基于核心素養(yǎng)導(dǎo)向的高中物理教學(xué)設(shè)計(jì)研究

卓春蕊　楊光敏　陳紅君

摘 要：物理核心素養(yǎng)是學(xué)生在接受物理過(guò)程中逐漸形成的適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必要品格和關(guān)鍵能力，主要由“物理觀念”“科學(xué)思維”“實(shí)驗(yàn)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”等四個(gè)要素構(gòu)成。該文以高中物理“反沖運(yùn)動(dòng)火箭”為例，闡述如何基于物理核心素養(yǎng)角度提升教學(xué)設(shè)計(jì)，期望能夠引起物理教師的共鳴與思考。

關(guān)鍵詞：物理核心素養(yǎng) 教學(xué)設(shè)計(jì) 反沖運(yùn)動(dòng)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）07（a）-0174-02

自21世紀(jì)以來(lái)，“核心素養(yǎng)”的浪潮席卷了世界上許多國(guó)家、地區(qū)以及國(guó)際組織。構(gòu)建核心素養(yǎng)框架，建立各學(xué)科、各年級(jí)的學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)體系已成為深化課程改革，推行素質(zhì)教育的基本要求，也成為我國(guó)提升教育國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的迫切需要。在我國(guó)進(jìn)行新一輪課程改革的關(guān)鍵時(shí)期，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)無(wú)疑變得至關(guān)重要。

下面筆者以人教版選修3-1“反沖運(yùn)動(dòng) 火箭”為例，依照物理核心素養(yǎng)要求，積極探索基于物理核心素養(yǎng)導(dǎo)向下的教學(xué)設(shè)計(jì)。

1 基于物理核心素養(yǎng)導(dǎo)向的教學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程

本節(jié)課的教學(xué)過(guò)程由新課導(dǎo)入，提問(wèn)猜想，實(shí)驗(yàn)探究和實(shí)例應(yīng)用四個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成，每一環(huán)節(jié)依次體現(xiàn)物理核心素養(yǎng)中的物理觀念，科學(xué)思維，實(shí)驗(yàn)探究和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。

1.1 物理觀念——物理核心素養(yǎng)的基礎(chǔ)

物理觀念主要包括物質(zhì)觀念、運(yùn)動(dòng)觀念、相互作用觀念、能量觀念等，側(cè)重三維目標(biāo)中的知識(shí)與技能方面[2]。物理觀念不同于物理知識(shí)，它對(duì)物理知識(shí)具有引領(lǐng)作用，教師需要指導(dǎo)學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中，不僅要學(xué)習(xí)由物理現(xiàn)象、物理概念、物理規(guī)律所構(gòu)成的物理知識(shí)及結(jié)構(gòu)，還要將蘊(yùn)含于具體知識(shí)中的觀念性認(rèn)識(shí)在頭腦中提煉升華，建構(gòu)屬于自己的物理體系，形成物理觀念。學(xué)生只有親身體驗(yàn)物理知識(shí)的形成過(guò)程，理解物理知識(shí)的內(nèi)涵，才可以將物理知識(shí)轉(zhuǎn)化為物理觀念。

在新課導(dǎo)入中，教師先讓學(xué)生觀察三個(gè)實(shí)驗(yàn)，思考實(shí)驗(yàn)有沒(méi)有共同點(diǎn)以及發(fā)生此類物理現(xiàn)象的原因，從而建構(gòu)學(xué)生的物理觀念。演示實(shí)驗(yàn)一：分別向不同方向讓充滿氣的氣球飛出，觀察他們飛出的方向。演示實(shí)驗(yàn)二：播放火箭發(fā)射視頻。演示實(shí)驗(yàn)三：自制的反擊式水輪機(jī)實(shí)驗(yàn)，如圖1所示。

這三個(gè)實(shí)驗(yàn)蘊(yùn)含的物理觀念主要有：

（1）物質(zhì)觀念：氣球、火箭、反擊式水輪機(jī)，可以拓展到生活中的放煙花，或者其它領(lǐng)域的火箭，噴氣式飛機(jī)，噴水潛艇等。

（2）相互作用觀念：本節(jié)課主要研究的就是物體的相互作用，實(shí)驗(yàn)一研究的是氣球飛出時(shí)噴出的氣體和氣球的相互作用，實(shí)驗(yàn)二火箭發(fā)射時(shí)火箭的燃料與火箭的相互作用，實(shí)驗(yàn)三反擊式水輪機(jī)中的水和細(xì)管的相互作用。

（3）運(yùn)動(dòng)觀念：我們將這3個(gè)實(shí)驗(yàn)中有相互作用的運(yùn)動(dòng)稱為反沖運(yùn)動(dòng)。反沖運(yùn)動(dòng)是指一個(gè)靜止的物體在內(nèi)力的作用下分裂成兩個(gè)部分，一部分向某個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，另一部分必然向相反的方向運(yùn)動(dòng)的過(guò)程。

1.2 科學(xué)思維——物理核心素養(yǎng)的中心

科學(xué)思維主要包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等思維方法[2]。科學(xué)思維是物理核心素養(yǎng)的中心，傳統(tǒng)的物理教學(xué)容易使學(xué)生形成思維定勢(shì)，因此在物理課堂教學(xué)過(guò)程中，教師要抓住鍛煉學(xué)生科學(xué)思維的各種機(jī)會(huì)，加強(qiáng)對(duì)科學(xué)思維的培養(yǎng)。對(duì)于科學(xué)思維的培養(yǎng)，主要體現(xiàn)在要求學(xué)生學(xué)會(huì)科學(xué)思維方法，對(duì)于物理問(wèn)題有屬于自己的觀點(diǎn)，從不同的角度思考問(wèn)題，同時(shí)也可以對(duì)不同的觀點(diǎn)和結(jié)論提出質(zhì)疑和批判；要求學(xué)生有使用科學(xué)證據(jù)的意識(shí)和評(píng)估科學(xué)證據(jù)的能力，可以基于科學(xué)證據(jù)對(duì)不同物理問(wèn)題進(jìn)行解釋說(shuō)明和分析預(yù)測(cè)。教師在課堂上著重鍛煉學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和提出問(wèn)題的能力，對(duì)于提問(wèn)的學(xué)生要鼓勵(lì)，讓學(xué)生體驗(yàn)到提問(wèn)創(chuàng)新的滿足感，從而在班級(jí)中營(yíng)造良好的學(xué)習(xí)氛圍。

這節(jié)課對(duì)學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)，主要體現(xiàn)在：

教師在新課引入之后，通過(guò)三個(gè)實(shí)驗(yàn)案例，提出問(wèn)題，讓學(xué)生猜想假設(shè)：猜想一：這種相互運(yùn)動(dòng)與碰撞相同。猜想二：在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，系統(tǒng)動(dòng)量守恒。猜想三：反沖運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)動(dòng)量都守恒。教師在學(xué)生交流討論后指導(dǎo)學(xué)生建立反沖運(yùn)動(dòng)模型。

1.3 實(shí)驗(yàn)探究——物理核心素養(yǎng)的關(guān)鍵

物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，學(xué)生學(xué)習(xí)物理的過(guò)程其實(shí)就是學(xué)生通過(guò)自身經(jīng)歷觀察、實(shí)驗(yàn)探究等活動(dòng)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題，建構(gòu)知識(shí)、形成觀念的過(guò)程。在物理實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程中，要求學(xué)生擁有探究意識(shí)，能夠提出物理問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律；具有設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究方案，獲取和處理證據(jù)和信息的能力，可以正確實(shí)施實(shí)驗(yàn)探究方案后得出結(jié)論并做出解釋；要求學(xué)生可以收集并分析信息，對(duì)實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程和結(jié)果進(jìn)行交流、評(píng)估和反思[3]。

實(shí)驗(yàn)一：反沖小車（小車內(nèi)部有三根壓縮程度不一致的彈簧，按動(dòng)開關(guān)之后彈簧可以將物體彈出），幾個(gè)質(zhì)量不等的小木塊。要求每個(gè)小組自行分工，學(xué)生依據(jù)探究實(shí)驗(yàn)的流程自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，最后進(jìn)行小組討論。

其中一個(gè)小組想要分析影響小車反沖運(yùn)動(dòng)速度的原因，猜想小車的重量會(huì)影響小車的運(yùn)動(dòng)速度，該小組在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案后利用實(shí)驗(yàn)器材和周圍有限的資源進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，使小車做反沖運(yùn)動(dòng)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，由小組內(nèi)專門成員記錄數(shù)據(jù)，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，并在組內(nèi)討論交流，反思和總結(jié)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程。

實(shí)驗(yàn)二：紙火箭實(shí)驗(yàn)，教師給學(xué)生提供稀薄管、火藥、支架、火柴和蠟燭等實(shí)驗(yàn)器材，讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)一個(gè)關(guān)于反沖運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，最后觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是：錫箔紙向前飛出，與支架運(yùn)動(dòng)方向相反。

動(dòng)量守恒定律的應(yīng)用對(duì)于現(xiàn)階段的學(xué)生來(lái)說(shuō)是一個(gè)難點(diǎn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，使學(xué)生在“做中學(xué)”，更直觀地觀察到物理現(xiàn)象，真正地從感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)，理解反沖運(yùn)動(dòng)的物理實(shí)質(zhì)。

1.4 科學(xué)態(tài)度與責(zé)任——物理核心素養(yǎng)的靈魂

科學(xué)態(tài)度與責(zé)任是物理學(xué)科從價(jià)值層面要培養(yǎng)的核心素養(yǎng)，是物理核心素養(yǎng)的靈魂，主要指對(duì)待科學(xué)的態(tài)度與價(jià)值觀。在這一層面需要學(xué)生在認(rèn)識(shí)科學(xué)本質(zhì)、理解科學(xué)·技術(shù)·社會(huì)·環(huán)境（STSE）的關(guān)系的基礎(chǔ)上逐漸形成的對(duì)科學(xué)和技術(shù)應(yīng)有的正確態(tài)度以及責(zé)任感[3]。

這一環(huán)節(jié)的安排是首先播放視頻，教師引導(dǎo)學(xué)生提煉建模，總結(jié)規(guī)律，學(xué)生自主分析火箭的工作原理，激發(fā)學(xué)生科學(xué)思維，增進(jìn)學(xué)生對(duì)物理的情感。

其次分析例題，總結(jié)影響火箭獲得速度大小的因素，學(xué)生通過(guò)自己動(dòng)手計(jì)算，得出問(wèn)題的答案，如果學(xué)生的答案不一致，教師也要進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓膭?lì)并讓學(xué)生自己找出不一致的原因，培養(yǎng)學(xué)生敢于質(zhì)疑的科學(xué)品質(zhì)和求真求實(shí)的科學(xué)態(tài)度。

最后介紹古代火箭的發(fā)展，并于現(xiàn)代火箭進(jìn)行比較，讓學(xué)生了解一些生活中的具體問(wèn)題和一些高科技知識(shí)，從而領(lǐng)悟科學(xué)知識(shí)對(duì)社會(huì)，對(duì)經(jīng)濟(jì)的意義，培養(yǎng)學(xué)生社會(huì)責(zé)任感，實(shí)現(xiàn)真正的素質(zhì)教育。

2 教學(xué)反思

（1）核心教學(xué)內(nèi)容的達(dá)成。學(xué)生可以在對(duì)不同的實(shí)驗(yàn)案例進(jìn)行分析后，總結(jié)共同點(diǎn)，進(jìn)而教師引導(dǎo)學(xué)生得出定義，分析原理，教學(xué)過(guò)程環(huán)環(huán)相扣，提升學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。模型的求解通過(guò)問(wèn)題的設(shè)計(jì)，學(xué)生的探討，能使學(xué)生更清晰理解物理知識(shí)的發(fā)展過(guò)程，對(duì)構(gòu)建學(xué)生開放的知識(shí)體系有較大的幫助。探究性實(shí)驗(yàn)的設(shè)置，聯(lián)系實(shí)際，注重學(xué)生的動(dòng)手操作，親身體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)，緊扣本節(jié)主題內(nèi)容要點(diǎn)，通過(guò)教師的多層次設(shè)問(wèn)，學(xué)生積極發(fā)言，使學(xué)生能扎實(shí)的理解本節(jié)教學(xué)內(nèi)容，形成物理觀念。

（2）學(xué)生的科學(xué)思維方法的教育達(dá)成。在落實(shí)核心教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，整節(jié)課設(shè)計(jì)思路是按照數(shù)學(xué)建模的思想，從模型的建立、模型的求解，到最后的推廣與應(yīng)用，運(yùn)用科學(xué)抽象的方法，指導(dǎo)學(xué)生建立理想化模型代替實(shí)際事物，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。這一環(huán)節(jié)學(xué)生完成的比較理想，教師充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的情感，使學(xué)生能夠積極參與到教學(xué)活動(dòng)中，但也因教學(xué)時(shí)間有限，思維方法的滲透有時(shí)顯得膚淺。

（3）科學(xué)態(tài)度與責(zé)任目標(biāo)的達(dá)成。從古代火箭的介紹到現(xiàn)代火箭的原理分析，從宇航員實(shí)現(xiàn)飛天夢(mèng)想激勵(lì)學(xué)生勤奮學(xué)習(xí)到早日實(shí)現(xiàn)奔月夢(mèng)想為我國(guó)的航空航天事業(yè)做出貢獻(xiàn)，學(xué)生熱愛(ài)祖國(guó)的情感得到激發(fā)，并且也體現(xiàn)了科學(xué)·技術(shù)·社會(huì)·環(huán)境之間的聯(lián)系，更好地完成了STSE教育。

3 對(duì)教師的啟示

“反沖運(yùn)動(dòng) 火箭”這一節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)，筆者的設(shè)計(jì)意圖是要培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，而這更離不開教師的參與。

（1）教師要加強(qiáng)對(duì)教材的理解。教師需要學(xué)會(huì)從學(xué)生發(fā)展的核心素養(yǎng)角度對(duì)教材的結(jié)構(gòu)安排、功能策略、課程目標(biāo)等方面進(jìn)行解讀，建構(gòu)教師自己的的教學(xué)體系，并將自己的思維策略融入到具體的教學(xué)設(shè)計(jì)中，在實(shí)踐中探索提高。

（2）教師在具有理論性知識(shí)的基礎(chǔ)上，更重要的是要具有實(shí)踐性知識(shí)。例如，教師實(shí)踐性知識(shí)中的情境知識(shí)，可以幫助教師發(fā)揮想象力，將理論與實(shí)際聯(lián)系起來(lái)，從而在物理課堂中鍛煉學(xué)生的科學(xué)思維，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。教師實(shí)踐性知識(shí)中的策略性知識(shí)也可以培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。策略性知識(shí)主要指教師對(duì)理論性知識(shí)的理解和把握，并將原理知識(shí)運(yùn)用到具體的教學(xué)中去，對(duì)教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行有策略的規(guī)劃。教師可以通過(guò)規(guī)劃，精心設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程，潛移默化地提高學(xué)生的核心素養(yǎng)。

（3）教師要注意教學(xué)反思。教育是一種特殊的實(shí)踐性的活動(dòng)，其發(fā)展離不開教師的反思。教學(xué)反思是教師提高教學(xué)質(zhì)量，改進(jìn)教學(xué)實(shí)踐的重要環(huán)節(jié)，因此培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)也需要教師可以在反思過(guò)程中關(guān)注學(xué)生的思維活動(dòng)、認(rèn)知結(jié)構(gòu)等方面的發(fā)展，對(duì)教學(xué)實(shí)踐、教學(xué)活動(dòng)不斷地改進(jìn)和創(chuàng)新，完善教學(xué)設(shè)計(jì)。

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