基于核心素養(yǎng)的物理智慧課堂創(chuàng)建研究

陳國文 歐劍雄

摘 要：要使核心素養(yǎng)落地，“智慧課堂”是課堂改進的著力點?！爸腔壅n堂”以科學思維的概念構建為手段，以科學辯論為載體，以解決物理問題為目的，追求創(chuàng)建思維層次更高的課堂。“智慧課堂”關注學生的個體差異，體現(xiàn)學習內容的選擇性，重視教學過程的交互性，追求創(chuàng)建開放程度更大的課堂?！爸腔壅n堂”以物理學史、物理學科的思想方法為載體，挖掘物理學科蘊含的文化價值，追求創(chuàng)建文化意味更濃的課堂。

關鍵詞：核心素養(yǎng)；智慧課堂；物理教學

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2018）3-0007-3

“智慧課堂”有基于“智慧”的語義學視角和基于信息技術視角的兩種定義。本研究中的“智慧課堂”主要是指前者，它是核心素養(yǎng)引領下的一種課堂教學方式。在教學目的上，追求學生的核心素養(yǎng)發(fā)展；在教學過程中，強調思維層次、開放程度和文化意味；在教學評價上，關注學生智慧的發(fā)展。本研究從課堂教學入手，主要運用實踐研究方法，開展富有智慧的課堂教與學活動，通過創(chuàng)建思維層次更高、開放程度更大、文化意味更濃的物理課堂，讓學生建構個性化的知識系統(tǒng)，解決真實情境中的物理問題。在獲得物理知識建立物理學科觀念、發(fā)展物理學科思維、豐富物理學科經驗的基礎上提高其物理學科核心素養(yǎng)。

1 創(chuàng)建思維層次更高的物理課堂

1.1 基于科學思維的概念及規(guī)律建構

基于科學思維的概念及規(guī)律建構常用的方法有歸納策略、類比策略、理想化策略和實驗探究策略等。

在“磁生電的探索”的教學中，可以在教材中原有的三個實驗的基礎上增加一個“閉合回路磁通量不變”的實驗。實驗器材包括柱狀磁鐵、3D打印制作的該磁鐵的磁場分布模型、面積可以改變的線圈和靈敏電流計。將柱狀磁鐵放在“磁場模型”頂端，閉合線圈沿“磁場模型”運動，雖然磁感應強度和面積均變化，但“磁感線條數(shù)”不變，靈敏電流計指針不發(fā)生偏轉。通過這四組實驗，學生能更深刻地理解產生感應電流的條件。這種基于歸納的教學策略不僅能夠讓學生掌握物理知識，同時也讓學生領悟到事物的本質和規(guī)律隱藏在無數(shù)的現(xiàn)象之中的科學思想。

在“閉合電路歐姆定律”的教學中，可以用電池組和“恒壓電源串聯(lián)定值電阻”這兩種電源分別對并聯(lián)的小燈泡供電，當逐個閉合并聯(lián)的燈泡所在支路的開關時，每個燈泡逐漸變暗。通過對比兩個實驗，學生很容易建立電源存在內阻這一概念。這種類比能夠利用具體的實驗現(xiàn)象推測事物的抽象屬性，教學中合理利用這種策略有助于突破部分抽象物理概念的教學難點。

在“萬有引力定律”的教學中，教師可以引導學生利用學過的平拋運動規(guī)律分析一個理想實驗——在地面上某一高度處以不同初速度拋出石塊，當石塊速度足夠大時將離開地面，繞地球運動。再將不落回地面的石塊與月球比較，學生不難得出地球對石塊和地球對月球的作用力是同一種性質的力。這種理想化的教學策略有助于學生理解“萬有引力”的本質。

1.2 將科學辯論引進物理課堂

將科學辯論引進物理課堂對培養(yǎng)學生的質疑與創(chuàng)新能力至關重要，正如美國科學課程標準所言——“辯論是科學實踐的一個基本特征”“科學是一個辯論的過程”。物理課堂中常用的科學辯論方法有：探究報告式、概念圖式、理論比較式、預測與解釋式、實驗探究式等。

一是探究報告式，通過提供“探究方法有誤”的報告，例如“阿拉果圓盤實驗中，銅圓盤中有渦流產生是由于穿過圓盤的磁通量發(fā)生變化”，讓學生對上述問題進行辯論從而找出其研究方法上的錯誤。二是概念圖式，例如提供“同一物體，速度大更不容易停下，慣性與速度大小有關”的觀點，讓學生對概念構建中存在的科學問題進行科學辯論。三是理論比較式，提供光具有“波動性”和“粒子性”這兩個理論及相應的證據(jù)，讓學生對光的本性問題展開辯論。四是預測與解釋式，例如讓學生猜測“帶電金屬球與筒內壁接觸時電荷會如何分配”，然后通過實驗進行驗證，并通過科學辯論理解凈電荷分布在圓筒外壁的現(xiàn)象及產生的原因。五是實驗探究式，讓學生提出猜想并進行實驗，驗證自己的觀點，比如在研究影響單擺周期的因素中，學生從擺球質量、擺長、振幅、當?shù)氐闹亓铀俣?、空氣阻力等因素進行猜想，然后分組用控制變量等方法進行實驗，再針對其影響因素進行科學辯論，以揭示其規(guī)律。

“科學辯論”能促進學生對物理問題進行更加深入的思考，能更有效地解決“前概念”的影響，同時還要求學生用言語表達出來，有助于學生思維品質的提升。

1.3 基于問題解決的概念、規(guī)律應用

用所學的知識解決物理問題，需要從“問題”中提取關鍵信息，在已知和新知中建立鏈接、建立物理模型、建立定性或定量關系從而解釋或解決實際現(xiàn)象或問題。例如，在“磁生電的探索”的教學中，可以設置以下三個需要解決的問題。一是讓小磁鐵和塑料圓柱分別通過長鋁管，記錄觀察到的現(xiàn)象并嘗試解釋；二是了解手機無線充電的原理，嘗試根據(jù)老師提供的器材將普通手機改裝成有無線充電功能的手機；三是自制無線電能量傳輸裝置，利用三極管的自激振蕩，將直流電變成交變電流，從而實現(xiàn)送電線圈的電流變化引起受電線圈的磁通量變化，使與受電線圈相連的二極管發(fā)光。

要解決上述問題，必須通過查閱資料和交流來完善知識、提升思維技能。學習渦流的相關知識、了解無線充電的原理、學習將直流電變?yōu)榻涣麟姷姆椒?，遷移所學的“互感”模型，建立現(xiàn)象與本質之間的聯(lián)系，從而實現(xiàn)問題的解決。在應用中不僅提升了學生解決問題的能力和智慧，同時也讓他們體會到了物理知識的價值，進而有助于提升他們的核心素養(yǎng)。

2 創(chuàng)建開放程度更大的物理課堂

2.1 關注學生的個體差異，推進“差異性教學”

個性化的學習更能彰顯學習的價值，而差異性教學則能更好地幫助學生完成個性化學習。在實施差異性教學的過程中，必須先分析個體差異，即不同學生的基礎、優(yōu)勢和不足，以及能引導不同個體走向發(fā)展的各種有效方法，通過開展多樣化的學習活動，讓每個學生用自己最具優(yōu)勢的方法進行學習。差異性教學要思考兩個問題：一是什么樣的活動放在什么時間去組織最有價值；二是課程和活動應如何滿足不同學生的個性需求。

2.2 體現(xiàn)內容的選擇性，滿足學生的發(fā)展需求

著眼于人的發(fā)展來看，揚長比補短更重要。教學實踐中，可以針對學生的興趣、發(fā)展?jié)撃荛_設與物理學科相關的課程，比如“創(chuàng)新能力培育”課程、“微講座”課程、“拓展”課程等。在這些課程中，學生可以利用智能手機中的APP測量地磁場的磁感應強度、演示多普勒效應、研究向心力與角速度的關系等。通過創(chuàng)新性地解決這些問題，學生能更深入地把握學習內容，同時涉獵到更為廣闊的跨學科知識，為終身發(fā)展打下良好基礎。

2.3 重視教學的交互性，助力課堂精彩生成

交互性強的課堂有“傾聽學生解釋”“教學即研究”“打造學習共同體”等特點。達克沃斯倡導“去傾聽學習者，并讓我們的學習者告訴我們他們的思想。”張華強調“教學是師生共同創(chuàng)造新知的過程?！庇辔纳赋觥皩W習有三個層次，一是與書本的對話，二是與自我的對話，三是與同伴的對話?！爆F(xiàn)代信息技術為課堂教學的交互性提供了強有力的工具。例如，可借助“智慧教室”互動課堂模式進行實時反饋，讓教師成為更加高效的傾聽者；也可以借助手機控制電腦，實現(xiàn)“走動式”教學，對學生的課堂活動拍照，然后直接上傳到屏幕，捕捉課堂生成資源，實現(xiàn)師生、生生的多元評價。

3 創(chuàng)建文化意味更濃的物理課堂

當前的物理教學多以知識為線索展開，側重于對物理知識的認知，較少追問知識背后所隱含的思想、意義、思維方式。這種教學方式掩蓋了物理知識背后隱含的人文精神，使物理課堂缺乏文化意味。

杜平武有言“學習很多情況是學習歷史，一個個故事，一個個人的發(fā)現(xiàn)?！蔽幕馕妒墙逃龑崿F(xiàn)“立德樹人”根本目的中不可缺失的內容。物理智慧課堂倡導生動再現(xiàn)物理學家的研究歷程，將凝聚智慧的研究方法以情景為載體，實現(xiàn)傳承與創(chuàng)新。下面以相對論中“引力波”的概念介紹為例來說明如何將物理知識轉化為問題情景，增強物理學科的文化意味。

“引力波”是一個熱門的話題，僅從教材的描述來看，大眾很難理解和接受。我們在“二次開發(fā)”教材中設計一個宇宙災難，如果太陽突然毫無征兆地消失，地球將如何運動？學生按牛頓運動定律，可以判斷地球將立即離開它的軌道傾斜地飛向宇宙空間。引力的傳播速度會超過光速嗎？帶著疑惑，基于相關理論，我們可以用“物體放在繃床上”為情景，展示“時空彎曲”的情況，用“投入湖中的石塊激起的水波”為情境，展示太陽消失引起擾動造成沿空間結構延伸的引力波。

還原“引力不可能超時空傳播”的知識背景，意識到對“引力”理解需要發(fā)展和修正。精巧的“宇宙災難”模擬實驗情境，集中反映了太陽引力作用下的行星運動及行星做“離心運動”的條件。以“彎曲的繃床”類比“時空彎曲”，以“水波”類比“引力波”，能增強學生對“真實性”的信念和直覺。有文化味的課堂要呈現(xiàn)豐富、生動的知識背景，要挖掘所蘊含的科學思維方法，要呈現(xiàn)“可被理解、自洽”的情景真實性。

我們要認識到物理學研究所積累的知識是學生學習活動的載體而不是終極目標，要清楚地認識到物理學科核心素養(yǎng)是一種行為習慣和思維習慣，智慧的形成不僅需要學習體驗，同時也離不開學習者的自身實踐。

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