基于发展学生思维品质的智慧物理课堂模式初探

摘要：智慧课堂是用智慧教育理念再塑翻转课堂。目前的翻转课堂模式存在一些问题，主要是学生对于许多物理概念、物理规律其中蕴含的物理方法、物理思维、科学精神并没有真正领会。而“科学思维”是高中物理学科核心素养的一个主要方面，养成高中学生的科学思维习惯，提升科学思维品格和能力，既是物理课程的独特作用，也是物理教学的核心任务之一。在本文中笔者对如何打造基于发展学生思维品质的智慧物理课堂模式做了思考和探索。

关键词： 智慧课堂 科学思维

1 高中物理智慧课堂的现状及思考

智慧课堂是用智慧教育理念再塑翻转课堂。翻转课堂将课堂由课内延伸到课外，由物理环境延伸到网络虚拟环境，形成了智慧学习空间。翻转课堂的教学核心是“云端构建，先学后教，以学定教，智慧发展”，基于动态学习数据分析和云网端的运用，实现教学决策数据化、评价反馈及时化，交流互动立体化、资源推送智能化。利用“互联网+”的思维方式和大数据等新一代信息技术打造智能、高效的课堂，实现课前、课中、课后全过程应用，促进学生的智慧发展。

不可否认，翻转课堂教学模式是对传统教学模式的颠覆，也是对学生学习方式的颠覆，目前看来这种颠覆也带来许多问题。首先，在翻转课堂教学模式下，有些教师过多的依赖网络平台，忽视学校课堂的优势，忽视教学设计，忽视课堂教学在培养学生科学思维素养的重要性。其次，学生还没有真正从原来的知识被动接受者转变为主动探索者，课下学习过程主要是被动型“观看”，学生和屏幕之间的学习场较弱，干扰因素较多。翻转课堂在解除了学生的束缚的同时也滋生了学习的随意性，另外，翻转课堂将“预习时间”最大化以实现教与学时间的延长，加重了原本就很沉重的学习任务，增加了学生的学习压力。传统教学模式下培养的学生缺乏良好的自学能力和自我管控能力。最后的结果，学生对于许多物理概念、物理规律“看得懂”，但只是停留在表层，其中蕴含的物理方法物理思维科学精神并没有真正领会。而“科学思维”是高中物理学科核心素养的一个主要方面，是从物理学视角对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系的认识方式；是基于经验事实构建理想模型的抽象概括过程；是分析综合、推理论证等方法的内化；是基于事实证据和科学推理对不同观点和结论提出质疑批判的能力和品格。因此养成高中学生的科学思维习惯，提升科学思维品格和能力，既是物理课程的独特作用，也是物理教学的核心任务之一。

基于以上问题，笔者认为在采用翻转课堂教学模式的过程中，教师应注重其可操作性和实际效用，教师应根据教学内容，合理进行人机分工，将自主学习与课堂教学相结合，以教师的智慧激发学生的智慧，实现个性化教学与班级授课的完美融合。真正的智慧课堂应注重教学方式的多样化，真正的智慧课堂从学生核心素养出发，充分发挥信息技术手段的动态记录、大数据分析、智能决策与资源推送等优势，构建智慧学习空间，创新学习方式，让学生在主动探究中获得思维发展和创新能力。笔者一直在思考和实践如何打造基于发展学生思维品质的智慧物理课堂模式。不久前笔者开设一堂“反冲运动 火箭”的公开课，受到听课专家与教师的好评，专家点评：“本节课通过环环相扣的问题并借助于信息技术的力量，提升了学生的思维品质，是高中物理智慧课堂的一个好案例。”下面笔者把本课的教学设计思想及教学流程呈现给各位同行，以作抛砖引玉之用。

2 基于发展学生思维品质的智慧物理课堂的实践

从教学内容来看，本节课是动量守恒定律在生产生活和科技方面的应用，首先通过生活生产中的现象认识反冲运动，通过实验加深对反冲运动的理解，最后介绍了火箭的飞行原理，体现了从物理走向社会的课程理念。其中关于反冲运动，自主学习难度不大，学生已有较多的生活经验，对于什么是反冲运动有了自己的认识，但也可能存在某些错误，对此，教学策略就是教师利用网络平台发布学习任务，智能诊断获取大数据，精准定位教学起点。火箭是反冲的重要应用，其中影响火箭最终速度的因素的推导是重点也是难点，特别是在太空中转变惯性参考系的问题思维难度较大，教材中的“思考与讨论”就是引导学生以飞船为参考系，应用动量守恒定律解决问题，即在真实、有意义的情境中应用动量守恒定律。课后的“问题与练习”中皮划艇问题思维难度更大，此类问题也是高考物理试题中的难点，是培养学生物理核心素养中科学思维能力的非常好的素材。对于分层教学中学习能力较强的学生，教师应该利用这些素材来提升他们的科学思维的品质。

教学策略是在课前阶段以学情分析为核心，在授课阶段以师生互动为关键，在课后阶段以个性化辅导为重点。

2.1课前自主学习，让知识的内化更顺畅、自然

课前自主学习任务：

观看平台上推送的视频（炮弹发射、舞动的喷管、智取威虎山片段），结合书本预习思考什么是反冲运动

发给每个学生气球，让学生课外体验反冲运动，体验成果在课堂内交流

完成平台上推送的预习作业。

学生登录学习平台完成作业后，教师可以收集学习数据，结果如图1所示，其中正确率最低的问题如下：

1．下列属于反冲运动的是（ ）

A．喷气式飞机的运动

B．直升机的运动

C．炮弹射向目标的运动

D．反击式水轮机的运动

答题详情如图2所示，点击柱状图还可以看到具体答题名单，根据答题名单让学生围绕B、C两种运动是否为反冲运动展开争论。最后教师根据争论情况给予适当总结，反冲运动最主要的特征是一个物体在内力作用下分裂成两个，遵循动量守恒定律。

点评：课前预习题应该是教师精心挑选的问题，是教师智慧的体现，只是把原来在课中预设的问题延伸到课前，学生经过充分的思考和讨论后知识的内化就更顺畅、自然。物理课堂教学过程是在物理教师引领下学生进行的各种科学思维活动。应该特别注重将分析综合、比较分类、抽象概括等基本思维方法融入课堂，让物理课堂充满推理论证、质疑创新的过程。

2.2课中深度学习，让高阶思维训练更充分

例如教学过程中“火箭”这个环节，为了最终推导出火箭的最终速度，笔者设计了这么几个环节：首先思考教材中的“思考与讨论”提供的问题。

质量为m的人在远离任何星体的太空中，与他旁边的飞船相对静止。人手中拿着一个质量为Δm的小物体。现在他相对于飞船为u的速度把小物体抛出.

1.小物体的动量改变量是多少？

2.人的动量改变量是多少？

3.人的速度改变量是多少？

教师：在此之前，我们应用动量守恒定律解决问题都以地面为惯性参考系，但在太空中，离地球非常遥远的时候，有些问题可以选择其他物体为参考系，如问题与讨论中的人和物体就可以飞船为参考系。

学生在教师的引导后很自然地转换了参考系，轻松地解决了此问题：小物体的动量改变量是Δmu，人的动量改变量是-Δmu，人的速度改变量。

教师继续引导学生思考下面问题：

例题火箭质量为m，在Δt 内喷出质量为Δm的气体，气体相对于火箭喷气前的速度为u。喷出气体后，求火箭速度增加量Δv.

有了上面的铺垫，学生稍作思考可以分析出，此题可以以喷气前的火箭为参考系。但即使选定参考系，要正确列出动量守恒的方程还有一定难度。为了了解学生的思维过程，笔者在平台上以课件题的形式发起快速问答，限时2分钟，学生解答完毕提交，笔者快速浏览后，同步展示几份代表性解答，少数学生还是不能习惯于转换参考系，或者动量守恒的式子中，初末状态的动量参考系不同，有些学生的有方向性的错误，有些答案正确但等式不够规范，种种问题都是学生的代表性错误。也有学生的解答非常完美，学生经历一系列的纠错后，标准解答以心中有数，最后展示某些同学的完美解答：

点评：利用网络平台的智能化功能，暴露许多学生隐秘性的错误，教师及时发现并纠正这些错误，为后面更高阶的思维训练打好基础。

变式1火箭质量为m，喷气前速度为v，在Δt 内喷出质量为Δm的气体，气体相对于火箭的速度始终为u。喷出气体后，求火箭速度增加量Δv.

教师引导学生仔细审题，认真思考：变式与例题有何不同？气体相对于火箭的速度始终为u，这里的火箭是喷气前还是喷气后呢？该如何选择参考系，利用动量守恒定律求解呢？

此题思维量较大，参考系既可选地面也可选喷气前的火箭，于是笔者利用网络平台，采用分组讨论模式，把学生分成两组，一组学生以地面为惯性参考系求解，另一组学生以喷气前的火箭为惯性参考系列方程，课堂内限时训练，实时上传，笔者对较早提交的解答进行批量阅读，可以暴露两组学生的解答中各种错误，对于这些宝贵的错误资源，笔者只是心中有数，不急于一一纠错，限时时间到，笔者启动“同步展示”、“互批”等功能，让学生互相“找茬”，调动双方学生展开激烈的讨论，一方竭其所能为其辩护，另一方则挑战质疑，在这场“争论”中，笔者的工作是及时肯定，适时提醒，把握好火候，最后双方都得到进一步的发展，在原先的解答上或修改或放弃得到正确解答。

点评：课堂教学各个环节之间应该注重因果、递进等逻辑关系，使各个问题衔接自然流畅，课堂提问要思维化，提出的问题要有合适的思维量，提出问题后要给学生思维的时间，使学生的思维得到锻炼。学生的思维能力在环环相扣，层层递进的问题锻炼中上升到一个新的高度，下面这个变式的解决就已是水到渠成。

变式2若火箭初始质量为M，初速度为0，每次喷出质量为Δm的气体，第1次喷气后火箭速度v1是多少？第2次喷气后火箭速度v2是多少？第3次？ 第n次？

点评：课堂上利用信息化平台学生进行探究性学习，教师利用分组讨论、实时训练等发现个性化问题，学生在动脑、动嘴、动手的过程中，辩证思维、逻辑思维、创新思维得到了充分的展示和锻炼。这个过程如果没有信息化平台地支撑，就难以达到预期效果，在传统教学中教师可以通过投影等手段暴露学生问题，但只能是分析少数的一些问题，不能精确的暴露各种隐蔽问题，更不能组织学生互评，发动学生的争论。在这些过程中，老师要智慧地根据课堂学情变化实时调整教学内容，精准选择教学策略，要重视思维引导，分层学习指导，养成学生良好的思维习惯，提升思维品质和能力，真正体现智慧教育。

2.3课后个性化辅导，促进学生高效学习

教师依据课堂学习情况，在网络平台上布置分层作业，根据数据反馈实时跟踪学生的练习情况，推送差异性学习资源，让学生根据自己的学习情况选择不同的资源，从而促进所有学生高效学习。例如，根据数据统计，对于作业中有些问题准确率不是特别高，但又有较多学生已掌握，传统课堂上教师考虑各层次学生，还是逐一分析讲解，但对于层次较好学生，这个讲解时间是低效的甚至是无效的。现在笔者的做法是利用网络平台自制各个问题讲解的微视频，根据数据统计推送给不同学生，也可以推送给所有学生，让学生根据自己的情况有选择的利用。

展望未来的“互联网+”的物理课堂，应该是放弃标准化的教学模式，学生按照最适合自己的方式主动学习，课堂里各种异步活动同时进行，有学生在做实验，有学生在个人设备上观看教学视频，有些学生在小组讨论，有学生在自己的设备上做同步练习......而物理教师的任务不仅仅是传授物理知识，更重要的是帮助学生从物理视角认识自然，引导学生经历科学探究过程，会使用科学研究方法，养成科学思维习惯，增强创新意识和实践能力。在云计算、物联网、大数据的背景下，如何利用信息技术的数据支撑，打造真正的智慧课堂，需要物理教师不断地探索。

参考文献：

[1] 刘敏，邵建新，田德旭.教育新生态环境下物理课堂教学冲突分析与协调 物理教师2018（1）：2-5

[2] 朱小青 对高中物理教学中培养学生科学思维素养的反思 中学物理教学参考2018（6）：4-7

[3] 项发见 基于云网端智慧教学的实践思考和案例研究 中学物理教学参考2018（11）：39-42

[4] 黄爱国 “互联网+”时代的中学物理教学展望 物理教师 2017（6）：74-76