落實(shí)“物理核心素養(yǎng)”的教學(xué)策略
——以粵教版“作用力與反作用力”為例

董友軍 馬北河 朱建平

(1. 順德區(qū)容山中學(xué),廣東 佛山 528303; 2. 廣州市海珠區(qū)教育發(fā)展中心,廣東 廣州 510310; 3. 佛山市教育局教研室,廣東 佛山 528000)

教育部公布的2017版《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》指出,物理學(xué)科核心素養(yǎng)主要包括“物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”4個(gè)方面,其中物理觀念主要包括“物質(zhì)觀念、運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念、能量觀念”等要素;科學(xué)思維主要包括“模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新”等要素;科學(xué)探究主要包括“問題、證據(jù)、解釋、交流”等要素;科學(xué)態(tài)度與責(zé)任主要包括“科學(xué)本質(zhì)、科學(xué)態(tài)度、社會(huì)責(zé)任”等要素．學(xué)生通過高中三年物理的學(xué)習(xí),可以初步形成正確的價(jià)值觀念、養(yǎng)成優(yōu)良的必備品格、煉成厚實(shí)的關(guān)鍵能力．如何在課堂教學(xué)中落實(shí)物理核心素養(yǎng)?它既是當(dāng)前物理教學(xué)的現(xiàn)實(shí)問題,也是當(dāng)前物理教研的理論問題．筆者在落實(shí)物理核心素養(yǎng)的教學(xué)實(shí)踐過程中,得到一些啟發(fā),總結(jié)為三大策略,寫出來與大家分享,權(quán)當(dāng)拋磚引玉．

1 基于核心素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì),是落實(shí)物理核心素養(yǎng)的前提

古人云,“凡事預(yù)則立,不預(yù)則廢”,要想落實(shí)物理核心素養(yǎng),就要根據(jù)物理核心素養(yǎng)的4個(gè)方面進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)．教學(xué)設(shè)計(jì)是教學(xué)的整體思路,它指引著教學(xué)的整個(gè)過程,使教學(xué)更有目的、更有效果．

1.1 根據(jù)核心素養(yǎng),確定教學(xué)目標(biāo)

根據(jù)高中物理核心素養(yǎng)的要求,確定“作用力和反作用力”這一節(jié)的教學(xué)目標(biāo)如下.

(1) 物理觀念.

教師創(chuàng)設(shè)“手拍桌子”、“地面行走”、“磁鐵小車”實(shí)驗(yàn),先讓學(xué)生說出自己的感受和觀察到的現(xiàn)象,后引導(dǎo)學(xué)生分析感受和現(xiàn)象背后蘊(yùn)藏的規(guī)律．在輕松的課堂交流中,讓學(xué)生逐漸形成“運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念”素養(yǎng)．

(2) 科學(xué)思維.

教師引導(dǎo)學(xué)生用自己的語言總結(jié)以上3個(gè)實(shí)驗(yàn)的規(guī)律,建構(gòu)作用力和反作用力的概念．在探究作用力與反作用力等大反向過程中,引導(dǎo)學(xué)生質(zhì)疑．在得出牛頓第三定律的內(nèi)容后,教師設(shè)置“拔河比賽”“以卵擊石”實(shí)驗(yàn),引導(dǎo)學(xué)生把實(shí)際情境轉(zhuǎn)換成物理模型,并運(yùn)用物理規(guī)律進(jìn)行分析．通過以上過程,培養(yǎng)學(xué)生“模型建構(gòu)”、“質(zhì)疑創(chuàng)新”素養(yǎng)．

(3) 科學(xué)探究.

為了定量說明作用力和反作用力,教師準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材,主要包括彈簧測(cè)力計(jì)和力傳感器,把學(xué)生分成幾個(gè)小組,各小組學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、分工合作、觀察現(xiàn)象、總結(jié)規(guī)律,探究出作用力和反作用力“等大”、“反向”、“共線”的特點(diǎn)，并給各小組交流展示的機(jī)會(huì),各小組成員可以相互提問與解答,養(yǎng)成合作與交流的習(xí)慣,學(xué)生在這樣的過程中,逐漸形成“科學(xué)探究”素養(yǎng)．

(4) 科學(xué)態(tài)度與責(zé)任.

教師用力傳感器創(chuàng)設(shè)“以卵擊石”實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生看到雞蛋碰石頭的力與石頭碰雞蛋的力大小相等;教師創(chuàng)設(shè)“磁針實(shí)驗(yàn)”,讓學(xué)生看到甲磁針對(duì)乙磁針的吸引力與乙磁針對(duì)甲磁針的吸引力“反向”“共線”．通過以上兩個(gè)實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到,物理規(guī)律是基于實(shí)驗(yàn)探究的正確結(jié)論,需要嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的態(tài)度和實(shí)事求是的精神,培養(yǎng)“科學(xué)本質(zhì)”“科學(xué)態(tài)度”素養(yǎng)．

1.2 創(chuàng)設(shè)師生活動(dòng),明確設(shè)計(jì)意圖

在設(shè)計(jì)教學(xué)過程中,有“教師活動(dòng)”、“學(xué)生活動(dòng)”、“設(shè)計(jì)意圖”,讓整個(gè)教學(xué)過程思路清晰、分工明確、針對(duì)性強(qiáng),便于課堂教學(xué)實(shí)施,如表1．

表1 教學(xué)設(shè)計(jì)過程表

2 基于創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的課堂教學(xué),是落實(shí)物理核心素養(yǎng)的靈魂

物理核心素養(yǎng)4個(gè)方面,淺層分析相互獨(dú)立,深層研究聚焦創(chuàng)新,如圖2所示． “物理觀念”、“科學(xué)思維”、“科學(xué)探究”是創(chuàng)新的基礎(chǔ),它們互相影響、彼此促進(jìn); “科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”起到協(xié)調(diào)作用,協(xié)調(diào)“物理觀念”、“科學(xué)思維”、“科學(xué)探究”與“創(chuàng)新”的關(guān)系,讓“創(chuàng)新”成果與社會(huì)和環(huán)境可以協(xié)調(diào)發(fā)展;“創(chuàng)新”是根本目的,通過培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng),讓學(xué)生具有創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力．中華人民共和國(guó)義務(wù)教育法第34條中明確規(guī)定:“注重培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考能力、創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力,促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展”．筆者在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)過程中,依據(jù)“化微觀為宏觀”、“化抽象為具體”、“化定性為定量”等思路,創(chuàng)設(shè)了很多新穎實(shí)驗(yàn),引導(dǎo)學(xué)生觀察,激發(fā)學(xué)生思考,不僅活躍了課堂氣氛,也激發(fā)了學(xué)生思維,從而有效地培養(yǎng)了學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，如圖1．

圖1 物理核心素養(yǎng)課深層理解圖

2.1 創(chuàng)設(shè)“毛刷實(shí)驗(yàn)”——化微觀為宏觀

人在地面正常行走,地面對(duì)人的摩擦力向前,同時(shí)人對(duì)地面摩擦力向后,由于地面和人都是發(fā)生微小形變,無法觀察,為了增加學(xué)生感性認(rèn)識(shí),同時(shí)也是為了增加物理知識(shí)的可信度,筆者設(shè)置了毛刷鞋,展示地面對(duì)人的摩擦力向前;設(shè)置毛刷地面,展示人對(duì)地面的摩擦力向后．

2.2 創(chuàng)設(shè)“磁針實(shí)驗(yàn)”——化抽象為具體

圖2 磁針實(shí)驗(yàn)圖

為了說明作用力和反作用力在同一直線,筆者設(shè)計(jì)了“磁針實(shí)驗(yàn)”,在圓上畫出多條直徑,一個(gè)強(qiáng)磁針放在圓心處,另一個(gè)強(qiáng)磁針放在圓周上,沿著圓周緩緩移動(dòng)強(qiáng)磁針,通過強(qiáng)磁針的異名磁極相互吸引,學(xué)生很容易發(fā)現(xiàn)兩個(gè)強(qiáng)磁針的磁力方向總是相反,且在一條直線上,如圖2所示．

2.3 創(chuàng)設(shè)“卵石實(shí)驗(yàn)”——化定性為定量

很多教師上課都講到雞蛋碰石頭,雖然雞蛋碎而石頭不碎,但雞蛋對(duì)石頭的力和石頭對(duì)雞蛋的力是作用力和反作用力,由牛頓第三定律得出雞蛋對(duì)石頭的力與石頭對(duì)雞蛋的力大小相等,這樣的定性解釋,沒有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以驗(yàn)證,說服力不強(qiáng),學(xué)生們只能被動(dòng)接受．筆者把雞蛋固定在一個(gè)力傳感器上,把另一個(gè)力傳感器的金屬拉鉤當(dāng)作石頭,讓它們進(jìn)行碰撞,通過觀看力傳感器的數(shù)值,非常直觀地得出雞蛋對(duì)石頭的力和石頭對(duì)雞蛋的力總是大小相等．通過力傳感器數(shù)據(jù)的展示,不但讓學(xué)生“誠(chéng)服”,而且讓學(xué)生“心悅”,同時(shí)也激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣,可謂一舉三得．

3 基于學(xué)生主體的教學(xué)理念,是落實(shí)物理核心素養(yǎng)的保證

現(xiàn)代教學(xué)理論指出，在教學(xué)過程中,要始終體現(xiàn)學(xué)生的主體地位,教師應(yīng)充分發(fā)揮學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主動(dòng)性和積極性,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,營(yíng)造寬松和諧的氛圍．“學(xué)生主體”主要表現(xiàn)在3個(gè)方面:學(xué)生是學(xué)習(xí)活動(dòng)的主體,是主動(dòng)的發(fā)現(xiàn)者、探索者,是主體得以確立的內(nèi)在依據(jù);學(xué)生是個(gè)體身心發(fā)展的主體,是個(gè)性社會(huì)化的主體,具有自主性、能動(dòng)性、創(chuàng)造性等主體性品質(zhì);學(xué)生在教學(xué)過程中是主體化的客體,是由教到不教、由教育走向自我教育的主體．只有學(xué)生才是教學(xué)的主體,教師是教學(xué)的客體．不過,教師是客體并不等同于只起非決定性作用,學(xué)生是主體也并不意味著都起決定性作用,它們?cè)诮虒W(xué)過程的不同階段分別起決定性作用(如表2)．筆者在課堂教學(xué)中,主要以“學(xué)生小組討論”“學(xué)生動(dòng)手探究”等方式進(jìn)行教學(xué),對(duì)落實(shí)物理核心素養(yǎng),起到了良好的效果．

表2

(1) 學(xué)生小組討論．海森堡說:“科學(xué)植根于討論之中”．在課堂教學(xué)中引入小組討論,能夠激發(fā)學(xué)生思考和培養(yǎng)學(xué)生表達(dá)．如在 “比較一對(duì)平衡力與一對(duì)作用力和反作用力的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)”,筆者就采用了小組討論．為了使小組討論更有針對(duì)性,筆者設(shè)計(jì)了如表3,引導(dǎo)學(xué)生積極思考、相互討論、各自表達(dá),同時(shí)用自己的語言填寫相關(guān)內(nèi)容,從而促進(jìn)學(xué)生對(duì)一對(duì)作用力和反作用力與一對(duì)平衡力的深刻認(rèn)識(shí)．教師這樣組織教學(xué),把學(xué)生從客體地位變換到主體地位、從幕后推到臺(tái)前,易于激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、積極思考的意識(shí),有利于培養(yǎng)學(xué)生良好的思維習(xí)慣和創(chuàng)新能力,使學(xué)生真正成為學(xué)習(xí)的主人,起到了培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的作用．

表3

(2) 學(xué)生動(dòng)手探究．“紙上得來終覺淺,絕知此事要躬行”,學(xué)生動(dòng)手探究,是物理教學(xué)最重要的方式,也是培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)重要途徑．筆者分配給學(xué)生兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì),兩個(gè)拉力傳感器,讓學(xué)生動(dòng)手探究出作用力與反作用力大小相等、方向相反、同時(shí)產(chǎn)生、同時(shí)變化、同時(shí)消失．通過學(xué)生動(dòng)手探究,增強(qiáng)了學(xué)生的動(dòng)手能力,同時(shí)也加深了牛頓第三定律的理解及其應(yīng)用,有效地培養(yǎng)了學(xué)生的物理核心素養(yǎng)．

“路漫漫其修遠(yuǎn)兮,吾將上下而求索”,落實(shí)物理核心素養(yǎng),既是課標(biāo)的要求,更是時(shí)代的呼喚．作為一線物理教師,應(yīng)該把“物理核心素養(yǎng)”銘記于心中，落實(shí)在課堂．