翻转课堂提升物理学科核心素养

    徐新兵

    

    

    摘要：高中物理翻转课堂与物理核心素养培养是一种正向实现的关系。本文以《反冲运动 火箭》的教学为例，通过“自主学习任务单+微视频”引导学生课前从事高质量自主学习，通过进阶作业和协作探究促进知识内化，提升物理核心素养。

    关键词：翻转课堂;高中物理;核心素养

    中图分类号：G434 ?文献标识码：A ?论文编号：1674-2117（2019）22-0064-03

    教材与学情

    本节内容是《动量》一章的最后一节，具有本章知识总结和复习的性质，知识点非常重要。此外，本节知识还涉及具体的生活问题和高科技知识。由于高考改革趋向能力测试，更多地涉猎生活和科技前沿问题，使得本节知识变得尤为重要。

    由于学生已学习动量及动量守恒定律，能对一些物理模型进行简单解题，但是，没有把这些知识应用于实践的经验，难以完成知识内化，一旦涉及具体问题，往往束手无策。因此，传统的授课方式无法满足学生应对未来挑战的需要。

    鉴于此，本节课的主要任务是利用合作学习等手段实现知识的内化，而不是教授反冲运动的概念。

    自主学习任务单与微视频

    自主學习任务单是微课程教学法引导学生从事高质量自主学习的载体。设计自主学习任务单，首要的是具体精准地提炼达成目标，让学生纲举目张地投入学习。

    笔者为学生设定如下达成目标：（1）了解反冲运动的定义;（2）理解一个静止物体在极短时间内分裂成两个运动方向相反的物体;（3）能用反冲运动解释视频中出现的章鱼运动、农田灌溉、气球放气、射击等现象;（4）理解作用力反作用力与反冲运动的关系;（5）能在反冲运动中应用动量守恒定律独立解决简单的反冲问题。

    传统教学虽然也有目标设定，但最终目标实现与否却不得而知，翻转课堂必须要找到破解之道。

    如何达成上述五个目标？微课程教学法的破解之道就是：根据达成目标设计问题导向的学习任务，根据完成学习任务的需要提供配套微视频或与微视频功能一致的其他学习资源。

    为了指导学生达成目标，笔者设计了三个学习任务。

    任务一：关于反冲运动的概念及特点（2分钟）。

    （1）什么是反冲运动？反冲运动有何特点？

    （2）在反冲运动中，一个静止的物体分裂成几部分？在什么力作用下分裂的？

    （3）反冲运动遵循什么定律？为什么会遵循这个定律？（可以回答完任务二第五题后再答）

    任务二：反冲运动分析（2分钟）。

    （1）视频1中，章鱼在运动过程中采取什么措施前进？为什么？

    （2）视频1中，农田灌溉的水从喷口喷出，水流方向和管子旋转方向有什么关系？为什么？

    （3）视频1中的气球放气时，气体从气球喷出，气体喷出方向与气球运动方向有什么关系？

    （4）视频1中开枪射击时，将枪托抵在肩膀上，实际上改变了哪个物理量？为什么？

    （5）视频1中，自制的小火箭内部火药爆炸后产生的气体运动方向同火箭运动方向是否一致？为什么？

    任务三：反冲运动的简单应用（2分钟）。

    （1）假设一个人静止于完全光滑的水平冰面上，现欲离开冰面，下列方法中可行的是： ? ? ? ? ? ?。

    A.向后踢腿

    B.手臂向后甩

    C.在冰面上滚动

    D.脱下外衣水平抛出

    （2）反冲小车静止放在水平光滑玻璃上，点燃酒精，水蒸气将橡皮塞水平喷出，小车沿相反方向运动。如果小车的总质量M=3kg，水平喷出的橡皮塞的质量m=0.1kg，若橡皮塞喷出时获得的水平速度v=2.9m/s，求小车的反冲速度。

    设计意图：让学生通过任务的引导观看微视频，完成学习任务，达成课前学习目标，让他们意识到通过自己的探索、学习，也可以掌握新知识，从而产生成就感，更加认同翻转课堂教学的价值，对学习产生兴趣，获得满足感，提高学习参与度。同时，课前任务设计得有层次性，个别问题根据“最近发展区”策略，增加点挑战性，使课前学习任务对所有学生都有吸引力。因为太过简单的任务，学生会感觉索然无味，不利于激发学生的兴趣。

    为了支持学生完成学习任务，笔者开发了时长分别为3分钟、2分钟的两个微视频，帮助学生理解反冲运动的概念，一方面是梳理概念，另一方面是提供分析的案例。基于学生已经熟悉动量守恒，相关研究问题的思路和方法也已具备，因此，微视频成为支持学生完成学习任务的重要支架。

    微视频创设了如下研究背景：北宋时期，在民间盛行的烟火戏中，人们利用火药燃气的反作用力，制成了能够高飞和升空的“流星”（或称“起火”）、“爆竹”，为节日增添了喜庆的气氛。从工作原理看，烟花爆竹就是利用了反冲的原理。虽然古代火箭、火药是中国人发明的，但由于长期不重视科学技术的发展，致使古代火箭技术最终只停留在礼花爆竹之中，这不能不说是中国历史的遗憾。引导学生在这一历史背景下学习反冲运动火箭，可以帮助学生全面、准确地认识中国古代科学和科学家，感悟科学精神和科学的人文性，体验科学发展的不易，这是实现物理课程核心素养目标的保证。

    进阶作业与能力发展

    基于课前自主学习的成果，笔者为课堂学习设计了进阶作业：

    （1）有一个以10m/s的速度飞行的手榴弹炸成两块，这两块的质量m1=0.6kg，m2=0.4kg，较大的一块炸裂后仍按原方向运动，其速度增加到50m/s。求较小的那一块的飞行情况。

    （2）一火箭喷气发动机每次喷出m=200g的气体，气体离开发动机时速度v=1000m/s，设火箭质量M=300kg，发动机每秒喷气20次，求：

    第1次气体喷出后，火箭的速度多大？

    第3次气体喷出后，火箭的速度多大？

    运动第1秒末，火箭的速度多大？

    （3）有一只小船停在静水中，船上一人從船头走到船尾。如果人的质量m=60kg，船的质量M=120kg，船长l=3m，则船在水中移动的距离是多少？水的阻力不计。（人船模型如图1）

    （4）如上页图2所示，载人气球原来静止在空中，与地面距离为h，已知人的质量为m，气球的质量（不含人的质量）为M。若人要沿轻绳梯返回地面，则绳梯的长度至少为多长？

    设计意图：进阶作业的选题满足适度性、层次性，难易符合学生实际，使学生既能完成又不是轻松完成，这有利于发展他们的“最近发展区”，激发学生的学习积极性，促进学生的综合发展。

    作业完成之后，组内展示并评价，然后推荐优秀者上展台展示讲解，其他学生予以补充，并予以评价。还可以就一些问题进行质疑，本小组负责当堂答复，在思维碰撞中提升进阶作业的完成质量，发展自主学习能力和价值判断能力。

    合作探究与反思

    课前自主学习和课堂进阶作业促进了学生对知识的掌握，能否实现知识的内化，则取决于知识与经验的结合。为此，微课程教学法创造了知识与经验相结合的微项目学习。微项目学习由协作探究和成果展示构成。

    本次协作探究，基于所提供的材料制作一辆反冲小车，要求尽可能行驶得更远。提供给小组的器材如图3所示。要求各组成员团结协作，完成任务。

    2分钟的合作商讨后，各组形成制作思路，开始制作反冲小车。10分钟后，制作完毕，各小组都有了自己心中最满意的反冲小车。

    接下来是展示各组的制作成果。第一小组制作的反冲小车行驶距离有限，其他组的成员开始分析原因。原来，气球充气后，气球同地面接触，有摩擦，所以行驶不远。第二小组的反冲小车行驶距离也没多远。很快，通过同伴互助，学生找到了原因。原来是气球充气后，和轮子接触，摩擦力太大，轮子没法转动。其他各组都存在类似情况，于是，进入修改制作。

    2分钟后，终于有一组成功了，他们将气球架高，这样，充气后，既不与地面接触，也不与轮子接触。

    这种形式的探究，不是局限于肌肉与技能的训练，而是在完成制作反冲小车的驱动下，较为充分地激发思维，把材料、感官与假设融为一体，使学生不仅完成了制作任务，也加深了对动量及动量守恒定律的理解，当然，更为重要的是发展了运用所学知识从事创造性活动的能力，发展了学生心智。

    在这个过程中，学生不仅发现气球充气后与地面接触产生摩擦，或者与轮子接触后产生摩擦，都不能产生理想的反冲，而且提出了避免上述摩擦的方法，建立起成功反冲的认识，形成关于反冲的意义建构，较好地完成了知识的内化。

    学生在微项目学习中呈现出来的超乎寻常的表现给笔者带来了惊喜和快乐，笔者发现，调整教学策略之后，学生的学习潜能被激活，他们就会创造出不可思议的奇迹。同时，也让笔者真正做到了“以人为本，以生为本”，让学生掌控自己的学习节奏，实现跨空间、跨时间的学习。这种教学模式，让学生在自主学习中发展认知，在合作探究、成果展示中拓展综合能力，发展核心素养，成为高中物理课堂一道亮丽的风景线。

    总结

    翻转课堂在教育理念、教学结构及师生角色方面打破了常规，真正做到因材施教，以人为本，以生为本，有利于促进学生物理思维发展和知识体系建构，有利于提升学生的物理学科核心素养。翻转课堂既为师生提供了教与学的新模式，也向实施者提出了严峻的挑战，广大教师应努力更新教育教学理念，创新课堂教学模式，不断提高业务素养，善于做学生学习的设计者、组织者、指导者、帮助者、促进者和欣赏者。