基于学习即研究观点的课堂重构教学研究

韦叶平 刘霁华

摘 要：本文提出学习即研究观点下的课堂重构教学理念，并在研究课中实践应用，旨在发展学生物理学科核心素养，进而提出对物理课堂教学改革方向的思考.

关键词：学习即研究;课堂重构;问题;研究式教学

文章编号：1008-4134（2019）17-0030中图分类号：G633.7文献标识码：B

经过前期对学与教的方式、教学改革的方向、教学中的师生关系等方面的调研和思考，结合高中学生思维发展和物理学科的特点及江苏省“十三五”规划课题“基于‘学习即研究观点的学生核心素养培养研究”的研究课题，课题组提出“学习即研究”的课堂重构观点.在研究课“牛顿第二定律”的教学中，尝试用此观点创新设计，取得了较好的实践效果.

1 基于学习即研究观点的课堂重构的必要性

研究课的内容是人教版高中物理必修1第4章第3节“牛顿第二定律”.本节教材的内容是牛顿第二定律的内容和表达式，以及两个例题和解析.传统的“独白式教学”是教师告知物理规律，事先概括对牛顿第二定律规律的理解，以学生能按照教材提供的例题解析规范答题作为评价的标准.学生掌握了具体的知识而缺少掌握知识转化的能力.教学中只有教师的“独白”，而几乎没有学生的声音，也就没有了学生思维的主动发展.

1.1 基于学习即研究观点

“学习即研究”的观点是，科学学习是发现问题和解决问题，其本质就是研究.学习者就是研究者，学习过程就是研究过程，不惟结论、不拘形式.要依据学生的真实思维、构建真实的情境、以问题为纽带、实现过程的体验和方法的运用、并在质疑评价中推进研究成果的深入和发展，进而推进学生核心素养的发展.

课堂教学过程应该是学生在教师引领下的研究过程，研究离不开问题与方法，对研究过程和结果要进行评价、质疑和批判.笔者以“王亚平太空授课”引入新课，不再满足于让学生知道事实，而是引发问题，提出假设，激发研究动机.问题和假设只有进入了检验的程序，问题才成为真正的问题，假设才成为科学的假设.质疑评价是学习即研究过程的重要环节，在实验过程中，对学生已有知识但并不理解的“m0m”进行否定再否定，最终在研究中理解“m0m”的意义，寻找创新解决的途径.牛顿第二定律的应用不再拘泥于习题的训练，而是渗透在问题假设、实验检验和逻辑推理的研究过程中.

1.2 基于教材的课堂重构

教材第2节“实验：探究加速度与力、质量的关系”中，平衡摩擦力和“m0m”是该实验的关键条件.但是，笔者在实验教学时只能无奈地告知学生.因为，只有学习了牛頓第二定律之后才能理解，才可以给出科学的、符合理论规律的解释.很多教师忽略了这个问题，实验教学时让学生死记硬背这两个结论，学习了牛顿第二定律这个规律后，也没有将前后知识进行串联消除疑问.基于教材内容的特点，有必要对课堂教学进行重构，创新遵循学生思维发展规律的教学设计.

学习即研究观点的课堂重构基本结构是：问题→解决→质疑评价→新问题→新的解决.物理问题的产生是从生活中的实际问题开始的，以问题为核心的物理教学方法，应以问题解决为契机，避免由教师教授内容、灌输知识的死板做法，调动学生思维的主动性，形成以学生为主体探究、发现的研究过程.笔者对牛顿第二定律表达式的教学重点突出k=1的意义并解释拓展;基于三个问题的类比与解决，理解牛顿第二定律;坐标点6（如图2）为什么明显偏离拟合直线，拟合直线为什么不过坐标原点等问题都来自学生实验的过程中，通过对本质的“研究”，生成了问题，学生收获的不仅是知识，而是理论依据和形成过程.

2 基于学习即研究观点的课堂重构

本节内容主要有牛顿第二定律数学表达式的由来、内容的理解和应用等三个知识板块.笔者按知识的逻辑结构，以问题为纽带，用研究的方式展开教学.教学中，教师是知识的占有者但不是过程的占用者，教师通过提供有意义的素材，让学生发现问题、研究问题、评价问题，物理核心素养在研究过程中得到发展.

2.1 创设情境，激发问题

课堂引入不仅是激趣，更是激疑.通过情境设计问题，激发学生的学习.

视频“王亚平太空授课”的引入，失重是太空环境中独特的现象，那么，航天员想要知道自己胖了还是瘦了，该怎么办呢？……你能说出“质量测量仪”的工作原理或提供一个测量质量的可能性方案吗？

学生小组合作，通过“§4.2实验：探究加速度与力、质量的关系”的学习，学生大多从a、F、m三者关系的角度提出测量m的方案.在此基础上，师生合作，从a-F、a-1m的图线特点经过逻辑推导得到等量关系F=kma.

教师：你希望k取多少呢？

学生：k=1（学生认为，此问题研究似乎带有“随意性”）.

在17世纪，国际单位之中已经明确了质量、加速度的国际单位，但没有规定多大的力作为力的单位.因此，物理学界达成共识：使质量为1kg的物体获得1m/s2的加速度，所需要的力叫做“一个单位的力”，后人为了纪念牛顿，把“一个单位的力”叫做1牛顿，即1N=1kg·m/s2.显然k=1，且没有单位.

教师进一步PPT展示：力的常用单位还有达因（dyn，1dyn=0.00001N）、千克力（kgf，1kgf=9.80665N）、吨力（tf，1tf=9806.65N）、磅力（lbf，1lbf=4.44822N）、磅达（pdl，1pdl=0.138255N）等.如果力取这些单位，k就不一定取1了.（引导学生思考：若加速度、质量是国际单位，但力的单位是达因，即1dyn=k·1kg·m/s2，则k=10-5.）

点评：教师介绍物理学史，渗透人文性，体会物理学不仅有简洁美，更符合科学性和严谨性.学生通过问题解决知其然更知其所以然，在解决问题的过程中又生成了新的问题.这样，在不断的研究中，实现核心素养的培养.

2.2 设计问题，理解规律

学生对牛顿第二定律的理解不是由教师简单告知，而是通过教师创设的真实情境，对三个关联问题的解决自主建构知识体系，理解物理规律.

教师展示一个钢球，你能用牛顿第二定律得到钢球下落的加速度吗？

教师展示两个钢球，你能用牛顿第二定律解释同一高度、同时释放的轻重不同的钢球为什么同时落地吗？

教师展示一个钢球和一个乒乓球，同一高度同时释放，为什么不是同时落地呢？

点评：教师以问题设计为核心，以问题解决为途径，理解牛顿第二定律的性质（同体性、矢量性、瞬时性、因果性等），提高学生解决问题的能力，发展学生的物理思维能力.

2.3 回归本质，引发问题

实证思想是科学精神的基础，也是物理核心素养的主要价值追求.让学生经历真实的探究过程，在本质中由知道上升为领悟.

请同学们观察图1中“探究加速度与力、质量关系”的实验装置按表1要求的数据进行实验.小车及附件的总质量m=0.351kg并保持不变，用力传感器测得小桶和砝码的总质量并测量小车的拉力F.你认为有哪些不当之处？

学生指出，该装置未平衡摩擦力，且第6组数据不满足桶和砝码的总质量比小车的质量小很多.

教师：今天，我们用位移传感器得到小车的加速度，并利用Dislab作a-F图线，分析该装置对实验结果的影响.

探究一：关于“m0m”的探究.

师生合作完成实验，得到a-F拟合直线，如图2所示.实验数据几乎不落在拟合直线上，显然不能说明：m一定，a∝F.进一步发现，前5组数据基本在一条直线上，第6组数据的坐标点明显偏离，a-F拟合曲线的斜率有减小的趋势.

教师：请同学们从牛顿第二定律定量的角度分析，为什么第6个坐标点明显偏离直线，且曲线的斜率有减小的趋势？

学生：不是因为操作错误而导致的偶然误差，而是由于加速度较大，F≈m0g不成立.

对m0：F合=m0g-F=m0a.（1）

可得：F=m0g-m0a

学生在实验现象和理论推导中理解m0m的真正目的.教师进一步引导，如果在小车前端装一个无线力传感器，可以直接得到F的大小，是否还需要满足条件m0m吗？

探究二：关于“平衡摩擦力”的探究.

删除第6组数据，得到较为合理的拟合直线.但是，a-F图线并未过原点，即m一定，a∝F仍然不成立.那么，是不是研究牛顿第二定律时哪里出问题了？

学生：没有平衡摩擦力，表达式F=ma中F是指小车受到的合力.对m有

F′合=F-f=ma……（2）

可得：f=F-ma.

学生经过思辨的过程，理解平衡摩擦力是为了更加简洁地找到牛顿第二定律的规律，而不是牛顿第二定律成立的前提必须要先平衡摩擦力.若横坐标替换成F-f，即小车受到的合外力，则拟合直线过原点.同时，我们还可以利用牛顿第二定律求出小车受到摩擦力的大小.

上述两个探究过程是对实验结论：m一定，a∝F的两次质疑.教师基于教材内容的统整和课堂教学的重构，使学生在实验现象和理论推导中理解m0m以及平衡摩擦力的真正目的.学生会在教师指导下，根据教材§4.2提供的步骤完成实验操作得到结论，但并不理解实验设计的意图和物理规律的深度理解等问题，突破了教学难点，建构了逻辑性强、较为完整的知识体系.

由表达式（1）和（2）得到系统满足的物理规律：m0g-f=（m+m0）a，是对牛顿第二定律理解的思维再提升，也是对实验操作两个必要步骤的再否定.最后，接着看课前视频“王亚平太空授课”，再了解“质量测量仪”的工作原理，即牛顿第二定律在现代科技中的应用中结束本节课.

物理学科核心素养强调科学思维和科学探究，我们需要构建研究过程，设想、设计、设置有品质的问题，基于问题解决，围绕过程推进学生的学习，开展真实的研究，培养学生批判性思维、创造性思维等高阶思维能力，实现核心素养的发展.

3 “研究式教学”物理课堂的构建

传统的“独白式教学”显然不符合新课程教学理念，不利于学生核心素养的发展.在课堂教学中，傳统的“独白式教学”正经历“对话式教学”，进一步走向“研究式教学”，引导学生从被教师询问到主动发现，从被动应答到主动探究.

3.1 从“独白”到“对话”

在传统的“独白式教学”中，教师对牛顿第二定律的理解，往往归纳为“五性”，即同体性、矢量性、瞬时性、因果性、独立性，再分别加以解释或举例说明.教师习惯性地满足于讲授而剥夺了学生发表意见、发展思维的机会.教师传授的知识量更多，教学信息量更大，更容易组织和控制教学进程，但学生只记住知识而没有知识转化的能力，不会灵活迁移运用.

“对话式教学”就是教师不断地询问学生对某个问题的解释，使学生处于思维的应急状态并迅速地搜寻解题的策略.教师设计了一系列问题引导学生理解牛顿第二定律，通过不断地追问和启发，使学生在问题解决过程中体会“五性”.当然，对话式教学不是只要有教师提问、学生回答，属于事实性的、记忆性的问题，简单地追求课堂热闹，为问而问，而是能否真正启动学生思维和引导思维发展方向，培养学生的思维能力.

3.2 从“对话”到“研究”

“对话式教学”为学生主动参与教学情境提供了机会，但又容易被教师设置的问题牢牢套住，陷入被教师追问的被动状态，缺少发问的权利和机会，只能围绕教师提出的问题做出思考与判断.“研究式教学”又可表述为“发现式教学”，主张学生自己发现问题、发现答案;有师生对话、生生对话、学生与学习材料的直接“对话”;在对话语境中，教师和学生处于一个平台上，教师和学生的思维方式和思维成果平等地得到尊重和保护.

本课教学中，理解“五性”的教学过程体现对话式教学，基于实验创新设计的牛顿第二定律的应用则体现研究式教学.学生首先对教师提供的实验装置提出否定，教师并没有简单地给出评价或根据教材提供的实验步骤加以修正，而是用批判质疑的思维，引导学生在实践研究过程中观察现象、发现问题、解决问题、评价问题.学生对是否满足条件“m0m”从否定到肯定，更找到了解决问题的创新方法（无线力传感器的运用和从系统的角度理解牛顿第二定律），也增强了进一步主动探究“平衡摩擦力”的兴趣和信心.

3.3 “研究式教学”的期待

“独白式教学”可以最高效率、全面系统地讲授知识;“对话式教学”使学生从“被灌输”的境遇进入“追问”状态;而研究式教学并不满足于学生“被追问”的状态，它进一步确立学生的主体地位，进一步释放学生的思维潜能和保护学生的思维火花.

《普通高中物理课程标准（2017版）》提出发展学生核心素养的教学目标.素养是人面对的无定式复杂思维和工作的能力及品质.在物理学科中，这种能力和品质包含科学观念、科学推理、科学探究、科学态度，其核心是创造性思维、批判性思维、问题解决.“学习即研究”观点下的研究式教学倡导以“主体研究”的方式开展学习，把简单告诉转化为问题引发，把知识罗列转化为过程建构，把被动接受转化为主体研究，以问题解决为载体，培养学生批判性思维和创造性思维等高阶思维能力，发展学生物理学科核心素养.

参考文献：

[1]韦叶平.指向思维发展的研学物理课堂的思考与构建探索——基于优课评比“功”课堂教学的观摩[J].物理教师，2017（06）：14-18.

[2]刘霁华.物理学科有意义教学的实现途径[J].物理之友，2014（08）：1-6.