探讨物理概念 培养核心素养①——以“线速度”教学为例

(1. 广东省汕头市实验学校，广东 汕头 515041;2. 广东省佛冈县第一中学，广东 清远 511600)

探讨物理概念培养核心素养①
——以“线速度”教学为例

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(1. 广东省汕头市实验学校，广东 汕头 515041;2. 广东省佛冈县第一中学，广东 清远 511600)

介绍人教版物理课本对线速度概念的相关描述，引导学生发现教材中存在的问题，通过师生合作学习方式，组织学生展开探讨，最终建立起线速度的正确概念，从而培养学生的物理核心素养。

线速度；物理概念；核心素养

物理概念是研究物理学的起点，若物理概念的定义不清晰，人们对自然现象的描述就会不准确，从而阻碍物理学的发展。本文以探讨“线速度”教学为例，探讨在课堂教学中培养学生物理核心素养的策略。

1 教材中“线速度”概念的叙述

笔者查阅了近三十年的人教版物理教材，线速度的概念有以下两种叙述。

图1

从以上描述可以看出：人教版教材把线速度都定义为弧长与时间的比值，并指出线速度就是瞬时速度，且是矢量，有大小也有方向。

2 “线速度”概念的逻辑错误

笔者要上汕头市公开课，内容为“圆周运动”，所以备课特别认真，竟然发现人教版线速度概念的描述存在逻辑错误：线速度定义为弧长与时间的比值，弧长和时间是标量，线速度应是标量，教材为何说线速度是矢量呢？

笔者的第一反应是直接指出教材的逻辑错误，但转念一想，教材在中学生心中权威最大，若直接指出，估计难以让学生信服，不如引导学生自己发现教材中的问题，进而更正教材错误，从而建立线速度的正确概念，笔者认为这个探讨过程比概念本身对学生更有意义。

3 “线速度”概念的教学过程

培养学生的物理核心素养是高中物理教学的方向，探讨线速度的概念是培养学生物理核心素养非常宝贵的素材，因此，笔者认真设计教学过程，尝试在课堂中落实物理核心素养教育目标。

随后笔者采用合作教学模式，引导学生发现并解决问题。

师：教材对线速度的描述存在一些问题，给大家5分钟时间，看能否找出？

生：老师，我认为教材中“弧长Δs也就是物体由A到B的位移Δl”的说法是错误的。

师：为什么？

生：因为弧长是圆弧的长度，有大小无方向，是标量，而位移是由起点指向终点的有向线段，有大小也有方向，是矢量。所以不能说“弧长Δs也就是物体由A到B的位移Δl”，而应该说“弧长Δs与物体由A到B的位移Δl的大小相等”。

师：非常好！不但发现了问题，而且能够说明原因，并提出解决方案，给你点赞！

师：大家继续思考，还有一处错误。

几分钟过去了，还是没有学生发现线速度的逻辑错误。

师：位移是矢量，时间是标量，位移与时间的比值是速度，速度是矢量，其方向与位移的方向相同。速度的变化是矢量，时间是标量，速度的变化与时间的比值是加速度，加速度是矢量，其方向与速度的变化方向相同。即只有一个是矢量，一个是标量，比值才会为矢量。

生：老师，我发现问题了，弧长是标量，时间是标量，则线速度不可能为矢量。

师：心有灵犀一点通，言之有理！

一石激起千层浪，同学们议论纷纷，物理教材竟然也会出错！

师：我们既然发现了教材存在逻辑错误，那么我们应该如何理顺教材逻辑呢？

虽然学生已经发现了教材逻辑错误，但要学生自己理顺教材的要求太高了。因此笔者采用问答形式，降低思维梯度，帮助学生得出线速度的正确概念。

师：请问速度的定义是什么？

生：位移与发生这段位移时间的比值叫速度。

生：我感觉用弧长与时间的比值表示线速度更容易理解！

师：我也有同感！就是因为用弧长与时间的比值表示线速度容易理解，所以教材的编者也没有注意到其中的逻辑错误。既然更容易理解，那么它们之间是否存在某种隐含的逻辑联系呢？

学生静静思考。

师：当Δt足够小时，线段AB与弧AB有什么关系？

生：几乎没有什么差别，可以认为位移Δl的大小与弧长Δs相同。

生：哦，终于明白了！原来弧长与时间的比值，只是等于线速度的大小，而不是线速度的定义。

师：若物体做匀速圆周运动，已知圆周的半径为R，周期为T，如何求匀速圆周运动的线速度大小？

师：请同学们总结线速度的定义。

4 “线速度”概念教学的反思

公开课结束后，大家都对公开课表示满意：听课教师说“出其不意，备课深入”，本班学生说“积极思考，理解深刻”。本人在教学过程中也有一些感悟，现总结如下。

4.1 熟悉核心素养的内容，是培养学生核心素养的前提条件

物理教师要想培养学生的物理核心素养，首先就要知道其具体内容。培养学生的核心素养，以科学性、时代性和民族性为基本原则，以培养“全面发展的人”为核心，分为文化基础、自主发展、社会参与三个方面。综合表现为人文底蕴、科学精神、学会学习、健康生活、责任担当、实践创新六大素养，具体细化为国家认同等十八个基本要点。物理核心素养包括物理观念、科学思维、科学探究以及科学态度与责任。物理观念包括物质观念、运动观念、相互作用观念、能量观念及其应用等要素。科学思维包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等要素。科学探究包括问题、证据、解释、交流等要素。科学态度与责任包括科学本质、科学态度、科学伦理、STSE等要素。

4.2 合理设计教学过程，是培养学生核心素养的必然要求

凡事预则立，不预则废。要想培养学生核心素养，就要求教师精心设计教学过程，把核心素养渗透在教学的各个环节之中。通过线速度的学习，让学生明白：无论是描述直线运动还是圆周运动，都可以用速度去表示运动的快慢，以培养学生的物理观念。运用极限方法，当Δt足够小时，得出位移的大小与弧长相同，“化直为曲”，达到研究圆周运动的目的。学生们比较熟悉“化曲为直”，却不知道“化直为曲”，通过本节课的探讨，让研究物理的方法更加充实，从而培养学生科学思维。科学探究包括实验探究和理论探究，从直线运动的速度公式出发，探究圆周运动的线速度，使线速度的概念更加符合物理逻辑，从而纠正了教材的前后矛盾，培养了学生的理论探究能力。学生通过找出教材存在的问题，形成了实事求是的态度，不迷信权威，敢于向权威挑战，培养学生的科学态度。

4.3 善于引导学生，是培养学生核心素养的重要保证

运用最近发展区理论，引导学生积极思考，从而培养学生物理核心素养。维果斯基的最近发展区理论认为：学生的发展有两种水平，一种是学生的现有水平，指独立活动时所能达到的解决问题的水平；另一种是学生可能的发展水平，也就是通过教学所获得的潜力，两者之间的差异就是最近发展区。教学应着眼于学生的最近发展区，为学生提出带有难度的问题，调动学生的积极性，发挥其潜能，超越其最近发展区而达到下一发展阶段的水平，然后在此基础上进行下一个发展区的发展。在课堂教学中，学生通过认真阅读，能够找出“弧长Δs也就是物体由A到B的位移Δl”是错误的，老师就不要去引导。当学生找不出线速度概念的逻辑错误时，此时老师就应该伸出援手，给予适当提醒，让学生能根据现有知识，达到恍然大悟的效果。如引导学生关注速度和加速度的定义，让学生通过类比思维，发现线速度的定义存在错误。通过笔者引导，让学生明白教材编者产生错误的根源：在Δt足够小时，位移大小与时间的比值在数值上等于弧长与时间的比值。笔者发现学生学习有困难时，及时给予学生适当引导，让学生自己一步步弄清了线速度的本质含义，加深了对知识的理解，促进了物理核心素养的发展。

[1] 人民教育出版社物理室．全日制普通高级中学教科书(试验修订本 必修)物理第一册[M].北京：人民教育出版社,2000：90．

[2] 人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心．普通高中课程标准实验教科书 物理必修2[M].北京：人民教育出版社,2010：16-17．

①本文系广东省教育研究院2014年度教育研究立项课题“基于粤教版高中物理教材评价与教材教学的研究”(编号：GDJY-2014-A-b301)和汕头市教育局十三五研究课题“高中物理高效课堂教学策略研究”(编号：2016GHBY021)的研究成果。