增强教学关联意识 提升学生思维能力 *——以“曲线运动”教学为例

印晓明

(江苏省南菁高级中学，江苏 无锡 214437)

科学思维是物理学科核心素养的核心内容，而在传统物理教学中丰富的学习内容往往与有限的课堂时间相矛盾，为了加快学习的进程，会出现重知识而轻思维的倾向，过多着眼于学习的结果而不是学习过程。在知识爆炸的信息化时代，知识永远也学不完，百科全书式的人才并不能适应未来的发展。正如杜威所言：“对于学校来说，它所能做的或需要做的一切，就是培养学生的思维能力”，而“持久地改进教学方法和学习方法的唯一直接途径，在于把注意力集中在要求思维、促进思维和检验思维的种种条件上”。

1 指向学生思维发展的教学设计架构

思维的出发点与目标是“各种行动、各种事实、各种事件和各种事物的种种关系”，超越基础学力、围绕“为思维而教”设计和组织物理教学，需要立足于整体，增强教学过程中的关联意识，逐步形成教学的最优化路径。根据物理学科的本质特征和学生思维发展的一般规律，以学生已有的知识经验及直观的表象认识为起点，引导学生通过观察、实验、分析等活动，在问题解决中体验知识获得和运用的过程，掌握物理学科的“知识结构框架”及“研究方法框架”，而不仅仅是零碎的、静态的知识、经验，可以使学生在获得知识和技能的同时，得到思维的锻炼与发展，在学“会”中生“慧”，体现物理学科的育人价值。基于上述思考，指向学生思维发展的教学设计架构如图1所示。

图1

2 “曲线运动”的教学实践

2.1 联想与整合：梳理学习内容的结构关联

“曲线运动”是人教版高中物理必修2的首章内容，在课堂引入时，精心设计系列问题，组织学生回顾必修1中所学的各个章节的内容，梳理章节间的逻辑关系，学生可以猜测出必修2第一章的学习内容，大致梳理出对应的研究思路(图2)。

图2

表1

在必修1中主要研究直线运动，学生学习了研究物体运动的一般方法，先从运动学的角度，用位移、速度、加速度等物理量去描述物体运动，再从动力学的角度研究力和运动的关系，分析物体为什么会做这样的运动，这是由表及里、由现象到本质的研究过程。我们也是按照这个思路来研究比直线运动更加复杂的曲线运动。

每一门学科都有自己独特的结构，用简洁、清晰的结构来统领纷繁复杂的学科内容，逐渐达成对知识结构的体系化，避免知识等在头脑中的无序化堆积，是学生思维能力得以发展的前提和基础。教材作者在编写教材时，对知识点间的结构关系、逻辑关系、呈现顺序等都已经过反复仔细的研究，因此，在教学设计的过程中，需读懂教材给予的教学暗示，以一种有利于学生学习的方式显化新旧知识间的结构关联，使前后知识互相蕴含、自然推演，为学生的思维搭建从已知到未知的通路。

2.2 活动与体验：激活学生的认知系统

在研究曲线运动的速度方向时，为了引导学生经历关键知识的形成过程，笔者将学习过程设计为层层深入的如表1所示的4个阶段：(1) 引领学生观察生活中的曲线运动，猜想瞬时速度的方向；(2) 观察小球沿圆轨道运动的现象；(3) 分组做小球沿曲线轨道运动的实验；(4) 通过理论分析，得出结论。用问题链创设思维的载体，以学生的感受为出发点设计实验与理论探究过程，引导他们合理设计实验方案，观察、分析实验现象，思考实验现象背后蕴含的物理原理，帮助他们找到用以“踏脚”的动手动脑的“台阶”，充分调动学生的多维认知系统，为他们思维能力的发展提供必要的支撑与帮助。

表2

2.3 逻辑与本质：揭示研究问题的一般方法

表2展示了探究物体做曲线运动的条件的学习过程设计，在明了曲线运动速度方向的基础上，通过对层层深入的问题串的思考，可自然过渡到探究“物体做曲线运动的条件”,学生会初步认识到：合力与速度方向不在同一直线上时，物体就要做曲线运动，此后笔者为学生提供了带有倾斜轨道的木板、白纸、小铁球、红墨水、磁铁等，请学生利用所给的器材设计实验，让小球做曲线运动，邀请一组学生利用实物展台展示探究成果(小球沾上红墨水，在白纸上留下运动轨迹)。借助学生的实验演示，教师在实物展台上用签字笔与学生一起画出小球的受力图，从理论角度分析小球做曲线运动的原因。

在“曲线运动物体的速度方向”“物体做曲线运动的条件”这两个核心教学内容的过程设计中(表1、2)，采用了物理学常规的研究思路：提出问题、观测、实验探究、推测答案、理论分析、得出结论。在一节课中，让两个不同内容体现出相似的研究逻辑，目的是超越课堂教学的“知识装载”功能，向学生传授知识背后更深层次的科学研究方法，让学生在解决问题的过程中获得对科学方法的感性认识，体悟到从特殊到一般、从现象到本质的研究逻辑，提升学生的科学论证和科学推理能力。

2.4 迁移与应用：重视生活情境的课堂呈现

按照研究机械运动的一般方法，学生用运动量描述曲线运动规律、用动力学理论解释曲线运动成因，在本节课的迁移与应用环节，引导学生研究两个生活实例。

生活实例一：观看视频，在建筑工地上用塔吊运送建材，使建材在竖直向上做匀速直线运动的同时水平向外匀速移动，若已知水平、竖直匀速运动的速度分别为vx、vy。(1) 思考与讨论：建材运动的轨迹是曲线还是直线？可以用哪些方法判断？(2) 提出拓展性问题：如果要让建材的运动轨迹是一条曲线，可以怎么做？

生活实例二：为自行车的前后轮设计挡泥板。重视科学的学习与工程的学习相结合，提高科学、技术、工程和数学(STEM)的综合素养，对于学生的未来发展有着重要的意义。在课堂教学中，我们需要将物理知识和实际生活情境相关联(图3)，更好地体现知识从建构到应用的整体进程，采用长期的、浸润式的教学方法，有意识地培养学生建构物理模型的能力和解决实际问题的能力。

图3

3 教学反思

教学最根本的价值是“育人”，基于核心素养的高中物理教学需立足生命立场，倡导参与体验，注重思维培育，可从以下方面增强学习内容与学生发展的关联度，实现学生高品质的学习。

(1) 从知识点教学转向知识结构教学。围绕一个知识点或课时的微观层面教学，需立足整体进行设计，充分体现部分与整体在知识、方法等方面的关联度，用简洁、清晰、进阶式的“结构”来统领教学内容，让学习内容和基于学习者体验的感悟彼此相关、发生联动。

(2) 思维力与实践力的培养是关键。物理教学不能仅仅停留在“博学”这个层面，还需关注“审问、慎思、明辨、笃行”等目标的达成。指向核心素养的教学设计可以挑选思维力和实践力的培养作为着力点，设计系列化的真实情境与任务，提升学生的核心素养。

(3) 科学性与人文性并重，育“美”的人。任何学习活动都不会是单纯的智育过程，都承载了培养“完整的生命个体”的使命，在物理教学中有意识地注重人文精神的关照，可以让学生在不断完善自我的同时，也完成对客观事物的价值判断、转换，提升学生的价值需求和精神境界。