在高中物理概念教學(xué)中提升學(xué)生核心素養(yǎng)

馮小源

高中物理核心素養(yǎng)包括物理知識(shí)及結(jié)構(gòu)，物理基本觀念，物理實(shí)驗(yàn)探究以及科學(xué)精神與價(jià)值觀。心理學(xué)研究表明，一個(gè)概念的形成需要經(jīng)歷親身體驗(yàn)和心理加工的過(guò)程，這樣植入的概念才會(huì)令學(xué)生印象深刻，理解透徹。要讓知識(shí)在學(xué)生的頭腦中根深蒂固，則必須創(chuàng)設(shè)以學(xué)生為主體的物理情境，讓學(xué)生在情境中感受和體驗(yàn)概念的形成，使學(xué)生形成立體的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。不同類型的概念需采用不用的情境化策略，在具體實(shí)施過(guò)程中，需根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況，進(jìn)行相應(yīng)的細(xì)節(jié)化處理。

一、創(chuàng)設(shè)良好的質(zhì)疑情境，培養(yǎng)學(xué)生合作探究能力

學(xué)生是富有個(gè)性，具有不同興趣愛好的鮮活個(gè)體，高中學(xué)生已經(jīng)經(jīng)歷過(guò)初中階段物理學(xué)習(xí)過(guò)程，對(duì)某些物理概念已經(jīng)形成了固有的認(rèn)識(shí)。因此，教師在教學(xué)設(shè)計(jì)中，在關(guān)注概念教學(xué)目標(biāo)的同時(shí)，應(yīng)該更多地考慮學(xué)生已經(jīng)形成的認(rèn)知水平，充分考慮學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”。教師應(yīng)更多地考慮如何促進(jìn)學(xué)生質(zhì)疑，鼓勵(lì)學(xué)生質(zhì)疑提問(wèn)，鼓勵(lì)學(xué)生相互討論、交流，通過(guò)合作探究得出結(jié)論。

【教學(xué)片段】位移概念

教師：力學(xué)的研究?jī)?nèi)容是機(jī)械運(yùn)動(dòng)，機(jī)械運(yùn)動(dòng)的定義是物體位置的變化，所以為了描述機(jī)械運(yùn)動(dòng)，首先應(yīng)該引入一個(gè)描述位置變化的物理量。例如：我們現(xiàn)在要去北京，我們可以自己開車去，可以乘坐火車去，也可以乘飛機(jī)去，出行方式不同，但有一個(gè)相同點(diǎn)是什么？（多數(shù)同學(xué)：起點(diǎn)和終點(diǎn)相同。）那么如何來(lái)描述從無(wú)錫到北京的位置變化呢？

A生：用路程的長(zhǎng)短來(lái)描述。

B生質(zhì)疑：那不同的交通方案，路程不同，是不是說(shuō)明位置變化不同呢？我覺(jué)得應(yīng)該用無(wú)錫到北京的直線距離表示。

C生質(zhì)疑：以無(wú)錫為圓心，以無(wú)錫到北京的直線距離為半徑作一個(gè)圓，無(wú)錫到該圓上任意一點(diǎn)的距離都與無(wú)錫到北京的距離相同，那是不是說(shuō)明無(wú)錫到圓上任意點(diǎn)的位置變化都和無(wú)錫到北京位置變化相同呢？

教師：同學(xué)們質(zhì)疑得都很有道理。根據(jù)同學(xué)們的討論，位置變化這個(gè)物理量應(yīng)該是有長(zhǎng)度的，但是僅僅有長(zhǎng)度也不能精確描述，如C同學(xué)的質(zhì)疑。那么請(qǐng)同學(xué)們想一想，在C同學(xué)質(zhì)疑的基礎(chǔ)上，要精確描述無(wú)錫到北京的位置變化，還需要注意什么？（思考一會(huì)兒，有同學(xué)回答：方向）

【評(píng)析】這種情境的創(chuàng)設(shè)，就為學(xué)生營(yíng)造了一個(gè)身臨其境的探究氛圍，培養(yǎng)了學(xué)生積極思考、勇于質(zhì)疑，以及合作探究的能力，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極性。

二、創(chuàng)設(shè)生動(dòng)的實(shí)驗(yàn)情境，培養(yǎng)學(xué)生觀察推理能力

物理概念教學(xué)的目的不只是使學(xué)生記住概念的內(nèi)容、定義、適用條件等，而是讓學(xué)生體驗(yàn)概念形成的過(guò)程，形成一種由朦朧到清楚的邏輯推理思維能力。教師在教學(xué)過(guò)程中要將問(wèn)題的提出、探究（探究方法、策略，操作）及最終解決等過(guò)程清晰地呈現(xiàn)，并讓學(xué)生充分體驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)情境的創(chuàng)設(shè)，可以將抽象的概念具體化，可以營(yíng)造出濃厚的知識(shí)氛圍和探究氛圍。

【教學(xué)片段】自由落體運(yùn)動(dòng)概念

教師：分別有兩根玻璃管，管中充滿空氣，一根管中裝有金屬片，一根管中裝有羽毛。同時(shí)將兩根管豎立，讓兩個(gè)物體從管的一端開始下落，觀察現(xiàn)象，你們得出什么實(shí)驗(yàn)結(jié)論？

學(xué)生：重的物體下落快，輕的物體下落慢。

教師：同樣的兩根玻璃管和兩個(gè)物體，只是將玻璃管抽成真空，重復(fù)剛才的實(shí)驗(yàn)，觀察現(xiàn)象，你們得出什么實(shí)驗(yàn)結(jié)論？

學(xué)生：不同質(zhì)量的物體下落得一樣快。

教師：那么兩次實(shí)驗(yàn)，同樣的兩個(gè)物體，從同一位置自由下落，為什么現(xiàn)象不同？

學(xué)生：......（不知如何回答）

教師進(jìn)一步引導(dǎo)：物理實(shí)驗(yàn)探究有一條基本原則，叫作控制變量。要探究某一變量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，就必須控制其他變量不變。那么請(qǐng)同學(xué)們思考一下，兩次實(shí)驗(yàn)的不變量是什么，變量又是什么？

A生：不變量是玻璃管，兩個(gè)物體。

B生補(bǔ)充：兩根玻璃管長(zhǎng)度不變。

C生進(jìn)一步補(bǔ)充：兩個(gè)物體是同時(shí)下落。

……

教師：很好，同學(xué)們觀察得都很仔細(xì)，能找到兩次實(shí)驗(yàn)的很多相同之處。那么兩次試驗(yàn)的不同之處是什么呢？

D生：第二次實(shí)驗(yàn)，兩根玻璃管都抽成了真空。

教師追問(wèn)：為什么抽成真空后實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象就不一樣了？

D生：……

E生：空氣對(duì)物體的下落是有影響的。

教師：很好，同學(xué)們的推理很符合邏輯。那么也就是說(shuō)，在第一次實(shí)驗(yàn)中，導(dǎo)致兩個(gè)物體下落快慢不同的因素并不是兩個(gè)物體的重量，而是空氣。物體的形狀不同，下落時(shí)受到的空氣阻力不同，因而下落的快慢不同。如果沒(méi)有空氣阻力，兩個(gè)物體下落的快慢應(yīng)該是一樣的。

教師引導(dǎo)學(xué)生歸納總結(jié)自由落體運(yùn)動(dòng)概念。

【評(píng)析】這種實(shí)驗(yàn)情境的創(chuàng)設(shè)，使學(xué)生產(chǎn)生了認(rèn)知上的矛盾沖突，教師要善于從中尋找邏輯推理的切入點(diǎn)，按照科學(xué)的邏輯推理順序，引導(dǎo)學(xué)生得出正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，對(duì)形成物理概念有一個(gè)具體的認(rèn)識(shí)。

三、創(chuàng)設(shè)具體的比較情境，培養(yǎng)學(xué)生抽象思維能力

比較教學(xué)是物理教學(xué)的常用方法，有助于學(xué)生區(qū)分知識(shí)之間的差異，深化對(duì)知識(shí)的理解，更有效地掌握物理概念的本質(zhì)。比較情境的創(chuàng)設(shè)可以是多樣化的，可以是問(wèn)題情境，可以是生活情境，也可以是實(shí)驗(yàn)情境。不管設(shè)置何種比較情境，歸根到底是要設(shè)置差異，產(chǎn)生矛盾和認(rèn)知沖突，從而激發(fā)學(xué)生思考的興趣，使學(xué)生在思考過(guò)程中獲得知識(shí)和能力。物理概念具有獨(dú)立性，不同物理概念之間具有顯著的差異性，而這其中的差異性正是學(xué)生理解的難點(diǎn)，為了突破這種差異性理解困境，比較情境教學(xué)提供了一種正面的教學(xué)途徑。通過(guò)設(shè)置比較情境，直接面對(duì)物理概念的差異性，從正面突破認(rèn)識(shí)困難。

【教學(xué)片段】加速度概念

教師：請(qǐng)同學(xué)們思考下面的情境：一輛自行車在10s內(nèi)從靜止加速到10m/s，一輛汽車在10s內(nèi)從靜止加速到30m/s，一顆子彈在槍膛中在0.1s內(nèi)速度從靜止加速到30m/s，三個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有何差異，如何描述這種差異？用速度概念能描述清楚三個(gè)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的差異嗎？

A生：不能，子彈與汽車末速度相同，但是運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是不同的。

B生：不能，汽車和子彈的速度變化量相同，但運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同。

教師：所以用速度以及速度變化量的概念無(wú)法描述清楚三個(gè)物體間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的差異，那么請(qǐng)同學(xué)們想一想，應(yīng)該怎樣去描述這種差異呢？

學(xué)生分組討論，給出方案：先比較自行車和汽車，相同時(shí)間內(nèi)汽車的速度變化量大，所以汽車的速度變化較快；再比較汽車和子彈，在相同的速度變化量情況下，子彈所用的時(shí)間短，所以子彈的速度變化較快。因此可以得出結(jié)論：速度變化從快到慢依次為子彈、汽車、自行車。

教師追問(wèn)：同學(xué)們總結(jié)得很好，那么能不能直接比較自行車與子彈的速度變化快慢，而不借助于汽車呢？

學(xué)生分組討論，給出方案：可以比較自行車與子彈單位時(shí)間內(nèi)速度變化快慢。

教師：同學(xué)們給出的方案很合理，如果兩物體速度發(fā)生變化的時(shí)間不相同，可以用單位時(shí)間將時(shí)間化為相同，從而比較單位時(shí)間內(nèi)的速度變化量。

【評(píng)析】比較情境的創(chuàng)設(shè)特別適用于通過(guò)比值法定義的物理量，比如速度、加速度、電場(chǎng)強(qiáng)度等。創(chuàng)設(shè)合理的比較情境，不但能使學(xué)生領(lǐng)悟物理概念產(chǎn)生的必要性和特點(diǎn)，深化學(xué)生對(duì)物理概念的理解，還能培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的推理能力，有助于學(xué)生形成科學(xué)的物理思想。

在高中物理教學(xué)中，情境化策略還有很多，其目的是讓重要的物理概念在情境中生成，使學(xué)生易于理解并加以應(yīng)用。情境的創(chuàng)設(shè)要基于學(xué)生的認(rèn)知基礎(chǔ)，充分結(jié)合學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”。因此，概念情境化的教學(xué)策略實(shí)施，關(guān)鍵在于教師所掌握的學(xué)情、對(duì)物理概念的研究深度，以及如何從學(xué)生身邊的生活實(shí)際去提取情境素材，將合適的素材融入到概念教學(xué)中去。