指向核心素养的物理学科能力的教学实施

关春虹

摘   要：物理学科能力一直是学生发展核心素养过程中物理教育研究与实践的核心议题。物理学科能力主要表现在由三个能力维度构成：学习理解，应用实践，迁移创新。本文以高考中高频考点动量守恒中的碰撞模型的教学为例，阐述如何在课堂上物理教学中以指向核心素养的学科能力的教学实施。

关键词：学科核心素养;学科能力;动量守恒定律中碰撞模型

学科核心素养是指学科教育给予学生未来发展所需要的关键能力和必备品格[ 1 ]。学科能力活动又是将知识转化为能力素养的重要途径。在课堂教学中，如何通过学科能力活动将知识转化为能力素养，本文以高考中的高频考点及高三复习中的重点和难点知识“动量守恒中碰撞模型”的复习教学为例，谈谈课堂教学中如何实施指向核心素养的物理学科能力的教学。

1  指向核心素养的物理学科能力的表现及评价

学科知识转化为能力素养，经过“学习理解”“应用实践”“迁移创新”等关键能力活动。物理观念的形成就是经过“学习理解”“应用实践”过程，而在学习实践中又不断提升了學生的科学思维及探究能力。最后经过“迁移创新”形成新的科学知识和观点，新知识又能促进新技术的发明，有助于形成学生良好的科学态度并增强学生的社会责任感，从而有效地提升学生的核心素养。从知识能力到素养发展能力的进阶和教学转化的模型如图1所示。

2  指向核心素养的教学意图

动量守恒中的碰撞模型经常涉及多物体，多阶段运动问题，综合性较强，涉及的知识点较多，在学习中能较好地测评学生物理学科能力，所以在历年高考中反复出现，是高频考点，在高三复习中，既是难点也是重点。

2.1  教学目标

（1）物理观念：回顾碰撞三种类型特点，让学生观察、体会运动观，相互作用观及能量观，归纳多物体，多阶段运动问题的一般解题规律和方法。

（2）科学思维：在复习中进行科学推理论证，并对碰撞模型建构，通过训练，提高学生分析综合能力，处理复杂问题能力。

（3）科学探究：对所提的问题利用实验进行验证。收集实验数据，对结果进行交流反思。

（4）科学态度与责任：培养学生实事求是的科学精神，形成勇于创新的科学态度。

2.2  教学重点、难点

重点：掌握碰撞中多物体，多阶段运动问题的一般解题规律和方法。

难点：能根据不同阶段的运动受力特点，合理选择动力学、能量观点或动量观点解决问题。

2.3  教学方法

问题情景法、实验探究法、信息技术融合法。

2.4  教具

DIS数字传感器等、希沃手机同屏。

3  指向核心素养的物理学科能力的教学实施

3.1  教学流程图（见表1）

3.2  新课教学

3.2.1  回顾知识方法（“学习理解”能力维度教学的实施）

为了让学生能够顺利地进行知识回顾和学习理解知识，在这一环节教学中，教师在课前提出问题，课上利用问题导向，回顾动量守恒中碰撞的知识、模型和解题方法，同时利用希沃尔手机同屏功能进行有效复习。问题如下：（1）画出碰撞模型的思维导图。（2）“一动碰一静”完全弹性碰撞碰后速度的推导过程。（3）试证明完全非弹性碰撞动能损失最大。在问题的驱动下，学生能很快理解碰撞的类型及特点。为了加深理解，进一步提出问题：能不能用实验验证完全非弹性碰撞动能损失最大？引导学生利用手边的 DIS数字传感器等进行实验论证，通过实验获取的信息，得出结论，并进行交流反思，培养了学生科学探究精神。利用这些问题引导学生在复习中进行观察记忆，对本章知识进行概括论证并进行关联整合。

在回顾知识环节，“学习理解”能力维度的教学实施，使学生顺利地完成知识的回忆和提取、辨识和确认、概括和关联、说明和论证的学习理解活动。

3.2.2  典型问题，规范求解（“应用实践”能力维度教学的实施）

教学中随着“学习理解”能力的实施，物理观念的不断形成，如何进一步培养学生的科学思维和科学探究能力，这就需要一个应用实践的过程。

教学中进一步提问：如何用我们刚才回顾的知识和方法，解决碰撞过程中多物体，多阶段运动问题？教师用如下例题引入典型问题。

例1：固定在同一悬点O的两根长均为L的轻绳分别系着两个小球质量分别为M、m，如图2所示。它们在同一竖直面内相向先后从不同高度无初速摆下，在最低点相碰后粘在一起，恰能一起摆到小球M的出发点。小球m的出发点与最低点的高度差为■，重力加速度为g，不计空气阻力，两小球均视为质点。

（1）求小球m刚摆到最低点时对绳的拉力大小。

（2）若两球从小球M的出发点一起无初速摆下，到达最低点时由于小球M上的弹力装置启动，小球M把小球m弹开，为了使小球m恰能回到其最初出发点，小球M应对小球m做多少功？

问题提出后，让学生分析题中出现的多物体多阶段运动问题，确定每一个过程的研究对象及每一个过程中所需的核心知识。确立解题方向如下：

解（1）小球m下摆到最低点过程：

在最低点时：

联立，得：

根据牛顿第三定律：

（2）小球M下摆到最低点过程：

两小球 在最低点时：

它们上摆又下摆到最低点过程：

在最低点时，小球M对小球m做功：

小球m，恰好摆回初发点过程：

联立，得：

在这环节“应用实践”能力维度教学中，把问题细化分析，引导学生逐一思考、分析解释，从问题情境中提取关键信息，根据信息调用相应的物理观念、模型、规律进行分析，并推论预测，最终达到了学生能应用动量守恒、能量守恒这一核心知识和科学思维解决了多过程问题，多知识的提取与综合应用这一教学目标。即让学生体会了多物体、多阶段运动问题的解题方法：

①明过程，明对象;

②会分析，找规律;

③列方程，找联系，也明确了如何规范求解。

3.2.3  难点问题，深入剖析（“应用实践”能力维度教学的进一步实施）

综合应用是在“应用实践”能力中各项能力的融合，是实践维度的最高要求。为了进一步训练学生的综合应用能力，在学生明确了动量守恒中碰撞模型的知识及模型建构，能规范解题后，在“应用实践”能力实施环节再抛出新的问题，对难点问题进行深入分析。

例2：在光滑水平面上有一個质量为M的弧形凹槽光滑滑块，如图3所示，凹槽半径为R，A点为凹槽最低点。现有一个质量为m的小球以速度v0从A点水平向左冲上凹槽，已知当地重力加速度大小为g。问：

（1）当v0=时，小球能否到达B点？

（2）如果小球的速度足够大，小球将做怎样的运动？

这题也是多物体，多过程问题，而且是水平动量守恒的典型题型，同时也是能量观和动量观的综合应用，难度较大，为了突破难点引导学生建立表2进行分析，提取相应的物理概念和规律。

在这一教学环节中，进一步强调多物体多阶段运动问题的解题方法。学生在解题中理清楚复杂情境中的各个步骤及各种关系，构建出相应的物理过程及模型，同时在分析过程中综合多方面的知识对难点问题，深入剖析，提升了解决实际问题的能力。

3.2.4  复杂问题，灵活处理（“迁移创新”能力维度教学的实施）

迁移创新能力是学生在应用实践中形成的知识和能力，是更高层次的能力表现，是学生利用已学的知识和方法进行远距离联想和迁移应用至新情境，创建新的模型，以解决相关新的问题，发现新的知识和新的方法的能力。

在上一问题情境下，进一步提出问题：小球在返回A点时的运动方向？这种问题看似陌生及不确定性，这时如果能根据物体运动时水平方向动量守恒，系统机械能守恒等特点进行直接联想，可以知识迁移水平方向弹性碰撞模型，再结合“学习理解”实施环节中的问题（2）“一动碰一静”完全弹性碰撞碰后速度的推导过程，那么这个问题就迎刃而解了。同时进一步知识迁移提出问题：根据这个例题，还能提出什么物理问题？如提出以下问题①求小球到达B点的最小速度v0;②求M得最大速度v2等，引导学生进行探寻新知识和新方法，主动合理构建新模型，针对新的问题情境，在质疑和批判的基础上，通过理论创新进而有效地解决了碰撞中的难点和重点问题。

4  教学反思

本节课在课堂教学过程中充分给学生提供了自主合作学习的机会，顺利生成课堂教学目标：①规范格式：格式、思维、计算。②问题生成：收集、分析、反思、巩固。③课堂生成：资源、问题、错题。同时也培养了物理学科能力：学习理解，应用实践，迁移创新。从“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面有效地提升了学生的核心素养。是指向核心素养的物理学科能力的教学的一次实践。

参考文献：

[1]郭玉英. 基于学生核心素养能力研究[M]. 北京：北京师范大学出版社，2017：9-10.