构建物理认知发展核心素养

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  高中物理课程改革要求,重视学生终身学习能力的培养,同时要兼顾到学生创新意识以及实践精神的形成,对学生情感态度和价值观进行正确的引导,进而实现学生素质的全面提高.针对这一要求,课前教师要积极分析教学内容和学生特点,从而安排好教学设计;教学中教师要引导学生在探究中构建物理认知,并实时关注学生的学习状态,协调好预设和生成的关系;教学后教师要及时对教学设计和教学过程进行反思,以课堂教学过程的效果和学生反映为主要研究对象,全面深刻地分析和总结,从而使自身教学能力得到提高.下面以“飞机投弹与平抛运动”的教学为例,谈谈笔者在相关环节中的处理和思考.
  一、创设物理情境,引导学生构建模型
  在教学中,笔者让学生玩一个flash游戏——飞机投弹,让学生以飞行员的角色实施对敌方舰队的轰炸.游戏是最切合学生兴趣的活动.对于这样一个简单的实验,学生全身心投入,积极思考释放炸弹的时机.平抛运动的基本形式,在这个过程中潜移默化地植入学生的脑海.再通过扔粉笔的方式,模拟飞机投弹的过程,将平抛运动直接呈现在学生面前,并藉此引导学生认识平抛运动的基本特征.笔者继续介绍了斜抛运动,引导学生对两种运动模式进行对比和区分,从而帮助学生明确平抛运动的发生条件和运动特点.
  二、以问题为阶梯,引导学生进行猜想
  在教学中,笔者提出如下问题,引导学生思考.问题1:已经知道飞机的飞行高度和速度,要让空投的炸弹能够击中目标,需要在哪一位置投放炸弹?要解决这一问题,就必须研究平抛运动的规律.学生答案:空投的炸弹会进行曲线运动,下落的同时也在向前推进.也就是说,炸弹在水平和竖直两个方向同时发生运动.问题2:有没有办法对二维运动进行处理,将其转化为一维直线运动来分析?如果可以,会在哪些一维方向呢?学生结论:可以将平抛运动分解到两个方向,即水平方向和竖直方向.物体在水平方向不受到外力,因此该方向上为匀速直线运动;其竖直方向初速度为0,且只有重力的存在,因此该方向上的运动形式就是自由落体运动.问题3:运动的分解和力的分解有相似之处,也有明显的差别,如力往往对应某一状态,运动却必须对应过程.请联系合力与分力的关系,思考:平抛运动两个方向的分运动之间有着怎样的关系?其与平抛运动的合运动又有什么关联?学生猜想:可以将平抛运动的物体理解为同时参与两个方向上的运动,即水平方向的匀速直线运动,竖直方向的自由落体运动;两个运动同时进行,不会相互影响;两个分运动的合成运动,即为物体实际进行的运动.笔者告知学生,他们的有关猜想和伽利略的相关假设是吻合的,以此对学生的积极思维和大胆假设进行鼓励,并提出要求:怎样证实猜想呢?
  三、以实验来验证,引导学生形成结论
  在教学中,笔者从学生的认知特点出发,引导学生围绕猜想中有关分运动彼此间互不干扰的结论构建验证思路.在学生适当思考之后,笔者介绍本节课的主要实验仪器:平抛运动演示仪.通过对实验演示进行观察,学生的猜想获得证实.学生据此形成结论:发生平抛运动的物体,水平方向分运动为匀速直线运动,竖直方向分运动为自由落体运动.这两个分运动彼此独立、互不干扰.笔者借助教材上的频闪实验,继续帮助学生强化认知.学生从平抛运动的频闪照片中分析出:平抛物体在相同时间间隔内,有相同的水平位移,即其水平分运动为匀速直线运动;相同的时间间隔内,其在竖直方向的位移比值为1∶3∶5∶7,再次确认物体在该方向的运动属于自由落体运动.上述实验,让学生充分认识到合运动与分运动的关系,进而为学习运动的合成与分解打下基础.
  四、从数学来推导,促使学生深刻理解
  在帮助学生认识平抛运动轨迹时,为了拓展他们的思维,并进一步启发他们深化认识,笔者引导他们从数学的角度推导出轨迹的函数方程.笔者首先介绍伽利略有关平抛运动研究的相关描述,然后在此基础上介绍二维运动和三维运动的常规操作:运动的合成与分解.
  五、以例题促提高,引导学生交流和评价
  在教学中,笔者提供例题,让学生在交流和评价中提高相关认识.例题:一架正在高空沿水平线匀速飞行的飞机,依次释放了若干个铁球,每两个铁球的间隔时间为1s.在不考虑空气阻力的前提下,分别以飞机和地面为参考系,铁球的运动情形如何?所有铁球在空中的排布情形有何特点?铁球的落点有何分布特点?学生运用平抛运动的规律以及轨迹特点对问题进行解决,并尝试用示意图将物理情景清晰地表达出来,从而在彼此的交流和讨论中加深了对规律的理解.笔者通过动画模拟,进一步帮助学生强化认识.
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