在物理建模中培育學(xué)生的核心素養(yǎng)
——以初中物理電流模型的建立為例

沈 峰

(江蘇省海安市紫石中學(xué) 226600)

核心素養(yǎng)背景下，如何培育學(xué)生的核心素養(yǎng)并使之落地，是當(dāng)前教學(xué)一線(xiàn)討論得比較熱烈的問(wèn)題.“傳統(tǒng)初中物理課堂教學(xué)，通常是教師直接講解或教師以提問(wèn)的方式要求學(xué)生回答問(wèn)題，然后再一起做題、講題不斷訓(xùn)練，提升學(xué)生解物理題的能力，這樣做好嗎？”答案自然是不好的，這種刷題式的教學(xué)對(duì)于物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培育確實(shí)幾無(wú)益處.有人對(duì)初中物理學(xué)科核心素養(yǎng)的要素進(jìn)行了探究，并提出四個(gè)要素：物理認(rèn)知、科學(xué)思維、科學(xué)探究和科學(xué)品格.從這四個(gè)要素的關(guān)系來(lái)看，可以發(fā)現(xiàn)學(xué)生的科學(xué)探究過(guò)程與物理認(rèn)知過(guò)程，應(yīng)當(dāng)是核心素養(yǎng)培育的主要過(guò)程，而其中學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)則是關(guān)鍵，科學(xué)品格的形成則更多的是自然結(jié)果.

以上述理解結(jié)合初中物理優(yōu)秀的教學(xué)傳統(tǒng)，筆者以為物理建模過(guò)程，是一個(gè)很好的物理學(xué)科核心素養(yǎng)培育過(guò)程.簡(jiǎn)述如下：

一、物理建模過(guò)程中核心素養(yǎng)培育的可能性

物理建模在初中物理中不太顯著，實(shí)際考查中也不常見(jiàn)，但實(shí)際上好多知識(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程都是一個(gè)建模過(guò)程.以電流概念為例，好多人以為電流的概念是在電流的定義學(xué)習(xí)的時(shí)候建立的，而事實(shí)上電流的表象是建立于前面的電路知識(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程中的.因?yàn)殡娐愤@一部分有一個(gè)重要的學(xué)習(xí)內(nèi)容，那就是電路識(shí)別問(wèn)題，而學(xué)生在初學(xué)電路時(shí)，識(shí)別電路的最佳方法就是利用建立的電流意向去判斷，具體說(shuō)就是讓學(xué)生想像“電流(這個(gè)時(shí)候可以不給出‘電流’概念，就基于學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)說(shuō)成是‘電’)從正極出來(lái)，然后看是如何流過(guò)用電器和開(kāi)關(guān)，再流向負(fù)極的”.

這樣的一個(gè)意向建立過(guò)程，實(shí)際上就是電流模型的最初形成過(guò)程.分析學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，筆者發(fā)現(xiàn)這樣的一個(gè)電流模型建立過(guò)程是可行的：一方面，學(xué)生在生活中形成的關(guān)于電的認(rèn)識(shí)，使得他們知道“只要有電通過(guò)用電器，那用電器就會(huì)工作”，這樣的經(jīng)驗(yàn)使得學(xué)生大腦中有最原始的“電流”表象；另一方面，“電在電路中流動(dòng)”的表象變成了清晰的模型之后，學(xué)生可以借助于自己的想像去判斷電路的連接方式，而且屢試不爽.因此可以認(rèn)為，只要此時(shí)借助于學(xué)生的這一意向并使表象清晰化，就可以讓電流模型形成，因而此時(shí)不需要給出“電荷的定向運(yùn)動(dòng)形成電流”的表述，學(xué)生即可以電流模型解決識(shí)別電路的問(wèn)題.

說(shuō)到底，這個(gè)電流建模的過(guò)程是從學(xué)生認(rèn)知出發(fā)而不是從教材內(nèi)容的邏輯順序出發(fā)的，而這恰恰符合了“要始終以學(xué)生為主體，使學(xué)生在夯實(shí)文化基礎(chǔ)的同時(shí)能得到自主發(fā)展和提升實(shí)踐創(chuàng)新能力”這一認(rèn)識(shí).

二、電流模型的建立過(guò)程中核心素養(yǎng)的培育

那么，在這樣的一個(gè)電流模型建立的過(guò)程中，學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)是如何得到培育的呢？筆者以為這需要分析學(xué)生在利用電流意向、形成電流表象、建立電流模型等環(huán)節(jié)中逐個(gè)分析.

如上所說(shuō)，電流意向?qū)嶋H上是學(xué)生在生活中獲得的經(jīng)驗(yàn).在學(xué)生的生活中，閉合開(kāi)關(guān)，燈就亮了，這是因?yàn)椤盁羯嫌须姟?多屆的教學(xué)現(xiàn)場(chǎng)表明，學(xué)生都會(huì)用類(lèi)似的話(huà)來(lái)解釋)，因此，“有電”與“用電器工作”實(shí)際上已經(jīng)形成了一個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系，這一經(jīng)驗(yàn)經(jīng)過(guò)思維加工之后，即可以讓學(xué)生得到“有電經(jīng)過(guò)用電器，用電器就會(huì)工作”這一意向.

這一意向形成之后，還不足以讓表象清晰，表象清晰的過(guò)程主要形成于電路識(shí)別的過(guò)程中.此時(shí)，教師可以以講授的方式為學(xué)生提供若干個(gè)范例，譬如在解釋串、并聯(lián)電路中用電器工作特點(diǎn)的時(shí)候，跟學(xué)生解釋?zhuān)涸诖?lián)電路中，電流只有一條路徑，因此兩個(gè)用電器同時(shí)開(kāi)始或停止工作；而在并聯(lián)電路中，支路意味著電流有兩個(gè)路徑且互不影響，因此兩個(gè)用電器的工作情況互不影響……一言以蔽之，在解釋相關(guān)現(xiàn)象的時(shí)候，以電流為依據(jù)進(jìn)行分析，可以讓學(xué)生大腦中電流的意向更為清晰，進(jìn)一步則可以成為想像表象.

表象形成之后，就可以讓學(xué)生自己利用電流表象去識(shí)別更為復(fù)雜的電路，并完成電路圖與實(shí)物圖的互判，即根據(jù)電路圖連接實(shí)物圖，根據(jù)實(shí)物圖畫(huà)電路圖.這個(gè)內(nèi)容原本就是電路這一章教學(xué)的重點(diǎn)，如果沒(méi)有清晰的思路，相當(dāng)一部分學(xué)生都會(huì)感覺(jué)到困難，而有了電流這一工具模型，解決此類(lèi)問(wèn)題就比較順利.

要注意的是，以上第三個(gè)環(huán)節(jié)中可以創(chuàng)設(shè)一個(gè)憤、悱的情境.即教師在帶著學(xué)生使用電流模型這一工具之前，都可以讓學(xué)生自己先去嘗試去識(shí)別電路的連接方式，嘗試用自己的方法去識(shí)別.經(jīng)驗(yàn)表明，這個(gè)環(huán)節(jié)中，如果教師不特意強(qiáng)調(diào)，學(xué)生更多的會(huì)根據(jù)電路圖或?qū)嵨飯D的形狀去判斷，而結(jié)果不是出錯(cuò)就是思路的混亂，總之學(xué)生是尋找不到一個(gè)有效的辦法來(lái)面對(duì)各種類(lèi)型的電路圖或?qū)嵨飯D的.這個(gè)時(shí)候，教師再跟學(xué)生明確電流模型這一工具的使用，學(xué)生往往容易獲得一種清晰的認(rèn)識(shí)，從而讓電流表象進(jìn)一步模型化.

從核心素養(yǎng)培育的角度來(lái)看，這個(gè)過(guò)程中的核心素養(yǎng)培育顯然是一個(gè)隱性且有效的過(guò)程.說(shuō)隱性，是因?yàn)槌踔形锢斫虒W(xué)中本就沒(méi)有必要將核心素養(yǎng)掛在口頭上，說(shuō)有效是因?yàn)閺恼{(diào)用學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)，到初步運(yùn)用于問(wèn)題的解決，再到模型化的應(yīng)用，實(shí)際上已經(jīng)幫學(xué)生在大腦中建立了一個(gè)電流模型.這個(gè)模型的建立讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到：物理問(wèn)題的解決，總是要尋找規(guī)律性的方法的，而這些方法并非憑空形成的，是需要在自己的生活經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上借助于想像與推理，并需要在實(shí)踐中進(jìn)行檢驗(yàn)的.這樣的認(rèn)識(shí)形成，就是一個(gè)完整的物理認(rèn)知過(guò)程，也是科學(xué)思維形成的過(guò)程，自然也就是物理學(xué)科核心素養(yǎng)的形成過(guò)程.

三、物理建模應(yīng)當(dāng)成為初中物理教學(xué)的重點(diǎn)

物理建模是物理教學(xué)中的重點(diǎn)，其在初中教學(xué)中容易被忽視，更多的因?yàn)槌踔形锢砀拍?、?guī)律相對(duì)簡(jiǎn)單，有時(shí)候通過(guò)大量的習(xí)題訓(xùn)練，就可以讓學(xué)生獲得好的分?jǐn)?shù).這樣的路徑依賴(lài)，實(shí)際上使得學(xué)生很難形成建模的意識(shí)，從而對(duì)高中物理學(xué)習(xí)埋下一些隱患.而從核心素養(yǎng)培育的角度來(lái)看，物理建模的過(guò)程中，學(xué)生的思維量足，形成的物理認(rèn)識(shí)深刻，更可以讓學(xué)生形成基于物理過(guò)程分析去運(yùn)用物理規(guī)律解決問(wèn)題的意識(shí)與能力，這是刷題所無(wú)法替代的.

因此，在初中物理教學(xué)中重視建模，尤其是重視核心素養(yǎng)視角下的物理建模，是符合物理教學(xué)規(guī)律之舉，應(yīng)當(dāng)成為物理教學(xué)的一個(gè)重點(diǎn).