指向高階思維的“薩其曼探究訓練”教學模式探討
——以“勻變速直線運動的位移與時間的關(guān)系”教學為例

2022-09-05 03:45:36陳志軍

物理之友 2022年7期

胡佳陳志軍

(1. 安徽省績溪縣適之中學,安徽宣城 245300;2. 安徽省績溪中學,安徽宣城 245300)

1 問題的提出

《普通高中物理課程標準(2017年版)》指出：物理學科核心素養(yǎng)主要包括“物理觀念”“科學思維”“科學探究”“科學態(tài)度與責任”四個方面,[1]其中科學思維是核心素養(yǎng)中最重要的組成部分。美國教育家布盧姆將認知過程具體化為記憶、理解、應(yīng)用、分析、評價、創(chuàng)造六個層次,其中分析、評價、創(chuàng)造為高階思維,是處于較高認知水平層次上的心智活動或認知能力。[2]在高階思維的三個認知層次中,分析是基礎(chǔ),評價是核心,創(chuàng)造是目的。[3]

“薩其曼探究訓練”教學模式是依據(jù)科學家科學研究的實踐提出來的,包括展示問題情境、提出假設(shè)與收集資料、獲得解釋、反思探究過程四個環(huán)節(jié)。[4]在物理教學中運用“薩其曼探究訓練”教學模式時，需針對教學任務(wù)驅(qū)動學習,結(jié)合物理概念、物理規(guī)律、課堂教學組織、科學思維方法、數(shù)學方法、信息技術(shù)、探究實驗、自制實驗器材、聯(lián)系生活實踐等，聚焦問題解決的活動及方法的應(yīng)用并進行評價,注重知識的生成和批判性思維的運用,是培養(yǎng)學生的高階思維能力的重要途徑。

人教版高中物理教材中“勻變速直線運動的位移與時間的關(guān)系”一節(jié)，蘊含著豐富的核心素養(yǎng)培育和高階思維能力培養(yǎng)的素材,有拓展位移公式的應(yīng)用并進行分析、評價、創(chuàng)造的高階思維發(fā)展點。本文以“勻變速直線運動的位移與時間的關(guān)系”教學為例,運用“薩其曼探究訓練”教學模式，實施高階思維導向的物理教學,以提升學生科學探究能力和問題解決能力,達成核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標。

2 指向高階思維的“薩其曼探究訓練”模式應(yīng)用

2.1 探究勻變速直線運動的位移與時間的關(guān)系

本節(jié)教材通過對勻變速直線運動v-t圖像的分割與累積，探究位移與時間的關(guān)系,指明勻變速直線運動v-t圖像下的“面積”代表位移,并推導出位移公式，這是本節(jié)的教學難點。對于該教學難點,學生的認識仍處于對v-t圖像的直觀、形象的思維層次,為此，教學實踐中可以運用“薩其曼探究訓練”教學模式拓展探究，幫助學生理解物理規(guī)律,指向高階思維能力的培養(yǎng)。

探究1:繪制勻變速直線運動的v-t圖像，確定初速度和加速度

問題情境：在本章第一節(jié)的教學中，我們運用實驗方法探究了小車速度隨時間的變化規(guī)律,選擇其中一條紙帶(圖1),選取紙帶上一點為起始點0，后面每5個點取一個計數(shù)點,標出0～7共8個計數(shù)點,測量出相鄰點之間的距離并算出各點對應(yīng)的速度，填入表1中。

圖1

表1

根據(jù)表1的測量數(shù)據(jù),學生利用專業(yè)繪圖和數(shù)據(jù)分析軟件Origin Pro進行處理,繪制速度v隨時間t變化的散點圖,利用線性擬合得到v-t圖像(圖2),曲線方程為v=0.1398+1.7520t。學生通過擬合并根據(jù)所學知識,可以確定小車做勻變速直線運動的加速度a=1.75 m/s2。在計數(shù)點的選擇上,在教學設(shè)計中刻意不展示計數(shù)點0左邊的相鄰點,也就是通過紙帶無法利用相鄰點之間的平均速度算出計數(shù)點0的速度，而是引導學生主動分析、判斷,通過擬合確定計數(shù)點0的速度,即紙帶上所選部分的初速度,根據(jù)直線方程容易確定初速度v0=0.140 m/s,借此培養(yǎng)學生的數(shù)據(jù)處理和問題解決能力。

圖2

探究2:繪制勻變速直線運動x-t圖像，推得初速度、加速度及位移公式

表2

先畫出對應(yīng)的勻變速直線運動位移隨時間變化的圖像,再引導學生猜想圖線是拋物線,由此進入“提出假設(shè)與收集資料”階段,通過分析、辨別、區(qū)分、處理數(shù)據(jù),推理論證，檢驗猜想與假設(shè)的正確性,發(fā)展學生的科學探究和高階思維能力。

圖3

2.2 探究平均速度、中間時刻速度

圖4

3 結(jié)語