高中物理核心素养下的习题教学——以运动的合成与分解习题课教学片段为例

杨　艳

高中物理核心素养下的习题教学——以运动的合成与分解习题课教学片段为例

杨艳

(延边州教育学院，吉林 延吉 133000)

在我国新一轮课堂教学改革育人目标指向学生核心素养的大背景下，如何在学科教学中落实核心素养，是一线教师要探究和解决的问题。本文以曲线运动的习题课教学为例，阐述如何在习题教学中提升学生的物理学科核心素养。

高中物理教学；运动的合成与分解；习题课；物理核心素养

习题课是中学物理教学中一个非常重要的环节，它贯穿于整个中学物理教学过程中，是提高物理教学质量和实现学科育人目标的重要途径之一。新课标要求物理教师结合教学实际情况创造性地开展教学工作，将物理学科核心素养的培养融入到物理教学活动的全过程。因此，为顺应课程改革目标，实现由单一的学科知识结为中心向以个人终身发展、终身学习为主体的核心素养目标转化，本文以人教版高中物理必修二第五章第一节曲线运动习题课——运动的合成与分解的教学片段为例，谈如何在习题教学中落实物理学科核心素养。

一．精心设计教学活动，促进物理观念形成

问题1：两个互成角度的匀速直线运动的合运动是什么运动？你能不能用现有的器材设计实验来证明你的结论？教师给每个学习小组提供有图钉、直尺、细线、小球等实验器材。

学生自主设计实验方案。有的同学二人配合，一边沿水平方向的尺子移动铅笔，一边推动尺子上移；也有相当一部分同学设计出如图1所示实验方案进行探究并展示。展示的两名同学互相配合，其中一人将手中握笔沿着尺子向右匀速移动，另外一人每隔一段时间记录小球所在位置，这样就描绘出了合运动的轨迹。受此方案启发，立即有同学将刻度尺倾斜，如图2所示，构建出两个分运动所成的角度为任意值，由刚才两分运动互相垂直拓展到一般形式。这样，研究形式就不仅仅局限于互相垂直的特殊情况，完成了从特殊到一般的研究过程。

图1

图2

问题2：两个互成角度的变速直线运动的合运动是什么运动？

仍利用上述方案通过实验观察现象，只是将笔沿尺子变速运动，仍然每隔一段时间记录小球所在位置。结果仍为直线运动。

问题3：为什么两次观察到物体的运动轨迹都是直线？

经过对两个运动过程的比较和思考，并借助于作出的速度矢量示意图，学生会发现，无论分方向的运动是匀速运动还是变速运动，由于合运动的速度方向并没有发生改变，因此合运动轨迹就是一条直线。

问题4：怎样判断两个分运动的合运动轨迹是直线还是曲线？

经过问题3的铺垫，至此这种问题研究方法呼之欲出：即只要判断合运动的速度方向有无变化即可知其轨迹是曲是直。

设计思路：学科活动是形成素养的途径。物理观念并不是概念和规律本身，而是在学习概念和规律基础上知识的内化；物理观念是其他核心素养的基础，只有形成正确、全面而深刻的物理观念，才能在此基础上发展核心素养的其他三个方面。而所有素养的形成与发展，必须要蕴含在精心设计和踏踏实实开展的教学活动中。如果没有以优质的学习活动过程作为支撑，即使学生知道了一些概念与规律，也不能形成全面、深刻而正确的物理观念，更不能将其自觉应用于解释现象和解决问题当中。

在这个教学过程中，教师提供了实验器材，为学生创设了学习探索的问题情境，充分发挥了情境在转化为素养方面的作用。在这种条件下，学生根据需要解决的问题，思考采用何种方案才能达到解决目的，通过自主设计实验方案，观察实验现象、分析现象产生的原因、找出规律，得出结论等一系列思维活动，经历了独立思考、分析比较、讨论交流、相互启发的自主学习过程，加深了对运动的合成与分解规律的理解，丰富了运动与相互作用观念的组成部分，内化与升华了概念体系。

同时，四个问题螺旋上升，为学生思考搭建合理台阶，加强了对学生思维的引导，凸显了物理学科以观察实验和物理思维相结合的学科特点，使学生感悟到一个结论的得出，不能仅靠主观臆测，必须要以客观事实作为依据，并在此基础上进一步总结得出非特殊情况中如何确定合运动性质。

二、多种研究方法并举，促进科学思维发展

问题1：一个物体同时参与两个互相垂直方向的运动，水平方向做匀速直线运动，竖直方向做匀加速直线运动，那么这个物体的运动轨迹是什么样的？

学生依然想要使用给定器材来通过实验得出结论。发现无法保证和控制竖直方向物体做匀加直线运动。

问题2：既然无法用现有器材通过实验的方法来确定这种复合运动的性质，那么你可以用什么办法来研究这个问题？

至此，学生容易想到还可以采用理论分析的方法来确定两种运动的合运动性质。即依据物体做曲线运动的条件，由物体运动过程中合外力与速度方向是否共线来判断。

设计思想：这一教学片段可以视为第一个教学片段的延续。物理观念不同于概念和规律本身，而是在概念和规律在头脑中的提炼和升华。它反映了人对于概念的加工。同时，观念获得后的要应用于解释现象和解决实际问题，在问题解决和现象解释中提炼和升华物理观念。在上问题最后已经总结出如何判断某两个互成角度的直线运动的合运动性质的方法，只要能够确定出物体的合速度方向是否发生变化即可知轨迹是曲是直。根据这一结论进行理论分析得出结果，即从物理学的视角看待和解决问题。

高中学生较于初中，逻辑思维更加发展。比如初中还只能用实验的方法得出串并联电路的有关规律，高中便可以采用理论推导的方式。本教学片段中，通过理论推导，与上一环节的实验探究相结合，实现了理论与实验的完美匹配，证明该结论的可靠性，同时也体现了实验探究和理论探究都是重要的科学研究方法，两者是相辅相成的。二者结合，可以让学生体验实验的魅力和逻辑的力量。

人的发展在于思维能力的发展。物理教学不仅要使学生掌握表层的物理知识，更重要的是学会在表层知识背后蕴含的更深层次的东西——物理学的研究思想与方法，以及物理学习的内核——形成价值取向，提升素养。课程标准中对科学思维提出了如下目标：能运用科学思维方法，从定性和定量两个方面对相关问题进行科学推理、找出规律、形成结论；具有使用科学证据的意识和评估科学证据的能力，能运用证据对研究的问题进行描述、解释和预测。同时，必修二关于曲线运动的学业要求表述如下：“体会物理学中实验或理论推导的方法”，这与科学思维教育目标一致。上述教学过程让学生感悟到，无论哪一个结论的得出，无论是采用实验还是理论的研究方法，都不能凭主观臆测，都要有相应的证据，以实证作为论证的依据，以逻辑作为论证的手段，这也是科学思维的价值所在。

一般认为，自伽利略开始，形成了以实验、逻辑、数学方法相结合为主要内容的近代科学思维方法。而随着时代发展与科技进步，我们还可以搭上互联网+这艘大船。课标在基本理念中有这样的说明：“利用现代信息技术，引导学生理解物理学的本质，整体认识自然界，形成科学思维习惯，增强科学探究能力和解决实际问题的能力”。借助于信息技术，可以提高学生学习兴趣，帮助推进物理问题的研究过程，促进物理结论和规律的得出。问题2也可以借助于功能强大的软件，比如Matlab或者Origin软件，绘制出两个方向上运动的合运动轨迹，从而使规律呈现更生动直观，有效地促进学生对于该问题的理解和内化。

教师接下来引导学生采用另一种方法来解决这个问题：借助直角坐标系描述质点运动轨迹（用特殊值作图的方法）。坐标系描述物体位置是数学知识在物理学科中的应用。在物理学中用数学知识，会使抽象的数字变得更加具体和有意义，能使学生体会到数理结合的魅力。

本环节的教学过程，并没有直接将结论抛给学生，而是让学生尝试多角度多方法来解决问题。让学生感悟到深藏在外显知识中的思维方法，这是物理文化的重要内容。而且也是科学思维价值取向所在。

总之，在习题教学中，教师要为学生提供自主学习环境，要通过具体的、有实际意义的学习活动，如结合实验，或设计学生参与游戏，或依托互联网、信息技术平台，让学习过程丰富多彩，这样才能更好地促进学生的科学思维发展，培养学生运用物理观念分析和解决实际问题的能力，促成核心素养的达成，从而实现课程目标。

[1][2]中华人民教育部.普通高中物理课程标准（2017年版）[S].北京:人民教育出版社，2018.

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2020—02—10

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