拉力，生2回答合力）

教师作出评价，并板书：物体动量的改变等于合力与时间的乘积（得出动量定理）。

4 归纳总结，提升认知维度

问题10：如果运动过程是两个匀变速过程，全过程物体动量变化量与冲量有什么关系，如图2所示？（学生推演、讨论后回答）

问题11：如果运动过程是三个匀变速过程，动量变化又与冲量有何关系呢？

问题12：如果运动过程是多个匀变速过程呢？

问题13：如果运动过程是变力作用过程呢？

学生在解决新场景问题时，总会自觉或不自觉地应用已有的认知去表征问题、归类问题、寻找解决问题的图式，而循序渐进地建构模型，则为迁移提供了前提，有利于让学生抓住思维的锚点，逐层展开，层层递进[5]。因此，可以通过以上的层层问答，辅助学生的思维，实现螺旋式的上升。此教学片段对应的学生思维活动，可以通过图2外显出来。最终有利于知识体系建构和思维跃迁之间的有效互动，从而提升学生的思维品质和认知维度。

5 应用迁移，回归生活物理

5.1 △p一定时，作用时间越长，作用力越小

问题14：如果让鸡蛋从这个高度落下，鸡蛋会碎裂吗？（用塑料袋将鸡蛋包起来）

演示鸡蛋落到泡沫里并未碎裂的实验，让学生体会到鸡蛋落到泡沫里作用时间较长的形象思维。展示图3中的图片，试着让学生来解释它的用处和蕴含的物理知识，训练学生会用科学语言表达自然的能力和意识。

5.2 △p一定时，作用时间越短，作用力越大

问题15：以上的例子都是通过延长时间减小力，有没有通过缩短时间增大力的案例呢？（敲钉子，如图4所示，让学生来解释）

师：这节课，我们认识了动量，学习了动量定理，知道了物体动量的变化取决于合力和时间的乘积，生活中有很多现象都可以用动量定理来解释，我们要学会用物理的眼光去观察和认识生活中的现象，物理源自于生活，而又服务于生活，生活其实就是一部丰富的物理书。同学们用心去体会一定会发现我们的生活其乐无穷。

参考文献：

[1]王耀村.面向核心素养的科学课程建构与教学建议[J].物理教学，2018，40（8）：1-4.

[2]杨春生.基于核心素养的原始物理问题编制策略实踐研究[J].中学物理教学参考，2018，47（8）：1-3.

[3]王胜华，侯恕.高中物理课堂教学情境创设的研究——以“牛顿第一定律”为例[J].物理教学探讨，2017，35（2）：19-20.

[4]吴爱林.设置认知冲突实现知识顺应[J].中学物理，2014，32（4）：26-27.