培育物理學(xué)科核心素養(yǎng)的“五位一體”教學(xué)策略

摘要：關(guān)于發(fā)展核心素養(yǎng)的探討，大多處于思辨階段.如何將學(xué)科核心素養(yǎng)的培育落實(shí)到課堂教學(xué)中是一項(xiàng)重要課題.做好整合和發(fā)展，深入發(fā)現(xiàn)和挖掘現(xiàn)有教學(xué)過(guò)程中符合核心素養(yǎng)理念的內(nèi)容和做法，進(jìn)行有機(jī)整合并結(jié)合學(xué)生和學(xué)校實(shí)際不斷發(fā)展和完善，積極探索學(xué)科核心素養(yǎng)的實(shí)現(xiàn)路徑.筆者在物理教學(xué)實(shí)踐中，構(gòu)建了以教學(xué)重演律為導(dǎo)向、以真實(shí)體驗(yàn)為基礎(chǔ)、以原始物理問(wèn)題為抓手、以思維活動(dòng)為主線、以實(shí)踐應(yīng)用為重心的“五位一體”教學(xué)策略.

關(guān)鍵詞：物理學(xué)科核心素養(yǎng)；教學(xué)重演律；原始物理問(wèn)題；實(shí)踐應(yīng)用

作者簡(jiǎn)介：任虎虎（1989-），碩士研究生，研究方向物理學(xué)科教學(xué).

學(xué)科核心素養(yǎng)是連接學(xué)生核心素養(yǎng)和教學(xué)實(shí)踐的過(guò)渡環(huán)節(jié)，學(xué)科核心素養(yǎng)對(duì)于發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)具有舉足輕重的作用、對(duì)于教學(xué)實(shí)踐具有重要的指導(dǎo)意義.物理學(xué)科核心素養(yǎng)包括：物理觀念；科學(xué)思維；實(shí)驗(yàn)探究；科學(xué)態(tài)度和責(zé)任四個(gè)維度.在教學(xué)中，遵循教學(xué)重演律，設(shè)計(jì)能真實(shí)體驗(yàn)的活動(dòng)，編制原始物理問(wèn)題進(jìn)行教學(xué)，關(guān)注學(xué)生的思維發(fā)展情況，遷移應(yīng)用解決實(shí)際問(wèn)題，從而有效培育物理學(xué)科核心素養(yǎng)，達(dá)到發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的目的.

1遵循教學(xué)重演律

“重演律”源于生物學(xué).學(xué)生從“未知”達(dá)到“真知”，需要經(jīng)歷一定的教學(xué)過(guò)程，而這一過(guò)程是以濃縮時(shí)空的形式，在短暫而迅速地重演著人類漫長(zhǎng)的認(rèn)識(shí)發(fā)展歷程，此即“教學(xué)重演律”.如果把科學(xué)家從事科學(xué)研究的過(guò)程視為科學(xué)知識(shí)的原生產(chǎn)過(guò)程，那么，學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的過(guò)程可以理解為科學(xué)知識(shí)的再生產(chǎn)過(guò)程.學(xué)生學(xué)習(xí)物理的心理順序差不多就是物理學(xué)家探索的歷史進(jìn)程，學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的進(jìn)程可以看成是人類探索科學(xué)進(jìn)程的認(rèn)知意義上的重演.

教學(xué)重演律的本質(zhì)就是要“關(guān)注過(guò)程，優(yōu)化過(guò)程”.讓學(xué)生重蹈科學(xué)知識(shí)發(fā)現(xiàn)過(guò)程中的一些關(guān)鍵環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)探究中讓學(xué)生重走物理學(xué)家的探索之路，在這一過(guò)程中形成物理觀念，發(fā)展科學(xué)思維，在潛移默化中培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度和責(zé)任，從而提升物理學(xué)科核心素養(yǎng).

案例1例如在“伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究”一節(jié).伽利略的斜面實(shí)驗(yàn)（圖1），在教學(xué)中一般都是正面解釋，即甲、乙、丙如何“沖淡”了重力的作用效果.筆者認(rèn)為這樣處理沒(méi)有發(fā)揮其應(yīng)有的教學(xué)價(jià)值，不妨讓學(xué)生重演伽利略的研究過(guò)程，讓學(xué)生經(jīng)歷“提出問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題”的全過(guò)程，培養(yǎng)科學(xué)思維.

重演情境：將一個(gè)小球從離地面1m的高度自由釋放，讓一個(gè)同學(xué)用秒表記錄小球下落的時(shí)間，重復(fù)做3次實(shí)驗(yàn)，并把3次的實(shí)驗(yàn)結(jié)果寫(xiě)在黑板上， 3次的結(jié)果偏差很大，學(xué)生自己進(jìn)而會(huì)提出問(wèn)題：為什么偏差會(huì)這么大？

師：請(qǐng)同學(xué)們小組內(nèi)交流討論產(chǎn)生這一結(jié)果的原因是什么？

生：根據(jù)自由落體運(yùn)動(dòng)的知識(shí)，小球下落的時(shí)間只有045s，而人的反應(yīng)時(shí)間要02s左右.

師：伽利略生活的年代沒(méi)有秒表可以用，只能靠滴水計(jì)時(shí).想象一下，如果你是伽利略，該如何驗(yàn)證小球通過(guò)的位移與時(shí)間的平方成正比？現(xiàn)在再請(qǐng)各小組交流討論.

師：小球做自由落體的時(shí)間很短，測(cè)量很困難，有沒(méi)有什么辦法讓運(yùn)動(dòng)的時(shí)間長(zhǎng)一些？

生：增加下降的高度.

師：很好，方法可以.在不增加高度的情況下，如何來(lái)驗(yàn)證呢？大家再討論一下.

接下來(lái)介紹伽利略的斜面實(shí)驗(yàn).經(jīng)歷這樣的過(guò)程，學(xué)生不僅能感受到斜面實(shí)驗(yàn)的精妙，不愧為世界十大最美麗物理實(shí)驗(yàn)之一，還能更好地體驗(yàn)和領(lǐng)會(huì)到伽利略開(kāi)創(chuàng)的“實(shí)驗(yàn)+思維+數(shù)學(xué)”的科學(xué)研究方法.

教材中還寫(xiě)到“從伽利略開(kāi)始，大師輩出，經(jīng)典如云，近代科學(xué)的大門(mén)從此打開(kāi)了”.讓學(xué)生思考伽利略對(duì)物理學(xué)乃至近代科學(xué)的發(fā)展影響為什么會(huì)如此巨大？這不僅是伽利略開(kāi)創(chuàng)的科學(xué)研究方法影響的結(jié)果，更是正如教材中所述的“伽利略做了上百次實(shí)驗(yàn)”這種百折不撓精神傳承的結(jié)果.這樣就不難理解：居里夫婦為了證實(shí)鐳的存在，他們?cè)谝婚g夏不避燥熱，冬不避寒冷的破舊棚屋內(nèi)從事腦力和體力勞動(dòng)，從1898年到1902年，堅(jiān)持不懈，終于從幾十噸鈾瀝青礦廢渣中提煉出十分之一克純鐳鹽，并測(cè)定了鐳的原子量；愛(ài)迪生利用三年時(shí)間，在分類試驗(yàn)了1600多種不同耐熱的材料后，最終發(fā)明了電燈，這些科學(xué)史不正是這種伽利略科學(xué)精神的傳承和發(fā)揚(yáng)嗎？

2設(shè)計(jì)能真實(shí)體驗(yàn)的活動(dòng)

學(xué)生的真實(shí)體驗(yàn)和感受是教學(xué)活動(dòng)的基礎(chǔ)和起點(diǎn)，創(chuàng)設(shè)情境、分組實(shí)驗(yàn)一個(gè)很重要的作用就是增進(jìn)學(xué)生的真實(shí)體驗(yàn)和感受，為學(xué)生的思維發(fā)展做好鋪墊.通過(guò)設(shè)置真實(shí)的活動(dòng)，讓學(xué)生參與、體驗(yàn)，在體驗(yàn)中讓學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)并提出問(wèn)題，激發(fā)認(rèn)知沖突，從而促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí).

案例2在自感教學(xué)中斷電自感實(shí)驗(yàn)可改成一個(gè)“有驚無(wú)險(xiǎn)”的活動(dòng)，讓學(xué)生合作參與活動(dòng)，增進(jìn)真實(shí)體驗(yàn)和感受.

實(shí)驗(yàn)裝置：如圖2所示，實(shí)驗(yàn)時(shí)只須取下教材中演示斷電自感現(xiàn)象中的燈泡，分別引出兩導(dǎo)線，讓幾位（如10位）同學(xué)“串聯(lián)”在電路中，供電電源只須1節(jié)干電池即可，圖中的自感線圈也可用日光燈的鎮(zhèn)流器替代.

活動(dòng)過(guò)程：閉合開(kāi)關(guān)S前，學(xué)生談體驗(yàn)“無(wú)感覺(jué)”；閉合開(kāi)關(guān)后，學(xué)生再談體驗(yàn)“無(wú)感覺(jué)”；在斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S瞬間，同學(xué)突然受到電擊“迅速收回雙手”.換一批學(xué)生重復(fù)實(shí)驗(yàn)，最好讓所有學(xué)生都有所感受.

活動(dòng)感悟：合作活動(dòng)之后，不用老師提問(wèn)，學(xué)生自己就會(huì)提出問(wèn)題：一節(jié)干電池何以能使這么多同學(xué)同時(shí)受到電擊？激發(fā)認(rèn)知沖突.思維發(fā)展自疑問(wèn)和驚奇開(kāi)始，這種合作活動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)在于：學(xué)生體驗(yàn)深刻，充分引發(fā)形象思維，能進(jìn)一步激起學(xué)生下一步的探究欲望.

3運(yùn)用原始物理問(wèn)題教學(xué)

原始物理問(wèn)題是基于實(shí)際情境，是自然界及社會(huì)生活、生產(chǎn)中客觀存在且未被加工的物理問(wèn)題，具有生態(tài)性和開(kāi)放性的特點(diǎn).原始物理問(wèn)題的呈現(xiàn)形式是對(duì)物理情景的描述，沒(méi)有已知量、未知量，需要學(xué)生自己去抽象、設(shè)置，因此原始物理問(wèn)題不同于物理習(xí)題，它們之間的關(guān)系如圖3所示.

現(xiàn)象是物理學(xué)的根源，原始物理問(wèn)題正是基于想象，學(xué)生在解決原始物理問(wèn)題的過(guò)程中要綜合應(yīng)用類比、猜想、抽象、概括等思想方法，從而有效地提升科學(xué)思維能力，培育物理學(xué)科核心素養(yǎng).

案例3“質(zhì)點(diǎn)”是高中階段學(xué)習(xí)的第一個(gè)理想化模型，它的建構(gòu)思想和方法對(duì)其它模型的建立有重要的指導(dǎo)意義.學(xué)習(xí)時(shí)可編制如下原始物理問(wèn)題進(jìn)行教學(xué)：

從上海到北京的高鐵需要經(jīng)過(guò)南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋，請(qǐng)估算一下高鐵列車通過(guò)大橋需要多長(zhǎng)時(shí)間.

學(xué)生抽象出物理過(guò)程后，了解南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋長(zhǎng)度，列車長(zhǎng)度以及速度后，可以算出時(shí)間.教師繼續(xù)追問(wèn)：“同樣的列車經(jīng)過(guò)杭州灣跨海大橋需要多長(zhǎng)時(shí)間？”“在后一個(gè)問(wèn)題中列車的長(zhǎng)度對(duì)結(jié)果影響大嗎？”接下來(lái)讓學(xué)生討論是否可以將一個(gè)具體物體看作一個(gè)點(diǎn).經(jīng)過(guò)這樣的分析和對(duì)比，讓學(xué)生形成具體問(wèn)題具體分析的意識(shí)，在實(shí)際情境中建立質(zhì)點(diǎn)的概念.從而達(dá)到在形成物理觀念的過(guò)程中發(fā)展科學(xué)思維的目的.

4關(guān)注學(xué)生的思維發(fā)展情況

思維活動(dòng)是物理教學(xué)的核心.學(xué)生的思維發(fā)展情況永遠(yuǎn)是教師關(guān)注的焦點(diǎn)，在核心素養(yǎng)理念下也不例外.課堂上，處于教師注意中心的并不是自己的講述，而是學(xué)生的思維發(fā)展情況.教師要能從學(xué)生的眼光里以及表達(dá)中看出他們懂了還是沒(méi)懂，如果有必要，就該迅速地變換方法，或者停一停，給予學(xué)生充分思考的時(shí)間和空間.駕馭學(xué)生思維的藝術(shù)，絕不在于事先把每一條思路都規(guī)定好，并且只講事先準(zhǔn)備了的東西，而是能根據(jù)學(xué)生思維發(fā)展的情況，從本節(jié)課發(fā)展的邏輯出發(fā)，按照此時(shí)此刻唯一正確的道路走下去.

案例4在“超重和失重”的教學(xué)中：用05cm左右寬的紙帶提起200g的鉤碼，讓學(xué)生自己操作：在不借助其它工具的情況下，如何使紙帶斷掉？有的學(xué)生向上提，有的同學(xué)向下移動(dòng)然后迅速停止，都能使紙帶斷裂.此時(shí)，教師借助力傳感器提起鉤碼演示剛才兩個(gè)過(guò)程中拉力的變化情況，如圖4所示.

此時(shí)教師不急于提問(wèn)，學(xué)生自己很快就會(huì)提出問(wèn)題：上提或下降過(guò)程中為什么同時(shí)出現(xiàn)拉力大于重力和拉力小于重力的情況？老師也不回答，讓學(xué)生自己運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)解釋這一現(xiàn)象，只要給機(jī)會(huì)和時(shí)間，學(xué)生可以通過(guò)自主思考和交流互動(dòng)解釋產(chǎn)生的現(xiàn)象，然后再通過(guò)問(wèn)題引導(dǎo)，讓學(xué)生對(duì)超重和失重的原因進(jìn)行歸納總結(jié).

5遷移應(yīng)用解決實(shí)際問(wèn)題

既然核心素養(yǎng)是讓學(xué)生具備能夠適應(yīng)終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力，那么，在課堂教學(xué)中就應(yīng)該培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和方法解決實(shí)際問(wèn)題的習(xí)慣和能力.通過(guò)創(chuàng)設(shè)待解決的真實(shí)問(wèn)題情境，將物理知識(shí)、思維方法從課堂遷移到社會(huì)，進(jìn)行“問(wèn)題解決式教學(xué)”，也只有指向?qū)嶋H問(wèn)題、指向社會(huì)，才能更加有效地培育學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng).

案例5在學(xué)習(xí)了電磁感應(yīng)和交變電流的知識(shí)后，正值學(xué)校研究性學(xué)習(xí)的課題選題階段，于是在課代表的組織下指導(dǎo)班級(jí)幾名同學(xué)確定了研究性學(xué)習(xí)課題《小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的原理和研制》，指導(dǎo)學(xué)生上網(wǎng)查閱資料，了解風(fēng)力發(fā)電機(jī)的原理和構(gòu)造.在此基礎(chǔ)上，讓學(xué)生利用假期時(shí)間制作一個(gè)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，帶到學(xué)校來(lái)展示，要求能讓額定電壓為15V的小燈泡發(fā)光.在這個(gè)過(guò)程中學(xué)生雖然花了很多時(shí)間和精力，但能有效提升學(xué)生的問(wèn)題解決能力、協(xié)作能力、動(dòng)手操作能力等，比做再多的題目都有用，并且為未來(lái)的學(xué)習(xí)和發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).

物理教師可以通過(guò)學(xué)校的綜合實(shí)踐課程或研究性學(xué)習(xí)等，創(chuàng)設(shè)待解決的真實(shí)問(wèn)題情境，從而將知識(shí)延伸到技術(shù)、將課堂延伸到社會(huì)，達(dá)到有效培育物理學(xué)科核心素養(yǎng)的目的.

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