基于學科核心素養(yǎng)形成機制的物理教學
——以“探究感應電流的產(chǎn)生條件”的教學為例

沈正杰

(桐鄉(xiāng)市鳳鳴高級中學，浙江 桐鄉(xiāng) 314500)

2016年9月,中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)總體框架正式發(fā)布．物理學科核心素養(yǎng)主要包括“物理觀念”、“科學思維”、“科學探究”、“科學態(tài)度與責任”4個方面．2018年1月《普通高中物理課程標準(2017年版)》正式出版,核心素養(yǎng)正式進入課程．[1]

那么,核心素養(yǎng)形成的機制和路徑是什么?課堂教學怎樣培育學生的核心素養(yǎng)呢?余文森老師在《核心素養(yǎng)導向的課堂教學》一書從4個方面闡述了相關問題(見表1)．[2]

表1 學科核心素養(yǎng)的形成機制

可見,物理學科核心素養(yǎng)的培育是學科知識、學科活動、學科教師以及學科考評4方面統(tǒng)一規(guī)劃、協(xié)調的結果.只有這樣,才有助于學生通過學科學習而逐步形成正確價值觀念、必備品格和關鍵能力．那么,在物理教學中,又該如何有效地從以上4方面實施和開展教學和評價活動?我們不妨先從一道電磁感應類考題說起．

1 案例呈現(xiàn)

圖1

例.在“探究電磁感應的產(chǎn)生條件”實驗中,采用如圖1所示的裝置進行實驗．請用筆畫線代替導線在答題卷相應位置將圖甲連線補充完整,確保實驗現(xiàn)象明顯．

本題是基于人教版普通高中《物理·選修3-2》第4章“探究感應電流的產(chǎn)生條件”一節(jié)教材實驗(如圖2)的考查,結果大部分學生呈現(xiàn)出圖3所示接線方式．對于該類結果的產(chǎn)生,或許我們可以認為是學生對“確保實驗現(xiàn)象明顯”的描述沒有引起重視,但其中暴露的更大問題是學生對真實情境體驗的缺乏以及學科知識的不完整．從學科核心素養(yǎng)的形成機制相應項目來看,本題體現(xiàn)為如表2所示幾個方面．

圖2

圖3

項目內容 學科活動教師的教學生的學實驗演示;實驗方案拓展;實驗結果評價等實驗觀察與操作;結果分析與質疑;方案設計與創(chuàng)新等 學科教師學科素養(yǎng)教育素養(yǎng)解題技能與策略的傳授;考題基礎上的進一步探究與改編學生錯因的分析與評價;對學生創(chuàng)造性思維的激發(fā)與引導學科考評命題特征評價反饋基于真實情境和學生體驗;通過設問激發(fā)學生思維通過考評評價學生知道什么、能做什么;展現(xiàn)學生行為表現(xiàn)結果和過程

續(xù)表

2 教學策略

圖4

從上述案例我們不難發(fā)現(xiàn),教師、課程、知識、活動、考評無不影響著學科核心素養(yǎng)的實施、發(fā)生和落實,也決定著學生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)和提升．在教育教學過程中,它們相互影響、相互依賴,(關系如圖4所示)．因此,在物理教學中我們應注重做好以下幾方面工作．

2.1 關注認知結構,建構知識體系

學科知識是學生學習的對象和材料,它不是學科各個知識點的簡單排列和堆積,而是一個有結構的有機整體．如果學習者過于關注知識點的細節(jié),就可能導致整個教學活動的失?。袑W者指出:“當知識不成體系時,它是無用的知識碎片”．同時,如果獲得的信息缺少跟其他信息的“聯(lián)系”,就難于被我們“提取”,“提取”得少的內容會被提取得多的內容擠壓在記憶的底部．因此,這些碎片化的信息極其容易被我們遺忘．

以“感應電流的產(chǎn)生條件”教學內容為例,學生在初、高中兩個不同階段的認知內容可以說是完全不同的,學生學科知識的變化及認知發(fā)展要求可以結合表3體現(xiàn)．

可見,只有超越簡單的具體知識(導體棒切割),去理解和把握具體知識背后的學科方法、思想與價值,比如通電線圈等效為條形磁鐵、磁感線描繪磁場分布等,才能促使學生對“感應電流的產(chǎn)生條件”在初中已有認知的基礎上上升到高中更為普遍的規(guī)律的認識;只有超越表層的符號形式,去理解和把握符號形式背后的邏輯根據(jù)、思想方法與價值意義,比如讓學生經(jīng)歷和探究“搖繩發(fā)電”活動,感受和制作“電吉他”等等,知識才能被納入學生認知結構,并被真正地理解和吸收,以幫助學生超越龐雜的知識點本身,去理解和把握同類知識的組織結構和屬性特征．唯有如此,學生的認知結構和知識體系才能更加完善,學科知識的教學才能有助于學科核心素養(yǎng)的形成．

表3 電磁感應產(chǎn)生條件在初高中階段的比較

2.2 加強具身認知,提升思維品質

現(xiàn)代認知科學強調具身認知,其核心內涵是身體的參與．蘇聯(lián)教育家阿莫那什維利認為,學生單靠動腦,只能理解和領會知識．如果加上動手,他就會明白知識的實際意義．如果加上心靈的力量,知識將成為他改造事物和進行創(chuàng)造的工具．

物理學作為一門實驗科學,教師更應該在教學估測中注意引導學生在參與互動中學習,在體驗和探究中學習,在親自操作和實踐活動中學習．在活動過程中,一方面可以暴露學生的各種疑問、困難或矛盾,另一方面則可以展示學生的思維方式、創(chuàng)造成果或獨特個性．

比如本文案例所述實驗現(xiàn)象,可通過以下程序開展實驗探究: (1) 按大、小線圈分別接電源的方式比較實驗現(xiàn)象;(2) 結合“通電螺線管等效為條形磁鐵”的相關知識,借助條形磁鐵進一步演示比較;(3) 對于不明顯的實驗現(xiàn)象,借助微電流傳感器演示實驗現(xiàn)象．相關實驗及現(xiàn)象如表4所示．

在上述探究過程中,通過對實驗的觀察、分析和操作,不僅豐富了學生科學探究的基本經(jīng)歷,在更大程度上促進學生對實驗現(xiàn)象和科學本質的再思考,提升了思維品質．比如有部分學生對傳感器實驗中“有無鐵芯”的情況下所觀察到的實驗現(xiàn)象產(chǎn)生了新的疑惑．對此,可鼓勵學生進一步深入探究(實際上鐵芯在實驗中已經(jīng)被磁化)．

表4 探究感應電流的產(chǎn)生條件實驗比較

所以說,教學應該學生用自己的身體去親自經(jīng)歷,用自己的心靈去親自感悟．這不僅是理解知識的需要,更是激發(fā)學生生命活力、促進學生生命成長的需要．學生在學、用、思的過程中,更有助于把知識轉化為素養(yǎng)．

2.3 強化情境教學,注重過程評價

學科情境是學習學科知識的載體．學科知識要轉化為學科素養(yǎng),離不開學科情境的介入和參與．應對各種真實的、開放的情境,不僅是學生核心素養(yǎng)形成和培養(yǎng)的途徑與方式,也是評價學生核心素養(yǎng)發(fā)展水平的重要依托．

教學評價以一定的情境或實驗為背景,其目的主要是考查學生是否有相應“基本經(jīng)歷”,以及在相應經(jīng)歷體驗中“見物又見理”．對此,純粹的分析就容易把學生培養(yǎng)成“只見理不見物”的解題機器．

圖5

例題:某實驗小組利用如圖5所示裝置,探究感應電流的產(chǎn)生條件．圖中A是螺線管,條形磁鐵的S極置于螺線管內,磁鐵保持靜止狀態(tài),B為靈敏電流計,開關K處于斷開狀態(tài),電路連接和各儀器均正常．下列關于實驗現(xiàn)象的說法正確的是

(A) K閉合前,通過螺線管的磁通量為0.

(B) K閉合瞬間,通過螺線管的磁通量不變.

(C) K閉合瞬間,靈敏電流計指針發(fā)生偏轉.

(D) K閉合,抽出磁鐵過程中,靈敏電流計指針發(fā)生偏轉.

本題考查了磁通量、磁通量的變化量、感應電流產(chǎn)生的條件等知識,而且學生受“反復訓練”的影響,一看到“瞬間”兩字大腦中迸出的就是“有感應電流,電流表指針發(fā)生偏轉”,導致錯選(C)選項．究其原因,與課堂教學情境的創(chuàng)設和學生的實際經(jīng)歷不無關系．

圖6

本題仍屬于“探究感應電流的產(chǎn)生條件”一節(jié)中課堂實驗探究(如圖6所示)的拓展與創(chuàng)新.如若教師在課堂教學中忽視實驗演示或呈現(xiàn)、分析不夠,學生缺少相關經(jīng)歷,就容易產(chǎn)生認知偏差或障礙,難于對題目所體現(xiàn)的物理概念或規(guī)律正確認識．因此,對于本題的分析,教師應將圖5、圖6兩實驗比較演示,以此引導學生從現(xiàn)象中分析問題的本質,強化認知感受,幫助學生在真實情境的體驗中拓寬視野、探究新知．

同時,該例所反映的評價結果,也可以成為教師觀察和了解學生在完成實際任務時的表現(xiàn)來評價學生已經(jīng)取得的發(fā)展成就,并設計和開展更加全面、合理的表現(xiàn)性任務．比如設計如表5所示的表現(xiàn)性任務和表現(xiàn)性評價．

表5 探究感應電流的產(chǎn)生條件表現(xiàn)性任務與評價

可見,學生在學校所“獲得”的很多學科知識或技能,之所以無法遷移到現(xiàn)實生活中去,關鍵就在于學校學習活動所依存的情境被過于人為地簡化和抽象化,缺少了和現(xiàn)實生活的連接．

因此,教師應認識到開放性的真實情境在評價核心素養(yǎng)中的重要價值和作用,創(chuàng)新試題情境設計,注重考查信息處理能力和應用能力．同時,教師也需要關注過程評價和評價反饋,優(yōu)化評價方案．這樣做,不僅能夠評價學生行為表現(xiàn)的結果,還能評價行為表現(xiàn)的過程,更能夠從結果中進一步完善過程,從而構建一個促進學生核心素養(yǎng)發(fā)展的評價、反饋、反思、改進和提升的持續(xù)性過程．

綜上所述,在物理教學中,教師應發(fā)揮其教育智慧,注重以學為中心,以知識為載體,以活動為路徑,以考評為保障,積極構建知識、活動、考評協(xié)同發(fā)展的教學共同體,幫助學生通過學科學習逐步形成正確價值觀念、必備品格和關鍵能力,促使學科核心素養(yǎng)的落地,實現(xiàn)學生核心素養(yǎng)的培育目標．