基于物理核心素养的专题教学策略

董友军 马北河 朱建平 丘宇轩

摘  要：文章以物理核心素养为指导，以“滑块与滑板组合”为案例，总结专题教学的策略，包括专题选取策略、习题编制策略、学生学习策略、教师教学策略。并以核心素养为目标、以物理知识为主线、以解决问题为中心、以问题引导为手段，建构专题教学体系，有效地落实了物理核心素养，提升了学生解决问题的能力。

关键词：物理核心素养;专题教学;滑块与滑板组合

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2019）7-0019-5

距离高一期末物理考试还剩下两个星期，学校指定笔者上一节市级示范课，希望该示范课既突出考查重点、提升解题能力，又体现课程理念、培养核心素养。笔者思前想后，决定以“物理核心素养”为指导实施“滑块与滑板组合”专题教学。所谓专题教学，是指专门为了某一个问题进行收集、分析、归纳的教学。专题教学是高中阶段必要的教学形式，它既可以突出知识重点、指引学生学习的方向，又可以突破知识难点、化解学生的理解障碍，还可以凸显知识特点、构建知识网络。

1    专题选取策略

如何选取专题？是专题教学的首要问题。专题选取得好，既可以让教师事半功倍、提高教学效率，也可以让学生减轻负担、提升解题能力。笔者在选取“滑块与滑板组合”专题时，主要体现以下三点。

1.1    专题体现高考重点

笔者认为，要想落实课程理念，最佳的策略就是把“物理核心素养”与“物理高考试卷”有机结合。企图超越“高考”而进行高中物理教学，既不符合学生的需求，也不符合家长的期待，必定以失败而告终。“滑块与滑板组合”题型，在高考试卷中经常出现，由于涉及过程复杂，常常是以高考物理压轴题呈现。笔者查阅最近5年全国Ⅰ卷的压轴题，即第25题，其中2015年就考查了“滑块与滑板组合”题型。

原题如下：

一长木板置于粗糙水平地面上，木板左端放置一小物块，在木板右方有一墙壁，木板右端与墙壁的距离为4.5 m，如图1（a）所示。t=0时刻开始，小物块与木板一起以共同速度向右运动，直至t=1 s时木板与墙壁碰撞（碰撞时间极短）。碰撞前后木板速度大小不变，方向相反;运动过程中小物块始终未离开木板。已知碰撞后1 s时间内小物块的v-t图像如图1（b）所示。木板的质量是小物块质量的15倍，重力加速度g取10 m/s2。求：

（1）木板与地面间的动摩擦因数μ1及小物块与木板间的动摩擦因数μ2;

（2）木板的最小长度;

（3）木板右端离墙壁的最终距离。

1.2    专题体现做题错点

若某个知识点是高考重点，但学生不会做错，就说明学生对这个知识点已经掌握，它就失去了作为专题教学的必要性。

笔者任教高中物理多年，每届高一学生做“滑块与滑板组合”习题时都会出错。高一学生主要存在以下两个错误：一个是只用滑板的重力去计算地面对滑板滑动摩擦力的大小;另一个是滑板和滑块的运动过程。为了帮助学生纠正错误，扫除继续学习的障碍，选取“滑块与滑板组合”专题就显得十分必要。

1.3    专题体现思维节点

“滑块与滑板组合”题型主要涉及运动学、动力学、牛顿运动定律等知识。滑块和滑板的运动过程，一般包括匀加速直线运动、匀减速直线运动、匀速直线运动。由于滑块和滑板的运动过程多、状态变化多，学生很容易顾此失彼，思维进阶遭遇瓶颈。笔者通过设置“滑块与滑板组合”专题教学，把滑块和滑板运动过程通过随手实验演示，并画出运动过程示意图，是促进学生思维层次提升的一个重要节点。

2    习题编制策略

确定了专题内容，就要编制相应的习题。在高中阶段，习题是教师和学生之间的重要桥梁：教师通过编制习题，体现教学理念;学生通过解答习题，落实教学理念。教师引导学生分析习题，为学生答疑解惑，从而提升学生分析问题和解决问题的能力。

笔者精心编制的“滑块与滑板组合”习题如下：

例题分析：如图2所示，质量M=4 kg、足够长的滑板静止在水平地面上，质量m=1 kg的小滑块以速度v0=5 m/s从滑板的左端冲上滑板。已知滑块与滑板间的动摩擦因数μ1=0.2，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。（g取10 m/s2）

（1）若地面光滑，求滑块加速度的大小和方向、滑板加速度的大小和方向以及滑块在滑板上滑行的时间，并画出滑块、滑板的v-t图像;

（2）若地面粗糙，且已知地面与滑板的动摩擦因数μ2=0.008，求滑块加速度的大小和方向、滑板加速度的大小和方向、滑板滑行的距離，并画出滑块、滑板的v-t图像。

练习巩固：如图3所示，长L=7.5 m、质量M=4 kg的滑板放在水平地面上，其左端有质量m=1 kg的小滑块，滑块与滑板间的动摩擦因数为μ1=0.4。开始时滑块与滑板都处于静止状态，现对滑块施加水平向右的恒力F=8 N，使滑块在滑板上滑动起来，g取10 m/s2。

（1）若地面光滑，求滑块在滑板上滑行的时间;

（2）若地面粗糙，地面与滑板间的动摩擦因数μ2=0.06，求滑板滑行的距离。

笔者在编制以上“滑块与滑板组合”习题时，有如下考虑。

2.1    习题考查物理核心素养

编制习题要突出考查物理核心素养的四个方面。物理核心素养包括物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任。在考查物理观念方面，通过认识滑块和滑板的实物，考查学生的物质观念;通过分析滑块和滑板的运动，考查学生的运动与相互作用观念。由于物理必修一还没有涉及能量，因此没有考查能量观念。在考查科学思维方面，通过引导学生分析“滑块与滑板组合”的特征，考查模型建构;通过把滑块、滑板以及滑块和滑板看作研究对象进行受力分析，培养整体法、隔离法、假设法、反证法等科学方法;并从定性和定量对物理问题进行科学推理、找出规律、形成结论。在考查科学探究方面，提倡用“随手实验”进行物理过程分析，即把橡皮擦当作滑块，把文具盒当作滑板，在课桌上演示滑块和滑板的运动过程，并要求学生画出关键位置的示意图，这样不仅可以培养学生的实验探究兴趣，也可以培养学生的抽象思维能力。在考查科学态度与责任方面，通过学生相互交流、讨论“地面对滑板滑动摩擦力的大小和方向判断”以及“滑块、滑板各自运动过程分析”，引导学生主动与他人合作，充分尊重他人，认真听取他人分析，并能基于逻辑发表自己的见解。

2.2    习题符合高考试题特征

笔者分析2015年全国Ⅰ卷第25题，发现此题有如下特征。

（1）运动过程多段。物块和木板的过程有四段：第一段是物块和木板一起向右做匀减速直线运动;第二段是木板因为碰撞而反向、向左做匀减速直线运动，物块向右做匀减速直线运动;第三段是木板继续向左做匀减速直线运动，物块向右减速到0 m/s后向左做匀加速直线运动;第四段是物块和木板一起向左做匀减速直线运动，直至一起静止。

（2）物体状态多变。物块和木板的状态经历三变：第一变是物块和木板以相同加速度a1向右做匀减速直线运动，变为物块以加速度a2向右做匀减速直线运动、木板以加速度a3向左做匀减速直线运动;第二变是物块以加速度a2向右做匀减速直线运动，变为物块以加速度a2向左做匀加速直线运动，而木板继续以加速度a3向左做匀减速直线运动;第三变是物块以加速度a2向左做匀加速直线运动、木板以加速度a3向左做匀减速直线运动，变为物块和木板以相同加速度a1向左做匀减速直线运动。

（3）图像应用多种。题目有图像（a）和图像（b）（如图1），其中图像（a）是物块和木板的示意图，可以方便学生理解题意;图像（b）是物块速度-时间的函数图，它可以把一些解题需要的数据隐藏在图中，检验学生对函数图的理解和应用，从而体现物理考试大纲中“应用数学处理物理问题的能力”。

2.3    习题略超学生实际水平

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，为学生提供带有难度的内容，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个发展阶段的水平，然后在此基础上进行下一个发展区的发展。笔者在命制例题和练习题时，既考虑了本校学生的生源情况，也考虑了高一学生的最近发展区，所以命制的题目难度比高考题低些，但又略高于学生的实际水平。例题和练习与高考题比较，主要体现在运动过程较少、状态变化少。上课实践证明，通过教师的引导，学生可以理解清楚。为了降低学生的认知梯度，例题和练习第1问设置为地面光滑，让学生的思考有一个从简单到复杂的过程，符合学生的认知特征。同时，为了拓展学生的解题途径，也为了培养学生用数学处理物理问题的能力，还特别设置“画出滑块、滑板的v-t图像”。

3    学生学习策略

著名教育家叶圣陶说，“教师之为教，不在全盘授予，而在于相机诱导”，“我以为好的先生不是教书，不是教学生，乃是教学生学”，“凡为教者必期于达到不须教”。这些教学观点，充分体现了“以学生为主体”的现代教学理念。在课堂上，教师所做的一切活动，都是为学生的学服务。

笔者从以下四个方面给予学生引导。

3.1    引导学生自主分析

自主分析是课堂的基础，教师可以选择一些简单的问题，通过学生自主分析加以完成。如在审题阶段，教师引导学生说出哪些是关键词并隐含什么条件？学生回答：“足够长”表示滑块不会从滑板上滑下，“静止”表示速度为0 m/s，“光滑”表示不受摩擦力。在受力分析階段，笔者引导学生自主分析滑块和滑板各自的受力情况。通过引导学生自主分析，让学生养成独立思考的习惯，锻炼学生自己解决物理问题的能力。

3.2    引导学生相互交流

交流是重要的学习方式，在交流中进行思维碰撞，在交流中激发智慧火花。对于学生比较迷糊的问题，笔者也不急于向学生解释，而是让学生先充分交流。交流的看法是否正确不需要计较，关键是培养学生交流的习惯，在交流中锻炼思维，在交流中学会倾听，在交流中规范表达。如笔者问，滑块处于什么状态时就不在滑板上滑动了？大部分学生说当滑块速度为0 m/s时就不在滑板上滑动了，少部分学生说是滑块与滑板共速时不在滑板上滑动。笔者就让他们分别说出判断的理由，由学生自己去分析、去争论、去判断。

3.3    引导学生做随手实验

由于滑块和滑板的运动过程比较多，学生思维难以连接，笔者鼓励学生做随手实验。“随手”为“立刻、信手”之意，即表示立刻用身边的物品、信手就可以做实验。随手实验可以使运动过程得以呈现，培养学生的思维能力。如笔者让学生用文具盒当作滑板，用橡皮擦当作滑块，在学生自己的课桌上重现滑块与滑板的运动过程。通过随手实验，可以让过程可视化，有利于培养学生抽象的思维能力。

3.4    引导学生反思、总结

笔者经常对学生说：没有反思就没有提高，没有总结就没有智慧。例题分析完成后，笔者不要求学生马上做后面的练习，而是给学生几分钟时间，自己反思、总结解题过程：我错在哪里？我为什么错了？我今后如何改正？并要求学生把正确的解题过程回忆一遍，做到过程清晰。笔者发现，每科老师都布置了较多作业，在做完作业后，很多学生没有时间去反思、总结，学习效率极低。笔者认为，为了减轻学生的学习负担，反思、总结是最好的学习策略。同时，学生用自己的语言总结，有利于培养学生的概括能力。

4    教师教学策略

根据协同学理论观点，只有学生才是教学的主体，教师是教学的客体。教师是客体并不等同于只起非决定性作用，学生是主体也并不意味着都起决定性作用，他们在教学过程的不同阶段分别起决定性作用，如表1。

从表1可以看出，教师在教学被组织阶段起决定性作用，这就从理论上为教师教学的必要性寻找到了根据。同样，因为学生在教学自组织阶段起决定性作用，这也从理论上为学生自我建构知识建立了依据。在培养学生核心素养的过程中，教师的讲述是必要的，没有教师的讲述，知识的探究就没有方向，教师引领学生探讨教学内容，是培养学生核心素养的高效方式。

4.1    以知识为主线

知识是核心素养的基础，也是培养核心素养的载体。物理观念中的物质观念、运动与相互作用观念、能量观念，通俗地理解就是物理知识。没有物理知识，物理观念就是“镜中花、水中月”。在物理教学中，经常根据物理知识的逻辑，确定教学主线。如在解决“滑块与滑板组合”专题中，知识的主线如图4所示。

重力   →   弹力   →   摩擦力   →   合力   →

牛顿运动定律 → 加速度 → 速度 → 时间 → 位移

图4  知识主线

4.2    以变式为手段

变式就是使提供给学生的各种直观材料或事例不断变换呈现的形式，以便其中的本质属性保持恒在，而非本质属性则不常出现。在教学过程中，变式既可运用于讲授新知识阶段，又可运用于新知识的应用阶段。按照苏联教育学家达尼洛夫在《中学教学论》中的论述，学生掌握教学内容可分为三级水平：准确地复现所学内容;按照教师指示的模式，在熟悉的情境中运用知识;在新情境中变换和灵活运用已经获得的知识和技能。变式是学习以产生式表征的、主要回答世界怎么办的程序性知识的必要条件。只有通过变式练习， 才有可能在学习程序性知识时获得产生式，并使产生式得以巩固、使习得的程序性知识在新的情境里产生迁移。在教学中精心设计变式练习， 对于避免大量的重复练习， 消除题海战术， 减轻学业负担， 提高学生解决实际问题的能力，具有重要意义。

为了对“滑块与滑板组合”模型有较全面、深入的理解，笔者采用了变式的手段：首先是光滑水平面，再是粗糙水平面;首先是滑块有初速度而不受力，再是滑块受力而没有初速度。

4.3    以问题为引导

爱因斯坦说，提出问题比解决问题更重要。在教学过程中，提出的问题，体现了教师的教学水平。好的问题可以激发学生思考，有利于提升学生的思维能力。在“滑块与滑板组合”模型教学中，笔者提出了如下问题：在什么状态时，滑块不在滑板上滑行？地面光滑时，滑块与滑板共速后为何以共速匀速运动？而在地面粗（下转第27页）（上接第22页）糙时，滑块与滑板共速后为何一起做匀减速运动？通过这些问题，既突破了思维难点，也激发了学生思考，有效促进了学生思维的发展。

通过专题教学，可以对某一个知识点研究得更加全面、更加深入。在专题教学过程中，笔者以核心素养为目标，以物理知识为主线，以解决问题为中心，以问题引导为手段，建构专题教学体系，有效地落实了物理核心素养，提升了学生解决问题的能力。

参考文献：

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[2]董友军.高中物理新授课练习教学策略[J].中学物理，2017，35（12）：23-26.

[3]杨心得.变式练习在程序性知识学习中的作用[J].教育评论，2004（2）：74-77.

[4]彭繼远.变式在地理教学中的运用[J].课程·教材·教法，1987（6）：50-52.

[5]邢红军.物理教学论[M].北京：北京大学出版社，2015：126-127.（栏目编辑    刘   荣）