核心素養(yǎng)導(dǎo)向的物理內(nèi)核探究教學(xué)

林輝慶 莫信奇

摘 要：物理核心素養(yǎng)是所學(xué)的物理知識遺忘之后剩下的，對學(xué)生今后從事各種工作、處理各類事務(wù)繼續(xù)發(fā)揮作用的必備品格和關(guān)鍵能力.積極自主、深度參與的探究活動有利于發(fā)展物理核心素養(yǎng).內(nèi)核探究教學(xué)能促進(jìn)學(xué)生物理觀念的形成、科學(xué)思維方式的發(fā)展、科學(xué)探究能力的提高、科學(xué)態(tài)度和社會責(zé)任感的養(yǎng)成.

關(guān)鍵詞：物理核心素養(yǎng)；知識系統(tǒng)；內(nèi)核問題；內(nèi)核探究教學(xué)；促進(jìn)

物理核心素養(yǎng)是學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)在物理學(xué)科中的體現(xiàn)和具體化，主要由“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”四個方面構(gòu)成.[1]它不是具體的物理知識和技能，是所學(xué)的物理知識遺忘之后所剩下的，是學(xué)生今后從事各種工作、處理各類事務(wù)繼續(xù)發(fā)揮作用的必備品格和關(guān)鍵能力.

完全被動接受的學(xué)習(xí)方式不利于物理核心素養(yǎng)的培育，因?yàn)檫@樣獲得的知識遺忘之后，并不能在頭腦中留下多少東西.只有積極自主、深度參與的探究活動，才能深刻地影響學(xué)生的內(nèi)部世界，使學(xué)生的觀念、態(tài)度、思維方式和探究能力發(fā)生明顯而長遠(yuǎn)的變化.

學(xué)校課程，要求在規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定內(nèi)容的教學(xué)，在課程內(nèi)容的教學(xué)中培育學(xué)生的核心素養(yǎng)，所以不可能也沒必要所有的知識都用探究的方式教學(xué).那么，哪些知識采用探究式教學(xué)？哪些知識采用授受式教學(xué)？兩種教學(xué)方式如何結(jié)合？筆者在多年教學(xué)實(shí)踐和廣泛理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，提出的“中學(xué)物理內(nèi)核探究教學(xué)模式”，在較大程度上解決了這些問題.

一、認(rèn)識的內(nèi)核突破性與知識的核式結(jié)構(gòu)[2]75-80

（一）認(rèn)識的內(nèi)核突破性

人們在解決一個原有知識無法解決的問題時，總是先多方尋找證據(jù)，不斷猜測論證，冥思苦想，醞釀發(fā)酵，直到某個時刻突然靈光一現(xiàn)，產(chǎn)生了一個想法或念頭，這個想法或念頭正是解決問題的關(guān)鍵或要點(diǎn).將這一想法或念頭展開并深化，就能使問題得到解決，這就是認(rèn)識的內(nèi)核突破性.

科學(xué)作為人類的共同事業(yè)，其發(fā)展過程與個體的認(rèn)識過程有相似的特點(diǎn).對某一領(lǐng)域的認(rèn)識，往往需要很多科學(xué)家的共同努力.先是不斷地獲得局部的、零星的經(jīng)驗(yàn)，隨著研究的深入，經(jīng)驗(yàn)的積累，終于某個科學(xué)家有了關(guān)鍵的發(fā)現(xiàn)，隨之建立起完整的理論，使這一領(lǐng)域的各種現(xiàn)象得到統(tǒng)一的解釋.

（二）知識的核式結(jié)構(gòu)

人類的知識是認(rèn)識過程的成果和結(jié)晶，知識的結(jié)構(gòu)和形態(tài)由人的認(rèn)識規(guī)律決定.在解決問題中由感悟產(chǎn)生的新想法、新認(rèn)識，雖然只是很小的一點(diǎn)東西，但它是一個知識胚胎，包含著解決問題的全部信息.將新想法、新認(rèn)識中的意義概念化、清晰化，結(jié)合相關(guān)的原有知識經(jīng)驗(yàn)，就會生成一個有機(jī)的核式結(jié)構(gòu)的知識系統(tǒng).該知識系統(tǒng)中的各個知識在相互聯(lián)系中同時獲得意義，由感悟產(chǎn)生的新想法、新認(rèn)識是系統(tǒng)的核心意義，反映核心意義的概念和規(guī)律是系統(tǒng)的核心知識.

例如，人們在生活和工作中觀察到很多硬桿在外力作用下繞固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動的現(xiàn)象，于是把硬桿和固定點(diǎn)理想化為杠桿和支點(diǎn)，然后研究它在外力作用下的平衡條件.通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)終于發(fā)現(xiàn)杠桿的平衡與作用力的大小和支點(diǎn)到力作用線的距離的乘積有關(guān)，從而定義支點(diǎn)到力作用線的距離為力臂，同時得到杠桿的平衡條件，由此建立起圖1所示杠桿的知識系統(tǒng).這是一個有機(jī)的知識系統(tǒng)，力臂和杠桿的平衡條件是在相互聯(lián)系中同時建立起來的.

二、內(nèi)核探究教學(xué)模式[2]81-90

（一）內(nèi)核探究教學(xué)的基本思路

學(xué)習(xí)必須遵循認(rèn)識規(guī)律，才能獲得知識的本質(zhì)意義，才能發(fā)展核心素養(yǎng).內(nèi)核探究教學(xué)是根據(jù)認(rèn)識的內(nèi)核突破規(guī)律和知識的核式結(jié)構(gòu)規(guī)律而建立的一種教學(xué)模式.其基本思路是：確定一個恰當(dāng)大小的知識系統(tǒng)，分析系統(tǒng)中知識的內(nèi)在聯(lián)系和結(jié)構(gòu)，明確系統(tǒng)的核心知識.在知識的核心處設(shè)置問題（即內(nèi)核問題），引導(dǎo)學(xué)生對內(nèi)核問題進(jìn)行充分的探究.然后依靠被突破之內(nèi)核的強(qiáng)大生命力，接受性地建構(gòu)起整個知識系統(tǒng).

（二）內(nèi)核探究教學(xué)的基本步驟

內(nèi)核探究教學(xué)主要由如下六個步驟組成：確定知識系統(tǒng)；明確核心問題；創(chuàng)設(shè)問題情境；探究生成內(nèi)核；發(fā)展形成體系；應(yīng)用鞏固知識.

1.確定知識系統(tǒng)

內(nèi)核探究教學(xué)需要確定恰當(dāng)大小的知識系統(tǒng)，以既能使所學(xué)知識的本質(zhì)意義在其中得到充分的反映，又能在課堂時間內(nèi)完成探究.例如，將力臂和杠桿平衡條件作為一個系統(tǒng)學(xué)習(xí)，能在1節(jié)課的時間內(nèi)探究突破內(nèi)核.通過探究學(xué)習(xí)，學(xué)生能正確理解力臂的本質(zhì)意義和用力臂表述的杠桿平衡條件.而如果象教科書闡述的那樣，先行介紹力臂的概念，再學(xué)習(xí)杠桿平衡條件，那么學(xué)生只能形成力臂的字面意義，并且使杠桿平衡知識的學(xué)習(xí)流失了很多探究性，增加了機(jī)械性.

2.明確核心問題

確定了課堂探究的知識系統(tǒng)，接著需要通過對其中各知識之間關(guān)系的分析，明確其核心意義，然后將核心意義轉(zhuǎn)化為內(nèi)核問題.內(nèi)核探究教學(xué)正是圍繞對內(nèi)核問題的探究而展開.

3.創(chuàng)設(shè)問題情境

探究教學(xué)應(yīng)根據(jù)學(xué)生的原有知識經(jīng)驗(yàn)和心理需要，以及實(shí)驗(yàn)器材、學(xué)習(xí)資料等教學(xué)資源因素，創(chuàng)設(shè)具有適度挑戰(zhàn)性的內(nèi)核問題情境，以吸引學(xué)生投入對內(nèi)核問題的探究之中.

4.探究生成內(nèi)核

在內(nèi)核探究中，由于探究點(diǎn)集中，為學(xué)生進(jìn)行充分的自主探究創(chuàng)造了條件.課堂中，學(xué)生在獨(dú)立思考的基礎(chǔ)上發(fā)表自己的見解，不同觀點(diǎn)相互碰撞，不同大腦彼此激發(fā)，在教師的引導(dǎo)下使探究不斷深入，直至實(shí)現(xiàn)內(nèi)核突破.

5.發(fā)展形成體系

學(xué)生通過探究突破了內(nèi)核問題，獲得了核心意義，即從整體和本質(zhì)上把握了知識系統(tǒng).在此基礎(chǔ)上，就可用授受或自學(xué)的方式，讓學(xué)生快速地構(gòu)建起整個知識系統(tǒng).當(dāng)然，為了便于記憶、應(yīng)用、交流和傳播，學(xué)習(xí)成果應(yīng)該整理成簡明清晰的、符合邏輯的知識體系.

6.應(yīng)用鞏固知識

用新知識解釋已有的現(xiàn)象，或從新知識作出推論，然后用實(shí)驗(yàn)或原有的理論進(jìn)行檢驗(yàn).新知識在這些應(yīng)用過程中，意義得以清晰和豐富，適用范圍得以明確，與相關(guān)知識的聯(lián)系得以建立.

三、內(nèi)核探究教學(xué)案例

下面以浙教版義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書《科學(xué)》九年級上第三章第4節(jié) “認(rèn)識簡單機(jī)械”中的“杠桿”的教學(xué)為例，介紹內(nèi)核探究教學(xué)的實(shí)施過程.

（一）知識系統(tǒng)

杠桿及有關(guān)知識.將力臂和杠桿平衡條件當(dāng)做一個整體來研究.

（二）內(nèi)核問題

杠桿受兩個力作用，平衡條件是什么？

（三）問題情境

投影姐姐與妹妹一起玩蹺蹺板游戲的圖片（圖2）.教師分析蹺蹺板的受力與運(yùn)動特點(diǎn)后，介紹杠桿、支點(diǎn)以及杠桿平衡概念.

教師：圖2中妹妹一端位置高，姐姐一側(cè)位置低.有什么辦法使蹺蹺板靜止在水平位置？

學(xué)生提出三種方法：姐姐用腳蹬地，使自己壓板的力減?。唤憬阕奈恢每拷D(zhuǎn)軸一些；妹妹坐的位置遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)軸一些.

教師：可見，杠桿是否平衡與作用在其上的力的大小有關(guān)，還與支點(diǎn)到力作用線的距離有關(guān).那么杠桿平衡的條件到底是什么？我們通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究.

（四）內(nèi)核探究

教師介紹圖3所示的實(shí)驗(yàn)裝置及F1、l1、F2、l2的意義.學(xué)生通過分組實(shí)驗(yàn)得到，當(dāng)F1l1=F2l2時杠桿平衡.

教師：在圖3中，撤去掛在杠桿右端的鉤碼，在左端施加一個作用力，能否使杠桿平衡？如果能，力應(yīng)該取什么方向？

學(xué)生：能.所加的力應(yīng)該豎直向上.

教師：在圖4中A點(diǎn)加一個大小等于多少的豎直向上的力，杠桿才能平衡？

學(xué)生：3N.（每個鉤碼重0.5N）

教師用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證.然后讓學(xué)生預(yù)測在B點(diǎn)應(yīng)施加多大的力杠桿才能平衡，學(xué)生很快回答應(yīng)該加1.5N的力.

教師如圖5那樣在B點(diǎn)施加作用力，杠桿平衡時彈簧秤讀數(shù)為2N.

學(xué)生很驚訝.有的說可能是彈簧秤不準(zhǔn)；有的說是彈簧秤的“拉力方向錯了”.

對第一種觀點(diǎn)，教師用鉤碼掛在彈簧秤下端進(jìn)行檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)彈簧秤讀數(shù)是準(zhǔn)確的.對第二個觀點(diǎn)，教師反問學(xué)生：應(yīng)該怎樣拉才是正確的？

很多學(xué)生：應(yīng)該豎直向上.

教師：斜向拉也能使杠桿平衡，所以這種方法也是正確的，問題是為什么斜向拉需要的力要大一些？

學(xué)生3：因?yàn)檫@時力與支點(diǎn)的距離變近了.

教師：F1作用點(diǎn)與支點(diǎn)的距離是3格，B點(diǎn)到支點(diǎn)的距離是4格，怎么說是變近了？

學(xué)生3：那條線與O點(diǎn)的距離變近了.

教師：你的意思是力作用線到O點(diǎn)的距離變小了？

學(xué)生3：是的.

學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)：彈簧秤以各種方式斜向作用在杠桿上使其平衡，用三角板測量O到力作用線的距離l.通過測量研究，彈簧秤拉力的大小F2與O點(diǎn)到作用線的距離l2的乘積，是否等于鉤碼對杠桿的作用力大小F1與O點(diǎn)到作用線距離l1的乘積.

學(xué)生實(shí)驗(yàn)后，教師：你們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如何？

很多學(xué)生：力的大小與支點(diǎn)到力作用線的距離的乘積相等.（內(nèi)核突破）

（五）知識體系

在學(xué)生探究實(shí)現(xiàn)了內(nèi)核突破的基礎(chǔ)上，教師直接給出力臂的定義和用力臂表述的杠桿平衡條件，然后投影并講解本節(jié)課的研究成果（圖6）.

[杠桿及其平衡條件

1.杠桿：能繞固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動的硬桿叫杠桿，固定點(diǎn)叫支點(diǎn).

2.力臂：支點(diǎn)到力作用線的距離.

3.平衡狀態(tài)：保持靜止或勻速轉(zhuǎn)動狀態(tài).

4.平衡條件：作用在杠桿上的兩個力要使杠桿向相反方向轉(zhuǎn)動，當(dāng)F1l1= F2l2時杠桿處于平衡狀態(tài).]

（六）應(yīng)用鞏固

學(xué)生閱讀教科書87～92頁.要求閱讀后提出自己的疑問.

學(xué)生的主要問題有：①作用在杠桿上的兩個力一定要區(qū)分動力和阻力嗎？如果兩個力都不是人施加的，那么哪個力是動力？②杠桿靜止時處于傾斜狀態(tài)是平衡狀態(tài)嗎？③杠桿可以是彎曲的嗎？④釣魚竿不是硬的，也可以看做杠桿嗎？

四、內(nèi)核探究促進(jìn)學(xué)生物理核心素養(yǎng)發(fā)展

一方面，知識系統(tǒng)的內(nèi)核問題是真正的科學(xué)問題；另一方面，雖然，課堂上對內(nèi)核問題探究的曲折程度遠(yuǎn)不及歷史上的真實(shí)探究，但其經(jīng)歷的基本過程、運(yùn)用的一般方法和需要的一般推理，與真實(shí)的科學(xué)探究無異.所以，內(nèi)核探究教學(xué)能有效地培育學(xué)生的物理核心素養(yǎng).

（一）促進(jìn)物理觀念的形成

學(xué)生對于通過全身心投入的探究發(fā)現(xiàn)其核心意義而建立起來的知識系統(tǒng)，理解全面而深刻.更為重要的是，這樣獲得的知識，與學(xué)生的內(nèi)部世界既有字面上的聯(lián)系，也有情感上的聯(lián)系，還有潛意識乃至無意識方面的聯(lián)系，是學(xué)生精神世界不可分割的有機(jī)部分，因而更容易內(nèi)化和升華為物理觀念.

在“杠桿”的探究教學(xué)中，學(xué)生通過自己的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)了力臂的意義及杠桿的平衡條件，這有助于他們形成物質(zhì)的運(yùn)動是有規(guī)律的觀念，結(jié)合即將學(xué)習(xí)的機(jī)械效率知識，還有助于形成能量的觀念.

（二）促進(jìn)科學(xué)思維方式的發(fā)展

科學(xué)思維的方式、方法和能力，形成、運(yùn)用并發(fā)展于科學(xué)探究活動.在“杠桿”的探究教學(xué)中，通過對各種硬桿受外力作用繞固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動的現(xiàn)象進(jìn)行抽象概括，建立起杠桿和支點(diǎn)的模型；通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析綜合，形成力臂概念，發(fā)現(xiàn)杠桿的平衡條件；自學(xué)教科書時提出各種疑難問題；對彈簧秤斜拉杠桿時讀數(shù)與預(yù)測不相符的“異?！爆F(xiàn)象提出各種觀點(diǎn)等過程，都能有力地促進(jìn)模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新能力的發(fā)展.

（三）促進(jìn)科學(xué)探究能力的提高

課堂中的內(nèi)核探究，是簡化的但卻保留了最本質(zhì)因素的科學(xué)探究.探究性的課堂中，學(xué)生還會遇到各種問題，需要用科學(xué)探究的方法去解決.在杠桿的教學(xué)中，閱讀教科書后，有學(xué)生提出：“釣魚竿不是硬的，也可以看做杠桿嗎？”討論中，有個學(xué)生認(rèn)為，對于釣魚竿彎曲的這種狀態(tài)，可以認(rèn)為它是硬的，這時仍滿足F1l1=F2l2.這種觀點(diǎn)是否正確？教師要學(xué)生課外設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn).幾個學(xué)生在課外，利用小竹竿、鐵架臺、彈簧秤、鉤碼，設(shè)計(jì)了圖7所示的實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了猜想是正確的.在這里，學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)問題，做出猜測，設(shè)計(jì)并通過實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)猜測，在獨(dú)立思考的基礎(chǔ)上發(fā)表自己的觀點(diǎn)，科學(xué)探究能力得到了很好的鍛煉.

（四）促進(jìn)科學(xué)態(tài)度和責(zé)任感的養(yǎng)成

經(jīng)歷突破內(nèi)核問題的智力探險，學(xué)生會不斷加深對科學(xué)本質(zhì)的理解.在投入的探究中，學(xué)生將經(jīng)歷攻克難題時的思維緊張，獲得感悟時的興奮激動，從而增強(qiáng)對科學(xué)研究的積極情感.在對杠桿平衡條件的探究中，當(dāng)對彈簧秤斜拉杠桿讀數(shù)與預(yù)測不符的原因的猜測，和釣魚竿在彎曲狀態(tài)時可以看作硬桿的猜想得到實(shí)驗(yàn)證實(shí)時，學(xué)生都會產(chǎn)生情感上的“高峰體驗(yàn)”，并會積累這樣的自信：科學(xué)研究并非高不可攀，并非只有智力超群的天才人物才能從事；只要自己投入、專注地探索科學(xué)問題，同樣會有所發(fā)現(xiàn)，有所發(fā)明，對人類文明的進(jìn)步做出貢獻(xiàn).

參考文獻(xiàn)：

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