第Z01版:论文
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2019年7月12日 星期

核心素养视野下基于科学思维的教学实践
——以“物理解题中的建模策略”教学为例

□新昌中学 吕江辉

高中物理课程注重体现物理学科本质,从物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个方面提炼学科育人价值,充分体现物理学科对提高学生核心素养的独特作用。《普通高中物理课程标准(2017年版)》对物理课程培养学生解决实际问题和建模能力的要求提到了历史新高度。例如在“课程目标”中指出高中物理课程培养目标包括“能够解释自然现象和解决实际问题”“具有建构模型的意识和能力”等;在“学业质量水平”的5个等级描述中,都有对物理建模水平的描述,如第4等级强调“能将实际问题中的对象和过程转换成所学的物理模型”等。“物理模型”或“物理建模”一词由旧课标的隐性蕴含到新课标的显性提出,它是物理核心素养的具体要求,纵观各省物理高考,从实际情景中提取物理知识,一直以来深受命题教师的青睐。

一、学情分析

学生物理建模的现状却不尽如人意,主要问题体现在以下三个方面:学生建立物理模型的方法主要依靠直觉判断,缺乏合理的想象和严密的逻辑思维来进行推理、猜想、判断可能的模型;学生不善于应用模型解决实际问题,易受表面现象干扰,思维焦点集中在问题的表面现象,不善于透过现象看本质,特别是在面对缺少数据和现成模仿模型的物理问题时,学生往往不能建立科学合理的物理模型;学生对原来已学过的经典物理模型的特点掌握不够准确,特别是它们的适用条件不清楚,这直接影响到他们做题时的正确率。

二、教学活动(设计意图)

试题:两端吸有短小圆柱形钢制强磁铁的干电池,放入很长的固定在水平桌面的螺旋线圈(由裸导线绕成)内,干电池和强磁铁的“结合体”就会在螺旋线圈内运动,有人称之为简易“电动火车”。如图1是简易“电动火车”的示意图,图中只画出一部分线圈,强磁铁与线圈在任何位置始终能保持良好接触。若图2中的电池被你的手指按住而静止,则下列说法中正确的是( )。

A.放开手指,“结合体”向右运动

B.放开手指,“结合体”向左运动

C.放开手指,“结合体”不动

D.将右端强磁铁N极与S极对换,放开手指,“结合体”向左运动

(学生分组讨论)1.“电动火车”为什么会动?2.“电动火车”受到了什么力?3.我们该如何建立物理模型分析?

(教师)解题障碍是什么?

(学生)条件抽象,难以直接操作分析。

(教师追问引导)电池相当于什么?螺线管与电池有什么作用?磁铁作用?

(学生讨论总结)电池通过磁铁与线圈构成回路,通电螺线管相当于条形磁铁,小火车的运动相当于磁体间相互作用的模型。

(教师)D选项为什么错?如何运动?

(学生)……

(教师)通过实验演示操作进行验证展示,将右端强磁铁N极与S极对换,放开手指,“结合体”将处于静止状态。

基于核心素养的设计评述:关注实践体验,通过物理学中与学生生活联系密切的事例,使他们认识到生活中处处有物理现象,增加学生对物理学科的亲切感,激发他们学习物理的兴趣。

【拓展】

为研究静电除尘,有人设计了一个盒状容器,容器侧面是绝缘的透明有机玻璃,上下底面是面积A=0.04 m2的金属板,间距L=0.05 m,当连接到U=2500 V的高压电源正负两极时,能在两金属板间产生一个匀强电场,如图3所示。现把一定量均匀分布的烟尘颗粒密闭在容器内,每立方米有烟尘颗粒1013个,假设这些颗粒都处于静止状态,每个颗粒带电量为q=+1.0×10-17 C,质量为m=2.0×10-15 kg,不考虑烟尘颗粒之间的相互作用和空气阻力,并忽略烟尘颗粒所受重力。求合上电键后:1.经过多长时间烟尘颗粒可以被全部吸附?2.除尘过程中电场对烟尘颗粒共做了多少功?3.经过多长时间容器中烟尘颗粒的总动能达到最大?

【解析】

如图4尘埃粒子作为点电荷,简化等效为匀加速直线运动;容器中尘埃的分布可以等效认为集中于容器中间平面,从而简化题目。

基于核心素养的设计评述:关注学生学业质量水平要求,要努力创设问题情境,培养学生利用所学知识综合解决物理问题的能力。

【总结】

物理问题的常规解题思路如图5所示,关键是物理建模;要根据新课程标准编写试题,试题的任务情境要与生产生活、科技发展等密切联系,要关注物理学前沿与成果应用;要探索设计与现实相关的问题情境,加强应用物理学知识综合解决实际问题的能力。

基于核心素养的设计评述:升华课堂核心,从选考试题要求、试题呈现的方式让学生关注新课改下建模应用的重要性。


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