學(xué)情·活動(dòng)·實(shí)驗(yàn)：培育高中生物理核心素養(yǎng)三要素①

■ 劉國升

一、提出問題

作為一名物理老師，在教學(xué)過程中，我常會遇到這樣的情況：一個(gè)物理問題貌似簡單，講解起來卻倍感困難，讓學(xué)生理解和掌握更是難于登天。我思考良久，終于找到原因：我們的物理課堂往往只是就題論題、就知識而講知識，忽視了學(xué)生物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。這就有可能導(dǎo)致學(xué)生出現(xiàn)一系列問題。比如，沒有建立完整的物理觀念，思維不嚴(yán)謹(jǐn)，自主探究能力弱等。學(xué)生難以很好地理解和掌握物理知識，無法有效地正確解答物理問題。周而復(fù)始，形成惡性循環(huán)，嚴(yán)重影響學(xué)生的素養(yǎng)發(fā)展。因此我認(rèn)為，要改變目前這種不良狀況，教師就必須調(diào)整一下教學(xué)。

二、高中物理核心素養(yǎng)的內(nèi)涵及其培育策略

（一）物理觀念的建立：從具體學(xué)情出發(fā)

物理觀念是指學(xué)生在理解的基礎(chǔ)上對物理的概括性認(rèn)識，并能主動(dòng)地運(yùn)用物理思想、方法，認(rèn)識事物和處理問題。

培養(yǎng)學(xué)生物理觀念的教學(xué)，要考慮的重要因素是學(xué)生已有的物理觀念及其水平。所以我們要關(guān)注的是學(xué)生的現(xiàn)觀念與原觀念是否有“沖突”；現(xiàn)觀念是否可以在原觀念上進(jìn)行延伸。如果學(xué)生能將二者很好地進(jìn)行融合、延伸，那就可以將物理知識串成串，聯(lián)成網(wǎng)，形成完整的物理觀念。

第一，利用“沖突點(diǎn)”。學(xué)生進(jìn)入高中接觸的第一個(gè)物理觀點(diǎn)就是運(yùn)動(dòng)觀點(diǎn)，也是學(xué)生遇到的第一個(gè)難點(diǎn)。因?yàn)閷W(xué)生在初中和高中階段接觸的第一個(gè)運(yùn)動(dòng)類型就是勻速直線運(yùn)動(dòng)，所以當(dāng)他在極短時(shí)間內(nèi)接觸到第二種運(yùn)動(dòng)形式即勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，就會產(chǎn)生知識的混淆和頭腦的糊涂。此時(shí)，老師可以通過視頻材料讓學(xué)生看清楚這兩種運(yùn)動(dòng)的不同，引導(dǎo)學(xué)生抓住這兩種運(yùn)動(dòng)的“沖突點(diǎn)”。第一，勻速直線運(yùn)動(dòng)速度不變，勻變速直線運(yùn)動(dòng)速度改變。第二，“勻”的理解，勻即不變。勻速即速度不變，勻變速即速度的變化不變。第三，對“力”的分析，勻速直線運(yùn)動(dòng)的合外力為零，勻變速直線運(yùn)動(dòng)有合外力且不變。如果學(xué)生清晰地抓住這幾個(gè)“沖突點(diǎn)”，就會加深對這兩種運(yùn)動(dòng)方式的理解，從而厘清概念，避免混淆。

第二，鋪設(shè)“拓展通道”。這是對原有的觀念加以拓寬和深化，即在前觀念與新觀念之間鋪設(shè)一條“拓展通道”。鋪設(shè)這樣一條通道通常得有以下幾個(gè)步驟：第一，創(chuàng)設(shè)問題情境，暴露學(xué)生的前觀念；第二，繼續(xù)創(chuàng)設(shè)學(xué)生通過直覺就容易進(jìn)入相近的問題情境；第三，引導(dǎo)學(xué)生自主進(jìn)行相關(guān)觀念的類比，尋求新觀念與舊觀念之間的整合點(diǎn)；第四，教師幫助學(xué)生完成物理觀念的發(fā)展和拓寬。例如，在進(jìn)行“電場力做功和電勢能轉(zhuǎn)化的關(guān)系”的教學(xué)時(shí)，可以借助類比的方法。因?yàn)榇饲皩W(xué)生已掌握了“功是能量轉(zhuǎn)化的量度及重力做功與重力勢能轉(zhuǎn)化關(guān)系”等觀點(diǎn)，故而在教學(xué)中，教師可以讓學(xué)生研究“升降機(jī)中的物體在升降過程中重力做功與重力勢能轉(zhuǎn)化的關(guān)系”。實(shí)踐表明，借用類比是發(fā)展和拓寬學(xué)生物理觀念的有效“通道”，它能使學(xué)生的認(rèn)知在原有的基礎(chǔ)上得到與科學(xué)觀念相一致的發(fā)展。

（二）科學(xué)思維的培育：借助多元活動(dòng)

第一，理論聯(lián)系實(shí)際，發(fā)展抽象思維。高中學(xué)生的思維活動(dòng)正處在由形象思維向抽象思維過渡的時(shí)期，我們一定要抓住這個(gè)機(jī)遇。高中物理學(xué)中的概念、定理和規(guī)律都是以具體的材料和生動(dòng)的生活現(xiàn)象為基礎(chǔ)的，沒有形象思維的輔助，抽象思維就不易進(jìn)行。所以，在物理教學(xué)中，一方面，我們可以利用這些材料、現(xiàn)象制作直觀的PPT或視頻，理論聯(lián)系實(shí)際，把形象思維和抽象思維結(jié)合起來，從而去培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維能力。另一方面，我們也可以通過實(shí)驗(yàn)，把形象思維和抽象思維融于一爐，促使想象能力的發(fā)展。此外，高中物理模型是形象思維和抽象思維相互滲透的產(chǎn)物，我們可以在平時(shí)教學(xué)中構(gòu)建物理理想模型，來拓展教材內(nèi)存在的想象因素，培養(yǎng)學(xué)生的想象力，從而進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生明白：很多偉大的發(fā)現(xiàn)就是在這種“實(shí)驗(yàn)+推理+模型”的模式中問世的。

第二，創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，培養(yǎng)創(chuàng)新思維。一是設(shè)計(jì)生活情境，引導(dǎo)學(xué)生思考。教師可以聯(lián)系生活中的常見現(xiàn)象，以設(shè)問或者場景的形式，設(shè)計(jì)課堂導(dǎo)入情境，既引人入勝，又充分體現(xiàn)“物理從生活中來，到生活中去”的思想。例如：生活中的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，從雜技演員在一個(gè)橢圓軌道中騎著摩托車自由高空行駛；水流星實(shí)驗(yàn)，水不會流出來；火車拐彎必須以規(guī)定的速度行駛；汽車過拱形橋不易速度過快；汽車拐彎速度不能太快，等等。這樣用身邊的物理情境去設(shè)疑，會達(dá)到一石激起千層浪的效果，刺激學(xué)生積極思考和創(chuàng)新思維。

二是創(chuàng)設(shè)問題情境，體驗(yàn)探究快樂。問題意識、問題能力是創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力的前提。有了問題，才會思考；有了思考，才有解決問題的方法，才有獨(dú)立思考的可能。因此，課堂教學(xué)要盡可能多地給學(xué)生多點(diǎn)思考問題的時(shí)間，讓學(xué)生充分思考，若能創(chuàng)設(shè)相近的問題情境，更能點(diǎn)燃學(xué)生的創(chuàng)新思維火花。例如，在講解斜面上的物體時(shí)，我們可以創(chuàng)設(shè)這樣的物理環(huán)境：（1）斜面上物體，處于靜止?fàn)顟B(tài)；（2）斜面上的物體處于勻速直線運(yùn)動(dòng)；（3）斜面上物體加速下滑；（4）物體和斜面具有相同的加速度，等等。這些問題情境的創(chuàng)設(shè)，引發(fā)了學(xué)生的興趣。學(xué)生在交流探討中活躍了思維，尋求到了正確答案，體驗(yàn)到了快樂。

三是一題多解，快樂驅(qū)動(dòng)思維。很多常規(guī)的問題，我們稍稍改動(dòng)就可以讓學(xué)生眼前一亮，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新和設(shè)計(jì)的熱情。例如，在驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，教材本身就給了集中探究實(shí)驗(yàn)的方法，根據(jù)動(dòng)量守恒定律的內(nèi)容，需要求質(zhì)量、速度。教師問：“如何求物體運(yùn)動(dòng)的速度？請根據(jù)自己學(xué)過的知識來進(jìn)行思考?！庇谑?，學(xué)生以小組為單位展開了討論。最后，學(xué)生的展示真的讓人驚艷。一題多解，讓學(xué)生在思考中解決了問題，在尋求不同解法中獲得成功的驚喜，不斷誘發(fā)快樂，并變成學(xué)生強(qiáng)大的學(xué)習(xí)動(dòng)力。

第三，總結(jié)與反思，注重建構(gòu)思維。傳統(tǒng)的教學(xué)小結(jié)是針對具體性知識進(jìn)行的，觀念構(gòu)建導(dǎo)向的做法是：首先，為學(xué)生搭建體驗(yàn)、評價(jià)、交流的平臺，提供概括反思的方向和線索。如：引導(dǎo)學(xué)生反思對核心概念理解得如何，解決問題的思路和方法是怎樣的，對基本理解的認(rèn)識有哪些提升，和相關(guān)相近知識有何聯(lián)系，等等。其次，及時(shí)恰當(dāng)?shù)卦u價(jià)學(xué)生在學(xué)習(xí)活動(dòng)中的表現(xiàn)，不斷調(diào)整和優(yōu)化學(xué)習(xí)策略。再次，通過課后習(xí)題和訪談等途徑獲取學(xué)生觀念建構(gòu)的有關(guān)信息，并以此為依據(jù)幫助學(xué)生進(jìn)一步修正、完善、豐富觀念體系。

（三）自主探究能力的提升：搭建實(shí)驗(yàn)平臺

培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，主要包括培養(yǎng)學(xué)生提出問題能力、猜想和假設(shè)的能力、獲取和處理信息的能力、設(shè)計(jì)和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的能力、得出和分析結(jié)論的能力、對實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果進(jìn)行評估和反思的能力?？梢?，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力教師要兼顧的方方面面太多。所以我們老師要利用演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生實(shí)驗(yàn)、課后小實(shí)驗(yàn)的機(jī)會，認(rèn)真去設(shè)計(jì)課堂教學(xué)過程，每節(jié)課不可能面面俱到，只能側(cè)重其中1-2個(gè)能力的培養(yǎng)。比如 “牛頓第二定律”教學(xué)。在教師的適當(dāng)引導(dǎo)下，學(xué)生猜想物體的加速度與所受的外力及物體的質(zhì)量有關(guān)，并且外力越大，加速度越大；質(zhì)量越大，加速度越小。如何研究它們之間具體的數(shù)值關(guān)系呢？這就是本實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵點(diǎn)。我想通過本次實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生分析信息能力和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，所以在接下來的環(huán)節(jié)，我就交給學(xué)生去設(shè)實(shí)驗(yàn)思路。學(xué)生通過討論分析得出實(shí)驗(yàn)必須使用控制變量法，于是先確定m不變，研究a與f的關(guān)系；再確定f不變，研究a與m的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)需要測量不同情況下物體的加速度。然后再按這個(gè)思路，再去設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案以及選擇所需要的器材，最后得出牛頓第二定律。所以老師想通過課堂培養(yǎng)學(xué)生的什么能力,就要有目的地在實(shí)驗(yàn)課的某些環(huán)節(jié)放手給學(xué)生，留給他們足夠的時(shí)間和空間，供他們?nèi)コ浞职l(fā)揮自己的想象力和創(chuàng)造力。我相信，他們一定會給我們帶來不一樣的驚喜。

三、成效與反思

通過一個(gè)階段的探索，我的教學(xué)思想和方法均發(fā)生了轉(zhuǎn)變，關(guān)注方向也發(fā)生了轉(zhuǎn)變，即突破傳統(tǒng)的知識視野、課堂視野，變教學(xué)視角為教育視角，從關(guān)注課時(shí)教學(xué)轉(zhuǎn)向單元教學(xué)、學(xué)期教學(xué)，從關(guān)注知識點(diǎn)到知識網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，從關(guān)注知識點(diǎn)的落實(shí)轉(zhuǎn)向到素養(yǎng)的養(yǎng)成，從關(guān)注“教什么”轉(zhuǎn)向到關(guān)注“學(xué)生學(xué)會了什么”。既為學(xué)生打下堅(jiān)實(shí)的知識和技能基礎(chǔ)，又培養(yǎng)了他們的思維能力，更要培養(yǎng)了他們強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)了學(xué)生素養(yǎng)不斷進(jìn)階、提升。但也存在一些問題，需要進(jìn)一步探討解決，尤其是如何對待學(xué)生差異的問題，是最尖銳、最亟待解決的。“千淘萬漉雖辛苦，吹盡黃沙始到金?！迸囵B(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的路，雖漫長且不乏艱辛，我定會不忘初心，砥礪前行，且行且思，且思且行，行穩(wěn)致遠(yuǎn)……