高中物理核心素养中科学思维的培养——以《动能定理》为例

付树雷

（江苏省徐州高级中学，江苏徐州 221009）

引言

在我国，虽然核心素养日益受到广大物理教师的关注，但高中教育仍面临着学生普遍缺乏物理素养的窘境，如何在物理教学过程中有效培养他们的科学思维，就成了大家关注和讨论的话题。科学思维是从物理角度来客观认识物质本质属性、内在的规律及相互之间的关系，是其他素养的先决条件[1]。本文以《动能定理》这一节为例，提出了以下几种培养学生物理科学思维的方法，希望和大家共同探讨。

一、抽象模型，引导学生思考

为了形象、方便地处理问题，人们通常将复杂的生活现象转化为简单的理想情境，从而得到具有经验性的规律——物理模型。因此，教师应当重视学生在具体情境中抽象物理模型的能力。在日常教学中，教师要引导学生思考如何提取实际问题中的重要因素和本质特征，忽略次要因素或非本质特征，在研究过程中如何简化研究对象的复杂状态，从而得到与事实情况相符的物理模型。笔者发现，在考试中一些情境新颖、过程复杂的试题会导致学生很难得分，究其原因，学生不能在这种新的情境中构建出相同或相似的物理模型，导致没有思路而无从下手。

开始授课时，笔者向学生展示了两段视频情境：①皮球从一定高度静止落下，多次反弹后最终停止；②滑板运动员从高处沿曲面冲下。通过这两个情境，学生意识到有些物理过程利用牛顿运动定理不能或很难解决。随后，笔者举例：汽车以初速度υ1出发，在恒力F的作用下行驶一段路程后，速度增加到υ2，指导学生视路面给汽车的阻力为定值、忽视风阻等其他影响因素，进而简化、抽象得到物体在恒力作用下做匀加速直线运动这一模型，然后运用牛顿定律得到它所遵循的数学表达式，并在此模型的基础上，引导他们找到与能量相关的物理量，即W=F合S。笔者通过举例给出动能的定义，即物体因为运动而具有的能就称为动能，从而为接下来分析动能定理的本质起到了铺垫的作用。在学习开始环节，学生通过忽略实际环境中的风阻等次要影响因素抽象得到物理模型，体会到建模思维，从而提升了科学思维能力。

二、科学推理，提升创新思维

在学生掌握旧知识后，教师再指导他们加入新条件来推导得到新知识，通过已知推出未知，并由实验验证得到一般性的规律。需要引起注意的是，科学推理的过程是建立在逻辑的严密性、数据的可靠性基础上得到相关结论。物理教材内有大量通过实验总结得到规律的素材。学生在推导完定理后，不仅能够对知识加深理解，还能掌握从特殊到一般的演绎推理思路，从而提升自己的创新思维。如何处理好新旧知识间的关系，如何通过已有知识推导得到新知识，既考验着教师的备课智慧和授课技巧，又能够培养和考察学生的逻辑推理能力。

在推理环节，笔者说道：“在已经建立的模型中，我们知道了汽车的初、末速度υ1、υ2，那么功W与速度υ之间存在怎么样的关系？即想办法将力F合和位移S去掉，大家回想以前的公式，谁知道位移S与υ的关系？”学生纷纷回答：“是笔者说道：“那么，我们代入到公式W=FS中，

合看看能得到什么？”学生回答：“得到W=。”笔者又问：“请问 等于什么？”学生回答道：“根据牛顿第二定律F=ma就是m。”笔者回答道：“好，我们将m带入上述公式，大家简化下得到什么？”学生得出，在之前，大家了解到物体因为运动而具有能量，这种能量就是动能。我们定义就是小车在速度为υ时的动能，即1最终得到动能的表达式 EK。

三、科学论证，内化教材要点

物理是一门自然学科，需要大量的论证过程来验证相关的规律或定理。物理推导的过程有很多奇妙的思路，如极限法、微积分法、替代法等，体现了教学大纲中利用数学知识解决物理问题的要求。学生通过科学论证来检验教材内容，最终内化相关知识。在物理教学中，教师应着力提升学生的科学论证能力，充分采用小组合作的形式来培养其物理科学思维能力。在小组合作过程中，学生能够通过交流来活跃思维，同时，教师要走下讲台参与到互动活动中，让学生在问题引领下不断地横向和纵向发散思维，从而培养他们思维的灵活性，提出解决问题的办法并进行论证，最终提高其科学思维水平。

在论证环节，笔者问道：“如果物体同时受到几个力的作用，那么W表示什么？”学生回答：“表示物体做的总功。”笔者趁势又问：“我们刚才推导在恒力作用下物体的直线运动状态，假如物体做曲线运动或受到变化的力，动能定理能不能适用？”学生开始进行思考，在他们思考几分钟后，笔者引导提示学生：“我们能否尝试运用微元法来得到动能定理？”在高一阶段，学生已经在推导匀变速直线运动位移和时间关系中接触到了微元法的思想，笔者就抓住微元法中“变化”这一本质特征，通过限制“变化”的时间和空间，将过程分成无数的情况，还适用于变力做功、曲线运动的情况。通过上述分析思路，学生就能有效地将相关教材知识内化为自己的知识，从而有效提升物理科学思维。

四、质疑创新，拓展学生思维

在当前教学模式中，由于教师的“填鸭式”教学、加之自身缺乏引导意识，导致课堂教学气氛不够自由民主，学生只能从内心质疑物理教学内容，很难形成自己的知识体系。物理的发展过程就是科学家不断质疑和验证的过程，牛顿通过质疑苹果落地现象而发现万有引力定律，因此，教师应当重视学生的质疑创新能力的培养，让他们能够从高中迈出创新的第一步，培养主体创新意识。在学习过程中，学生面对疑难问题时可以多问“为什么”，从某种意义上讲，提出问题就意味着思考问题，通过反思活动能够提升自身发现问题、思考问题的主动性。

在当堂检测环节，笔者为学生布置了两道习题：①将两个相同的金属球以相同的速度分别向下及水平抛出，落在同一水平面上，比较两者落地时速度的大小。②一质量为m的物体，从倾角为θ，高度为h的斜面顶点A处无初速度地滑下，到达B点后速度变为υ，然后在水平地面上滑行χ0位移后停在C处。求：如果把物体从C点拉回到原出发点A，拉力至少要做多少功？第①题检验学生对课堂教学情况的掌握程度，学生由动能定理得出落地时速度相同，但心中仍不太信服，笔者利用传感器演示实验，学生发现实验结果跟自己推论一致，印象势必更加深刻；第②题检验学生对动能定理的综合应用能力，笔者通过第②题检验学生掌握功、动能定理的情况，然后再引导他们得到应用动能定理的步骤及注意事项。

结语

随着“万众创新，大众创业”如火如荼地开展，学校和社会越来越重视对人的能力、素养的培养。在此背景下，广大物理教师应当加大对教材的研究力度，努力提升自身的专业素质，通过“巧妙”的课堂教学来提高学生科学思维能力，帮助他们形成终身受益的思维习惯，进而提升其物理核心素养。

[1] 刘亚珍.基于能力培养的高职实践教学体系的构建研究[J].职教论坛,2015(11):57-60.