基于核心概念的高中物理单元化教学初探

2020-09-12 14:08:20 广西教育·B版 2020年5期

冯峰

【摘 要】本文分析核心概念对学习的重要意义,阐明进行核心概念教学的理论基础,以“动能和动能定理”为例,阐述基于核心概念的高中物理单元化教学策略,以金字塔型的知识结构中的核心概念为中心,将核心概念转变为比较容易让学生理解的概念与典型事实,以便学生更好地理解和掌握知识。

【关键词】动能和动能定理 核心概念 单元化教学

【中图分类号】G  【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889(2020)05B-0108-02

高中阶段的学生在进行物理学科的学习时,他们的逻辑不但有可能会发生混乱,使他们不能完全掌握所学知识,而且相对应的自主和协作学习也不能高效率进行。本文将以“动能和动能定理”教学为例,基于核心概念对其进行高中物理单元化教学的探究。这里所说的单元化不是单单研究某一节内容的教学设计,而是探究如何围绕本章重点知识对“动能和动能定理”相关内容进行教学。以“功能关系”和“能量守恒”为支架,将该部分的相关知识灵活地融入整个单元的内容中,通过演绎核心概念与恰当的数学推论等方法进行教学模型的设计。

一、核心概念对学习的重要意义

人类的知识结构是一个具有金字塔的形态或者说框架,从下往上数,最下面的一层是事实知识,事实知识指的是人们对某些事物的基本认知及所掌握的基本情况,例如,地球是围绕太阳进行旋转的;倒数第二层是统摄性比较小的概念;第三层属于学科视角下的核心概念和学习方法;第二层属于跨学科主题,也就是将不同学科所需的知识进行融合所产生的综合性知识;金字塔顶端属于所学内容的哲学观点,它指的是对人生、世界等方面的思考。在金字塔结构中,可以直观明了地发现越高层面的知识人们积累得越少,但其综合程度越高;而对于越低层面的知识,人们接受的比较多,但相对而言其较为繁杂。通过对金字塔知识结构框架的探究发现,核心概念和学习方法在某一具体学科中占有绝对的主体地位。核心概念是指具有高度概括性、对单元内容的归纳总结,在高中物理内容中处于主要地位。由此可知,核心概念对于学生的学习而言具有重要意义。教师在进行高中物理教学活动时,要注重核心概念的理念,并在核心概念教学理念下对知识进行单元化概括,引导学生对所学相关知识进行归纳总结,使学生可以建造一个属于他们自己的知识框架,使学生的物理思维得到培养,并从物理的视角观察世界、探索世界未知的奥秘。

二、理论基础

(一)核心素养

对于物理课堂教学而言,教师应紧紧围绕高中物理核心素养进行教学活动,注重对学生物理思维能力、科学探究能力的培养,帮助学生养成严谨的科学态度,培养学生的责任意识,最终使学生的学科核心素养得以提高,从而使他们可以更加牢固地掌握所学知识。

(二)支架式教学理论

最近发展区指的是从学生水平的现有发展区提升到目标发展区的中间阶段。教师应给予学生适当的帮助,使学生的知识水平及能力得以提高,让学生在现有知识水平及能力的基础上了解知识的基本构成或者是重要观点。然后让学生进行详细知识的学习,这样可以使学生系统化地学习并掌握相关知识,便于学生清晰地认识到单元知识的实质核心、明确学习方向、提高知识综合应用能力,最终使学生的自主探究学习能力得以提高。高中物理教师在进行教学时应着重向学生强调物理意义的重要性,且要选用具有明确含义、可以使学生快速理解相关内容的支架。

三、“动能和动能定理”的单元化教学策略

(一)主体思路

在讲解“机械能守恒定律”时,由于其沿着能量的线索解决问题与用牛顿定律解决问题的线索不相同,因而本章内容相对独立,可以将其看作一个知识单元。笔者对本章内容进行分析,了解到本章内容的核心概念可以总结概括为“能量”(包括功与能量的关系、能量守恒定律)。它的表述为宇宙中的总能量是永恒不变的,当能量从一种形式转变为另一种形式时会产生功,功是能量转化的量度。在进行单元化教学的初级阶段,了解学生现有的知识水平及能力,进行教学设计,帮助学生了解核心概念,利用通俗易懂的语言为学生详细讲解核心概念,让学生深入理解它的意义。然后再对功的计算、重力(弹力)做功、势能(动能)的变化、机械能守恒等问题进行相关研究。只有让学生完全清晰地理解了动能和动能定理之间的关系,才能对本章内容进行单元化教学,推动学生对相关知识的理解。

(二)知识结构

以“能量”为核心概念对相关知识进行拓展,这个核心概念可以延伸出三个重要概念—— 功、功能关系以及能量转换,这三个概念可以衍生出较为详细具体的概念。例如,它们之间的关系、各自所包含的关系式等。

(三)单元化教学模型

依据初中物理学科中与能量相关的内容对学生的现有发展区进行明确。牛顿力学是初中阶段的重点内容,在确定学生现有发展区的过程中,也将其划入这个范围内。学生刚进入高中阶段这部分内容的学习时,笔者将初中所学的功的相关知识引入新课,比如,功的计算以及各种力做功的特点、功率等,之后根据学生在初中阶段掌握的有关能量与机械能守恒的相关知识的情况,带领学生进行高中物理“能量”这一核心概念的学习。由于功与能量的关系和能量守恒观念是大致相同的,因此在讲解能量守恒时,可以从能量转化出发,引申功能关系。这样可以加深学生对能量问题的理解,将学生的现有发展区有机联系到目标发展区。在此基础上对动能定理相关内容进行学习。在此过程中,教师需巧妙利用数学推论以及逻辑推理帮助学生过渡至目标发展区。可见,核心概念在单元化教学模式中起到极其重要的作用。详细操作可看下图。

(四)“动能和动能定理”教学案例(1 课时)

在“动能和动能定理”的教学中,将核心概念作为教学出发点,结合牛顿力学的数学推理以及实验探究的结论导入动能定理和动能定理的表达式,其中,中间的教学过程主要分为三个阶段。

第一个阶段,依据核心概念演绎推论获得 Fx=Ek2-Ek1 这一结论,之后再通过牛顿力学相关知识的推导及探究获得 Fx=mv22-mv12 这一恒力做功的表达式。

第二个阶段,通过第一阶段所得出的两个表达式推导出动能的表达式 Ek=mv2,之后再由“推力做功与动能的增量相等”这一概念引出动能定理。随后利用多力做功、非直线做功以及变力做功等方面知识,结合微元法和标量计算法将公式 Fx=mv22-mv12 的一般形式推导出来,经过详细推导得出结论 W=mv22-mv12。

第三个阶段,根据第二阶段所推导出的 W=mv22-mv12 以及动能的表达式,进一步对动能定理相关知识进行深入学习,并对它的适应条件进行探究,最后得出结论:动能定理既适用于恒力做功,又适用于非恒力做功,在直线运动、曲线运动中也都可以运用动能定理。

高中阶段的物理学科包含的知识较为繁多,难度也比较大。以核心概念为主线,以更加简单、具象化的形式将知识展示在学生面前并讲解,使学生更加迅速地掌握高中物理的重点知识,使学生可以形成物理思维,促进学生物理核心素养的提升。

【参考文献】

[1]尚海琴.基于核心素养的高中物理教学研究——以牛顿第三定律为例[J].科教文汇(上旬刊),2020(02).

[2]蒲永松,宋国贤.高中物理教学中学生核心素养培养策略探研[J].成才之路,2020(02).

[3]姚 堃.基于核心概念的高中物理单元化教学初探——以“动能和动能定理”教学为例[J].中学物理教学参考,2019,48(20).

【作者简介】冯 峰(1978— ),籍贯靖西,大学本科,中學一级教师,现为百色市田东县田东中学校长,主要研究方向为课堂有效教学。

(责编 卢建龙)