基于學(xué)生核心素養(yǎng)達(dá)成的物理概念教學(xué)

沈?？? 鄭淵方

摘? ?要：以“滬科版”九年級(jí)“比熱容”一課為例，闡述物理學(xué)科核心素養(yǎng)即“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”這四個(gè)維度如何在概念教學(xué)中達(dá)成。從在概念的初步形成階段，如何把“物理觀念”有效落實(shí)于學(xué)生的日常生活之中;在概念建構(gòu)推進(jìn)階段，如何把“科學(xué)思維”實(shí)效達(dá)成于情境創(chuàng)設(shè)之中;在概念的理解內(nèi)化階段，如何把“科學(xué)探究”強(qiáng)效體現(xiàn)于課堂教學(xué)之中;在概念的強(qiáng)化應(yīng)用階段，如何把“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”高效升華至課堂之外等四個(gè)方面加以闡述，可以借鑒推廣至其他物理概念的教學(xué)之中。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);概念教學(xué);比熱容

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-6148（2019）3-0073-4

新一輪課程改革以落實(shí)立德樹人為根本任務(wù)，旨在進(jìn)一步提升學(xué)生的核心素養(yǎng)，以達(dá)成正確的價(jià)值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力。本次課程改革對(duì)“知識(shí)與技能”“過程與方法”“情感、態(tài)度與價(jià)值觀”三維目標(biāo)進(jìn)行了有機(jī)整合，凝練了學(xué)科核心素養(yǎng)。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”四個(gè)維度，這四個(gè)維度如何在物理概念教學(xué)中有效落實(shí)、實(shí)效達(dá)成、強(qiáng)效體現(xiàn)、高效升華？下面以“滬科版”九年級(jí)“比熱容”一課為例加以闡述。

“比熱容”是初中物理熱學(xué)部分一個(gè)重要的物理量。此概念是在溫度、內(nèi)能、熱量等熱學(xué)基本概念的基礎(chǔ)上形成的，它與物體質(zhì)量大小、溫度變化、吸熱或放熱等物理現(xiàn)象均有聯(lián)系。其單位也是初中物理最復(fù)雜的復(fù)合單位。學(xué)生在學(xué)習(xí)這個(gè)概念時(shí)可以說是“云里霧里”，一知半解，更別說其核心素養(yǎng)的形成了。然而，“無限風(fēng)光在險(xiǎn)峰”，越復(fù)雜、越抽象、越晦澀的概念，越是著力提升學(xué)生核心素養(yǎng)的良好載體，關(guān)鍵取決于“四個(gè)維度”在整個(gè)教學(xué)流程中如何有效植入。

1? ? 在概念的初步形成階段，把“物理觀念”有效落實(shí)于學(xué)生的日常生活之中

“物理觀念”是“從物理學(xué)視角形成的關(guān)于物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)與相互作用、能量等的基本認(rèn)識(shí);是物理概念和規(guī)律等在頭腦中的提煉與升華;是從物理學(xué)視角解釋自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問題的基礎(chǔ)?！盵1]經(jīng)過八年級(jí)一個(gè)學(xué)年的物理學(xué)習(xí)，學(xué)生頭腦中已形成了初步的“物理觀念”，懂得應(yīng)用學(xué)過的物理知識(shí)來解釋身邊觀察到的有關(guān)現(xiàn)象或問題。

筆者所在的學(xué)校屬于沿海地區(qū)的一所農(nóng)村學(xué)校，課余時(shí)間學(xué)生經(jīng)常成群結(jié)隊(duì)去海邊玩耍。在進(jìn)行“比熱容”一課的教學(xué)之前，筆者采取任務(wù)驅(qū)動(dòng)模式，給學(xué)生布置了一項(xiàng)家庭作業(yè)：周末時(shí)間，以小組為單位組織到海邊。腦子里裝上“物理觀念”，眼睛瞄準(zhǔn)“物理視角”，去觀察身邊的“物理現(xiàn)象”，找尋出相關(guān)的“物理問題”，嘗試?yán)脤W(xué)過的“物理知識(shí)”進(jìn)行合理的解釋。學(xué)生興趣盎然、積極參與，真正達(dá)到了“玩中學(xué)”“學(xué)中玩”，學(xué)習(xí)與活動(dòng)、觀察與游玩、放松與思考、體驗(yàn)與探究有效融合的理想境界。

上課時(shí)，小組學(xué)生積極交流、各抒己見，紛紛提出了自己所觀察到的現(xiàn)象與思考的問題：

當(dāng)穿著高跟鞋在沙灘上走時(shí)，發(fā)現(xiàn)腳印很深，而赤著腳時(shí)則腳印很淺（壓力相等時(shí)，受力面積越小，壓強(qiáng)越大）。

在海里游泳時(shí)感覺比在河里游泳更不容易沉下去（海水密度較大，產(chǎn)生的浮力較大）。

大海為什么會(huì)定時(shí)地漲潮與退潮（月球?qū)Φ厍虻娜f有引力）。

大海為什么看起來是藍(lán)色的（海水主要反射太陽光中的藍(lán)色光）。

游完泳從海里走向沙灘時(shí)，腳底踩到鵝卵石感覺到越來越痛了（浮力大小的變化）。

……

教師提示：剛才同學(xué)們所觀察和思考的很多都是我們八年級(jí)物理學(xué)過的力學(xué)或光學(xué)的知識(shí)，有沒有觀察到熱學(xué)方面的一些現(xiàn)象呢？

生甲：有！我們小組去海邊燒烤，雞翅烤熟的過程是通過熱傳遞改變了物體的內(nèi)能。

生乙：還有，我們?cè)陔u翅表面抹上花生油，燒烤時(shí)這些油很快就冒泡沸騰了，這樣做不僅增加了雞翅的香味，而且可使之熟得更快，因?yàn)橛偷姆悬c(diǎn)更高。

生丙：與熱學(xué)有關(guān)的知識(shí)？應(yīng)該是與溫度有關(guān)吧。對(duì)了，我覺得中午時(shí)的沙灘很燙腳，而海水很冰涼，兩者的溫度不一樣。

師問：很好！觀察得很仔細(xì)，體驗(yàn)得很準(zhǔn)確，你能解釋為什么兩者的溫度不同嗎？

生答：沙子吸收的熱量較多唄。

師：太陽早晨升起來直到中午，同時(shí)照著沙灘和海水，兩者吸收的熱量會(huì)相差很大嗎？

生丙：應(yīng)該基本相同，那為什么海水溫度會(huì)比較低呢？哦，我知道了，我們前面學(xué)過液體蒸發(fā)吸熱，海水會(huì)蒸發(fā)吸熱導(dǎo)致溫度較低。

生?。翰粚?duì)！我們晚上也經(jīng)常到海邊。我發(fā)現(xiàn)晚上時(shí)反過來了，沙子比較冰涼，但海水仍然較暖和。晚上海水也在蒸發(fā)啊，為什么溫度反而比沙子高呢？

師：很好！大家的交流與討論正是我們今天這節(jié)課要學(xué)習(xí)的主題——比熱容……

在概念的形成階段，讓學(xué)生帶著“物理觀念”去觀察、思考問題，在思維的碰撞中，很快即能抵達(dá)物理問題的本質(zhì)與核心，即我們平常所說的“透過現(xiàn)象看本質(zhì)”，透過表面的現(xiàn)象看到物理問題的本質(zhì)。只有把“物理觀念”根植于日常生活這片“肥沃土壤”中，“核心素養(yǎng)”的“這棵大樹”才能枝繁葉茂、根深蒂固。

2? ? 在概念建構(gòu)推進(jìn)階段，把“科學(xué)思維”實(shí)效達(dá)成于情境創(chuàng)設(shè)之中

前蘇聯(lián)教育家維果茨基指出：“概念的直接教授是不可能的，而且也是沒有效果的。一位試圖如此做的教師，除了空洞的言辭和兒童鸚鵡似的背誦外，一無所成;雖然模仿了相應(yīng)的知識(shí)，但實(shí)際上是一片空白?！蔽锢砀拍畹慕?gòu)需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)情境，而情境的創(chuàng)設(shè)需要科學(xué)思維的暴露與展現(xiàn)。學(xué)生在學(xué)習(xí)物理概念之前，基于生活經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)形成了大量的經(jīng)驗(yàn)性常識(shí)，要在此基礎(chǔ)上建構(gòu)物理概念，必須對(duì)所觀察的現(xiàn)象重新加工，在諸多客觀情境中概括出事物的共同屬性，抽象出問題的本質(zhì)特征，完成從經(jīng)驗(yàn)性常識(shí)向形成概念的轉(zhuǎn)變。這其中包含有“建模法”“控制變量法”“類比法”等重要的科學(xué)思維方式的應(yīng)用。

學(xué)生從中午和晚上海水與沙灘溫度的不同變化，實(shí)際上已從經(jīng)驗(yàn)的層面“觸碰”到了“比熱容”這個(gè)物理概念的“外殼”，如何引導(dǎo)他們深入抵達(dá)概念的“內(nèi)核”，需要一個(gè)循序漸進(jìn)、層層剝離的科學(xué)思維過程。而物理建模法的關(guān)鍵則在于能否將實(shí)際問題中的對(duì)象和過程轉(zhuǎn)化成物理模型，再結(jié)合“類比法”“控制變量法”等科學(xué)方法實(shí)現(xiàn)對(duì)概念的有效建構(gòu)。

師：中午時(shí)，海水和沙子吸收了相同的熱量，而沙子升溫快;晚上時(shí)，兩者放出了相等的熱量，沙子降溫也快。這是否從一個(gè)角度說明了沙子吸熱或放熱的本領(lǐng)比海水弱？而我們今天所要學(xué)習(xí)的“比熱容”，望文生義，即“比較不同物質(zhì)吸收（或放出）熱量的容量”。我們可以先采用“類比法”的思路，如果我們把不同物質(zhì)吸熱的容量粗淺地比喻成不同人的“食量”，大家討論一下如何來比較不同人的食量呢？

問題1：一個(gè)30歲的男青年一餐吃飽需要吃4碗飯，一個(gè)3歲的小男孩一餐吃飽只需吃1碗飯，能否說這位青年人的食量比兒童大？

生：沒有可比性，兩人的年齡差別懸殊。如果要比較不同人的食量大小，應(yīng)該找2個(gè)年齡相當(dāng)?shù)娜藖肀容^！

問題2：2位30歲的青年人甲和乙。甲吃了2碗飯，乙吃了3碗飯。能否說明乙的食量一定比甲大？

生答：不一定，因?yàn)榧壮粤?碗可能還不飽。乙吃了3碗可能已經(jīng)飽了。要讓2個(gè)人都吃到飽才能來比較。

問題3：把一鍋冷水燒成開水和把半鍋冷水燒成開水，二者吸收的熱量相同嗎？

把同一鍋冷水燒成熱水和燒成開水。兩種情況下水吸收的熱量相同嗎？

生答：都不會(huì)相等。水吸收的熱量與水的質(zhì)量大小與升高的溫度多少都有關(guān)系。

問題4：由此，我們?nèi)绾蝸肀容^海水和沙子這兩種不同物質(zhì)吸收熱量容量的大小呢？

生答：必須控制海水和沙子質(zhì)量相等，升高的溫度相等，比較兩者吸收的熱量。這也是以前我們學(xué)到的“控制變量法”研究問題的思路。

初中生思考問題大多停留在感性思維層面，形象生動(dòng)、深入淺出的類比方法是幫助他們從感性思維提升至理性思維的有效途徑。而物理概念的有效建構(gòu)正是從感性認(rèn)識(shí)到理性認(rèn)識(shí)螺旋式上升的過程，這個(gè)過程正需要“科學(xué)思維”的有力助推。

3? ? 在概念的理解內(nèi)化階段，把“科學(xué)探究” 強(qiáng)效體現(xiàn)于課堂教學(xué)之中

引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究過程，體會(huì)科學(xué)研究方法，養(yǎng)成科學(xué)思維習(xí)慣，增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力，這是近兩輪的課改所極力倡導(dǎo)的。而物理學(xué)科核心素養(yǎng)更是把“科學(xué)探究”作為極其重要的一個(gè)“核心維度”。美國心理學(xué)家赤瑞特拉（Treicher）通過實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)學(xué)生產(chǎn)生多感覺刺激所獲取的信息量，比單一聽講所獲取的信息量明顯增多，而從親自探究而來的學(xué)習(xí)效能更是高達(dá)80%。因此，概念的理解與內(nèi)化階段，需要學(xué)生在教師的引導(dǎo)下經(jīng)歷自主探究的發(fā)現(xiàn)過程。

經(jīng)過以上環(huán)節(jié)“比熱容”概念的初步形成與建構(gòu)推進(jìn)，學(xué)生頭腦中已經(jīng)基本厘清了探究不同物質(zhì)吸熱本領(lǐng)的不同思路方法。即取相同質(zhì)量的沙子和海水，讓它們升高相同的溫度，比較它們吸收的熱量是否相同?！皽瓢妗苯滩牡膶?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，采用的是相同質(zhì)量的一杯水和煤油，利用兩個(gè)相同的酒精燈，通過調(diào)整其燈芯，使兩燈的火焰基本相同作為相同的熱源（如圖1所示）。教師引導(dǎo)啟發(fā)學(xué)生思考：這樣的設(shè)計(jì)有什么缺陷？能否進(jìn)行更為科學(xué)合理的改進(jìn)？學(xué)生經(jīng)過交流與討論，一致認(rèn)為可以從以下幾個(gè)方面對(duì)此實(shí)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化。

1.就地取材，取相同質(zhì)量的海灘沙子與海水作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。因?yàn)榇蠹叶加猩匙雍秃Ｋ鼰嵘郎夭煌挠H身體驗(yàn)，以沙子和海水作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象更具說服力。

2.采用兩個(gè)酒精燈很難控制它們成為完全相同的熱源。從上一章“探究冰熔化時(shí)的溫度變化”得到啟發(fā)，可采用“水浴法”加熱方法：把沙子與海水放入兩支相同的試管中，同時(shí)放入同一個(gè)大燒杯的水中，用一個(gè)酒精燈（或加熱器）加熱，可以保證兩者在相同的時(shí)間內(nèi)吸收的熱量相同[2]。（如圖2所示）

3.把測(cè)量溫度變化的普通溫度計(jì)改為LED數(shù)字顯示溫度計(jì)（網(wǎng)上購買），可以更加直觀、快速地觀察兩者溫度變化的差異。

學(xué)生在探究實(shí)驗(yàn)過程中，可以明顯地看出，在相同的加熱時(shí)間內(nèi)，沙子的溫度升高比海水快。如果預(yù)先設(shè)定一個(gè)相同的初溫與末溫，則可發(fā)現(xiàn)海水需要加熱更長的時(shí)間。由此可得出：相同質(zhì)量的不同物質(zhì)，升高相同的溫度所吸收熱量不同。再由此結(jié)論得出“比熱容”的概念已是水到渠成的事情了。

學(xué)生在探究過程中經(jīng)歷了“設(shè)計(jì)與改進(jìn)實(shí)驗(yàn)”“進(jìn)行實(shí)驗(yàn)”“收集證據(jù)”“分析與論證”等過程。從定量角度比較了不同物質(zhì)升高相同溫度時(shí)吸熱容量的不同，這對(duì)于他們深刻理解“比熱容”的概念是大有裨益的。

4? ? 在概念的強(qiáng)化應(yīng)用階段，把“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”高效升華至課堂之外

每個(gè)學(xué)科對(duì)學(xué)生發(fā)展的價(jià)值貢獻(xiàn)，除了一個(gè)領(lǐng)域的具體知識(shí)以外，還應(yīng)該能夠提供只有在這個(gè)學(xué)科的學(xué)習(xí)中才可以獲得的體驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)科特有的認(rèn)識(shí)、思考與表達(dá)能力[3]。通過物理學(xué)習(xí)我們可以讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到科學(xué)的本質(zhì)，認(rèn)識(shí)科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)、環(huán)境（STSE）之間的聯(lián)系。增強(qiáng)他們的環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展意識(shí)，培養(yǎng)其“求真求實(shí)”的精神，提升其社會(huì)責(zé)任感。因此，“學(xué)以致用”“從生活走向物理，從物理走向社會(huì)”也是新課標(biāo)所積極倡導(dǎo)的理念。物理概念的習(xí)得最終是為了應(yīng)用于生產(chǎn)生活實(shí)際中，而在生活實(shí)踐中主動(dòng)地應(yīng)用物理概念科學(xué)地分析、解決實(shí)際問題，體現(xiàn)的正是學(xué)生的科學(xué)責(zé)任和擔(dān)當(dāng)意識(shí)。

學(xué)習(xí)完比熱容的相關(guān)知識(shí)后，我們可以引導(dǎo)學(xué)生分析城市“熱島效應(yīng)”的形成原因，使學(xué)生體會(huì)到城市綠化、人工湖建設(shè)對(duì)于調(diào)節(jié)氣溫的重要作用，感受到人與自然、人與環(huán)境和諧相處的重要意義，從而培養(yǎng)學(xué)生熱愛自然、順應(yīng)自然、美化環(huán)境的科學(xué)責(zé)任意識(shí)。利用水的比熱容較大的性質(zhì)，可以引導(dǎo)學(xué)生分析為什么汽車發(fā)動(dòng)機(jī)制冷劑要用冷水，而取暖設(shè)備里的供暖物質(zhì)要用熱水，讓他們懂得如何充分發(fā)揮利用普通常見物質(zhì)的物理特性，發(fā)揮其重要作用，潛移默化中也樹立起了他們的科學(xué)擔(dān)當(dāng)精神，培養(yǎng)其保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的責(zé)任感。教師還可以通過組織學(xué)生進(jìn)行“生活中的比熱容知識(shí)”“如何減少熱島效應(yīng)”“氣候變化與比熱容”等主題的手抄報(bào)比賽，或者組織學(xué)生調(diào)查生活環(huán)境周邊氣候特點(diǎn)與比熱容的關(guān)系等活動(dòng)，讓學(xué)生在概念的強(qiáng)化與應(yīng)用當(dāng)中，“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”素養(yǎng)也得到了培養(yǎng)。

總之，核心素養(yǎng)在物理概念教學(xué)中的有效達(dá)成，首先體現(xiàn)在把“物理觀念”根植于學(xué)生的日常生活中，再借助于情境創(chuàng)建中“科學(xué)思維”的展現(xiàn)，引導(dǎo)學(xué)生自主“科學(xué)探究”，促進(jìn)其對(duì)概念的深刻理解，有效內(nèi)化，最終在實(shí)踐應(yīng)用中達(dá)成“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”意識(shí)的自然形成。

參考文獻(xiàn)：

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[3]馮華，張維善.寓物理學(xué)科核心素養(yǎng)于教學(xué)中——談教學(xué)中的述與評(píng)[J].課程·教材·教法，2018（10）：93-95.

（欄目編輯? ? 李富強(qiáng)）