“功”的教学与物理核心素养的培养

摘 要：最新的物理课程标准要求要培养学生的核心素养，核心素养的要求对学生来讲是全面的发展，而对教师来讲培养的任务也是非常艰巨的。物理这门学科对学生未来的发展有比较重要的作用，而且与学生的日常生活也是息息相关的，通过有效的核心素养的培养，让同学们能够应用课堂上学到的知识解决更多实际的问题。物理核心素养的培养主要在课堂教学中完成，本文主要讲述高中物理“功”的教学中如何引入新课，如何帮助学生建立知识网络，掌握物理研究方法，形成能解决问题的科学思维。

关键词：核心素养;功;微元法;化变力为恒力

物理学科中的核心素养的培养内容，主要是让学生能够通过课堂上学到的知识，实现个人能力的发展，要通过相关知识的积累，形成一种适应社会发展的品格和关键的能力。物理这门学科对学生未来的生活和发展会产生较为重要的影响，而且也需要通过课堂上知识的内化，形成一种带有物理学科特性的思维品质，让学生正确认识科学发展的本质，并且长期对于科学素养的发展及生活中的物理存在着强烈的好奇心，能够在求知欲的引导下积极主动地与他人合作，建立一种相互尊重的关系，能够在物理相关知识的研究中、在物理证据的支持之下，符合逻辑地发表自己的见解，在实事求是的要求当中更好地探究物理的研究成果。以物理核心素养的发展为导向展开的教学需要各位教师从物理观念、科学思维、实验探究、科学态度四个维度进行科学有效的教学计划，有组织、有目标在课堂上与学生建立一种良好的合作关系，通过双边的互动实现预设的教学目标。

一、高中物理课堂上培养学生核心素养的主要内容

一个知识的形成首先是发现问题、提出问题，然后想：怎么办？找到解决问题的途径、公式、方法，然后把这种方法应用于同类问题中加以验证，再提炼总结解决这类问题的方法，从而逐步建立知识体系。完善的知识体系是同学们后续进行深入问题研究的基础，更是帮助同学们实现个人见识增长的重要途径。在高中阶段学习的知识有一定的难度，特别是物理这门学科更是对同学们的逻辑思维能力和抽象思考能力的发展有很高的要求。帮助学生建立相对完善的知识体系是每一位教师的重要教学任务，也是在长远教学中需要制订的宏观教学目标。

人类对知识的渴望就是从一个一个的问题开始的，高中阶段的学生处于青春发展的关键时期，同学们的思维也是相对活跃的，在课堂上有效地通過对学生求知欲的调动来实现问题的探索以及课堂效率的提升有非常重要的价值。在物理学的发展史中，为了解决问题，科学家们前仆后继，如今同学们可以不用再逐一研究，我们可以直接学习前人建立的知识体系，但是这种知识体系的学习不应该建立在简单的记住和应用，更多要从这个知识的问题来源，解决问题方法入手，理解公式概念的形成过程。西湖大学校长施一公说：“科学上没有所谓的真理，你们在课堂上学到的所谓的公理、定理，都是前人对自然现象的归纳总结，是现状下最好的归纳总结，可以有效解释自然现象，甚至推测一些还未发现的现象，随着人类对周围环境和宇宙认识的加深，这些公理、定理都会有失效的时候。”最新修订的高中物理课程标准提出要培养学生的核心素养，所谓的核心素养更多的是指学生对物理概念规律的认识，知道这些规律的形成过程，能把这些规律应用于生活、工作、个人认识中，理解物理规律的研究方法，形成一定的实验能力，以提高个人的科学素养，形成能解决问题的科学思维。核心素养的培养要从问题开始，知道遇到什么问题，目前用什么方法解决，有哪些定律可以用，怎么用。基于这样的教学发展，各位教师必须要对当前的教学行为进行认真的思考，同时也要有针对性地对自己的教学理念进行改革和完善，在课堂上要想更好地引导同学们学习和成长，就必须要做到教学方案的调整与时俱进，让每一个学生都能接受公平的教育，让学生都能接触到更加丰富的教学资源。而每一个学生在能力方面的表现也有所不同，教师针对同学们的实际学习情况展开的课堂教学必须要能够满足大部分学生的根本需要，同时也要结合同学们的实际学习情况来进行方案的调整，要有针对性地让学生受到教师的引导，并且都能实现课堂上的有所进步。

二、以“功”的教学为例，浅谈如何在教学中培养学生的物理核心素养

高中学生核心素养的培养主要以教学为载体，以学生知识和思维形成为过程体现出来，是着眼于学生的发展，同时贯穿在物理基础知识的学习过程的。而教学中，大部分教师都会选择以教材的内容为核心展开实践研究，虽然教学中介绍的大部分知识都是物理学习的基础，也是学生长期逻辑思维发展所要遵循的基本规律，但是教材的内容毕竟是有限的，这对于同学们来讲，在掌握了这些基础部分之后，很难进行必要的物理学习拓展，这对于学生个人能力的发展会有一定的阻碍。要想实现更加高效的物理课堂教学，让同学们的核心素养能够在教师的有效引导下，实现扎实稳定的提升，就一定要注意物理课堂学习的过程不能受到教材的约束，教师需要进行必要的教学扩充，通过其他途径帮助学生收集，并传授更多相关的物理学知识，让学生个人的物理学习视野得到有效的开阔，而教师也必须意识到，在教学中进行适当的拓展对学生个人能力的发展才会有更大的帮助。

为了让该部分的论述具备更强的指导性和可操作性，让学生能够在教师的影响之下，通过有效的课堂教学实践实现核心素养的发展，也让各位教师能够明确在课堂上怎样进行有效的教学设计才能让同学们必要的核心素养得到有效的提升，下面我将以高中物理必修二“功”的教学为例，浅谈在教学中如何培养学生的物理核心素养。教学具体分为下面几个阶段：

阶段一：温故而知新。在初中物理中，学生已经形成功的基本定义了，教学时可以先复习初中关于功的两个重要知识点：1.功的计算：功等于力乘以在力的方向上移动的距离，当力与位移垂直，这个力不做功，即W=0，当力与位移平行，这个力做的功为W=FS。2.做功的过程就是能量转化的过程。

阶段二：以旧引新。可以这样进一步问学生：我们学过了力的合成与分解，那如果一个力与物体运动的位移有夹角θ，这时怎么求这个力做的功？这时学生已经有矢量的合成和分解的知识基础，学生很容易得出，将力或位移分解为互相平行和互相垂直两个方向，平行W=FS，垂直W=0，即分解后取平行分量出来，因为力与位移夹角为θ，则W=FScosθ，进一步分析可以得出以下结论：当这个力与位移的夹角小于900，这个力对物体做正功，当这个力与位移等于900，这个力对物体不做功，当这个力与位移夹角θ=900～1800，这个力对物体做负功。到这里，我们得出了大小方向不变的恒力做功的求解方法。

这里物理核心素养的培养任务：让学生理解公式的来源，明确公式的使用条件，知道如何求恒力做功。这个任务通过这样的教学已经基本完成。

问：如果是变力做功，怎么办？如下：

例1：如下图，质量为m的物体从距地面高为h的曲面上的M点沿曲面滑到N点，这个过程中曲面对物体的支持力对物体做了多少功？

解析：物体滑下来的过程中，支持力的大小、方向时刻都在变化，不能用恒力做功公式W=FScosθ。物理思维：如果能把变化的力变成大小方向不变的力，那就可以用公式求解。

介绍物理方法：微元法，这是一种极限思维方法，指对某个过程或某个物体进行无限分割，再对其中一个微小单元进行研究，找出规律，再累计求和，最终解决整体的方法。微元法的目的是使在整体里是变量的物理量，在微小单元里可以看成不变量，从而适用一般公式。

例1：如果将物体运动的位移分割逼近，取某一微元研究，支持力一直跟微元位移垂直，在这一微元中支持力极微小，可以看成恒力，适用公式W=FScosθ，由于FS夹角等于900，支持力不做功，每一微元支持力做功都为零，把所有微小单元支持力做的功加起来，总功就为零。这就是求变力做功的第一种方法——微元法。方法总结：由于微元法所取的“微元”最终要叠加起来，所以“微元”的量必须具备“可加性”特征。

例2：质量为m的物体放在水平面上，某时刻开始受到一个大小变化如下图的水平力的作用，在水平方向上运动了位移S0，求这个力在0到S0的位移内对物体做的功。（不计物体与水平面間的摩擦力）

解析：此题中所求力与位移在同一直线同方向，但力的大小一直变化，是一个大小变化但方向不变的力做功，不能直接用公式W=FS求这个变力做的功。得想办法将这个大小变化的力变成恒力做功才可以求解，一般的处理方法是将物体走过的位移分成尽可能多的小段，在每个小段位移中，力大小变化可以忽略，即可以认为恒力做功，就可以用恒力做功的公式W=FS求每一小段位移这个力做的功，注意到每个小段位移力做的功F·S对应F-S图像中每个柱状面积，将这些柱状面积都加起来即为这个力做的总功。这就是求变力做功的第二种方法——F-S图像面积法。

同时如果力与位移成F=kS+b（如上图1），而且这个变力的方向与位移同向或反向，这个力做的功就等于上图F-S图像中图线与S轴所围的面积，由梯形面积公式得，这就是求变力做功的第三种方法——平均力法。

例3：如下图所示，一个可近似看作质点的物块m放在光滑水平面，一条轻绳通过定滑轮用大小不变的力F拉着物块向右运动，定滑轮与物块间高度差为h，绳与滑轮间的摩擦不计，开始时，轻绳与水平面夹角为α，物块向右运动一段时间后，轻绳与水平面间的夹角变为β。求这段时间内绳的拉力对物体做的功。

解析：拉力F是变力（大小不变，方向改变），不能直接用公式W=FScosθ，由于公式只适用于恒力做功，所以引导学生怎么把求变化的力做功转化为求恒力做功，这里，有学生就会想到在定滑轮拉绳那端拉力F大小和方向都是不变的，是恒力，可以直接用功的公式求解，但是要注意这时位移为绳移动的位移。

代入公式可得：

。

这就是求变力做功的第四种方法——化变力为恒力法。

至此，我们完成了恒力做功基本公式的推导，求变力做功四种方法的教学，这些知识都是在教师的引导下，以问题为导向，让学生自己逐步推导，领悟物理研究方法的基础上形成的。这种教学方法摆脱了原来直接教学生公式，再用大量练习让学生记住公式的模式，在教学中让学生用已学的知识解决新问题，再得出新知识，逐步让学生理解各个公式的来源，建立物理知识网络，强化了知识运用能力的培养，让学生体会物理知识在生活中的应用，形成科学思维，也培养了学生的物理核心素养。

参考文献

[1]林钦，陈峰，宋静.关于核心素养导向的中学物理.教学的思考[J].课程，教材，教法，2015（12）.

[2]余友煌.如何在中学物理核心概念教学中培养学生的核心素养[J].西部素质教育，2016，2（24）：240.

作者简介：童秀平（1975—），女，汉族，福建漳州华安人，福建省漳州市华安县第一中学，中学一级，理学学士。研究方向：高中物理教学。

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