深度学习助力学生核心素养的提升——以“摩擦力专题复习”为例

张士军 孙梅芳

(1. 安徽省怀远第一中学，安徽 蚌埠 233400；2. 安徽省蚌埠市田家炳中学，安徽 蚌埠 233010)

学生核心素养的培养贯穿于高中物理教学的每个环节，高三复习阶段是培养学生核心素养的关键期，是由量变到质变的升华期。由于急功近利思想的影响，高三复习中存在着大量“刷题”现象，这种“刷题式复习法”拉低了复习课品味，使得复习课游走在浅层次、机械化、碎片化的轨道上。事实上，一味“刷题”导致学生对问题缺乏深入思考和总结，无法建立物理知识体系，在遇到新问题与新情境时就会一筹莫展，难以形成物理观念，难以提升思维品质。高三复习需要摒弃这种低效能的复习模式，顺应高考改革形势，结合学生和高三复习课的特点，引导学生进行深度学习。

1 深度学习与物理学科核心素养

深度学习(Deep Learning)是在理解的基础上批判性地学习新知识和方法，并将其融入已有的认知结构中，建立联系并能迁移到新情境中，从而解决问题的学习方式。结合教学实际，这里所讲的深度学习是指在核心素养及高考评价体系的语境中，引导学生进行系统化、进阶式、批判性的学习，追根究源，最终达到“知其然，知其所以然”。

物理学科核心素养包括物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个方面，这些方面既相互关联又相互促进。物理观念主要包括物质观、运动与相互作用观、能量观等，是学生发展核心素养中其它方面的前提；科学思维是指具有构建物理模型以及进行科学推理、科学论证、质疑创新的意识和能力；科学探究是指基于观察和实验提出问题，会使用各种方法和手段获取、分析、处理信息，能基于证据形成结论，并进行交流；科学态度和责任是指具有学习和研究物理的好奇心与求知欲，以及社会责任和担当。

2 教学案例分析

笔者以“摩擦力”专题复习为例，探讨深度学习与核心素养的培养相融合的实践操作问题。

2.1 深入理解摩擦力，强化物理概念

定义：两个相互接触并挤压的物体，当它们发生相对运动或具有相对运动趋势时，就会在接触面上产生阻碍相对运动或相对运动趋势的力，这种力叫做摩擦力。

由摩擦力的定义入手，引导学生深入理解。

(1) 摩擦力产生条件：两物体接触且接触面粗糙，接触面间有弹力，有相对运动或趋势。

(2) 摩擦力类型：静摩擦力、滑动摩擦力。

在确定了是静摩擦力还是动摩擦力的基础上，结合思维导图(图1)，重点围绕着摩擦力的大小展开教学。

图1

(3) 静摩擦力大小:0～Ffmax，物体处于平衡态时静摩擦力大小随引起其产生的外力变化而变化，处于非平衡态时静摩擦力大小随加速度变化而变化。

如图2(a)所示，物块不动，摩擦力随F变化而变化。如图2(b)所示，两物块以相同的加速度运动，物块间摩擦力随整体加速度的变化而变化。

图2

(4) 滑动摩擦力大小:Ff=μFN，由动摩擦因数和正压力共同决定，说明μ和FN的物理意义和决定因素。

需向学生强调：摩擦力有静摩擦力和滑动摩擦力两种，其大小决定因素不同，判断前应先明确是哪种摩擦力，切忌动不动都用μFN来计算。

2.2 深度剖析力的性质，进阶科学思维

学生往往由于对运动的认识不够清楚，导致对静摩擦力和滑动摩擦力的判定不准确，对摩擦力与运动的关系把握不透。这里提到的运动观念，一是产生摩擦力的两个物体之间的相对运动,另一个是研究对象相对惯性参考系的运动。

(1) 判断摩擦力的类型：要看是否有相对运动，如人走路时脚与地面间、猴子爬树时爪与树干间等，虽然主体在运动(对地)，但产生的是静摩擦力(相对静止)。

(2) 判断摩擦力的方向：由摩擦力的定义出发，摩擦力的方向是和产生摩擦力的两个物体间相对运动方向相反；摩擦力的方向与物体对地运动方向的关系是不确定的；摩擦力的方向总是平行于接触面(与该处弹力方向垂直)。

通过上述教学活动让学生明白：摩擦力有可能是动力、也有可能是阻力等。在解决摩擦力与运动的关系问题时，关键是根据受力物体相对施力物体的相对运动(不是对地运动)的方向，确定其是动力还是阻力，然后根据其状态列出对应的方程。

对于传送带模型问题，可针对水平传送带、倾斜传送带展开复习。

如表1所示，对于水平传送带模型，在情境1、2、3中物块的加速度a=μg。在情境1中摩擦力是动力；在情境2的第(1)种情形中摩擦力是阻力，第(2)种情形中摩擦力是动力；在情境3的第(1)种情形中摩擦力是阻力，第(2)种情形中摩擦力先是阻力后是动力。

表1

如表2所示，对于倾斜传送带模型，在情境1的第(1)种情形中物块的加速度a=μgcosθ-gsinθ，在第(2)种情形中第一阶段物块的加速度a1=μgcosθ-gsinθ，第二阶段物块的加速度a2=0，有：gsinθ=μgcosθ；在情境2的第(1)种情形中物块的加速度a=μgcosθ+gsinθ，在第(2)种情形中，第一阶段物块的加速度a1=μgcosθ+gsinθ，a2=0，gsinθ=μgcosθ(μ≥tanθ)；在第(3)种情形中，a1=μgcosθ+gsinθ，a2=gsinθ-μgcosθ(μ

表2

在理清受力和运动状态的基础上，通过由简单到复杂的运动过程分析，使学生逐步认识力与运动关系的本质，从而形成运动与相互作用观，科学思维能力由低阶向高阶发展。

2.3 深研摩擦力做功，养成科学态度

在掌握力与运动的关系的基础上，进一步研究摩擦力做功问题，让学生明了摩擦力对物体可以做正功和负功、也可以不做功。

(1) 静摩擦力做功特点

如图3所示，在F的作用下，两物块在水平面上共同向右做匀加速运动。两物块间的静摩擦力对物体m做正功，对物体M做负功，静摩擦力等值反向，两物体位移相同，所以静摩擦力对两物体做功的代数和为零。

图3

师生共同探讨后归纳：①静摩擦力对物体可以做正功，也可以做负功；②一对静摩擦力对系统的总功为零。

(2) 滑动摩擦力做功特点

以子弹射击木块为例，如图4所示，质量为m的子弹以速度v0打入质量为M的木块，最终以共同速度运动，在该过程中木块发生的位移为x，子弹打进入木块深度为d。假设打入过程中子弹、木块间的摩擦力恒定为Ff，桌面光滑。

图4

显然，由子弹、木块组成的系统动量守恒，mv0=(M+m)v，可以求出共同速度v。

对摩擦力的深度学习，系统地强化了运动与相互作用观念、能量观念等。通过进阶式复习，提高了学生的科学思维能力；通过批判性复习，增强了学生科学探究的意识，促进了科学态度和责任的养成。

核心素养理念和新高考评价体系是基础教育的航向标，我们必须遵循教育发展规律，尊重学生认知特点。指向培养物理学科核心素养的高三复习教学，应摒弃题海战术，走向深度学习，重视学生的物理观念的形成，培养学生的科学思维能力，落实科学态度与责任的培养目标。[4]