指向核心素養(yǎng)的物理教學(xué)設(shè)計(jì)的優(yōu)化策略與實(shí)踐

摘?要：結(jié)合教改實(shí)踐，提出了四條物理課堂教學(xué)設(shè)計(jì)的優(yōu)化策略：讓學(xué)習(xí)從真實(shí)問(wèn)題真實(shí)情景開始;帶著猜想或問(wèn)題去觀察;用問(wèn)題引導(dǎo)思維，用猜想推動(dòng)問(wèn)題的解決進(jìn)程;讓思維插上想象的翅膀.學(xué)生的課堂表現(xiàn)將因此而不同，學(xué)生的科學(xué)思維能力將初步達(dá)成.

關(guān)鍵詞：物理教學(xué)設(shè)計(jì);優(yōu)化策略;問(wèn)題;猜想;想象

文章編號(hào)：1008-4134（2020）01-0045?中圖分類號(hào)：G633.7?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

作者簡(jiǎn)介：李鐵（1968-），男，江蘇無(wú)錫人，本科，中學(xué)高級(jí)教師，中學(xué)特級(jí)教師，研究方向：高中物理課堂教學(xué).

2017版《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》的頒布揭開了新一輪物理課堂改革的序幕.課程目標(biāo)從2003版較抽象的三維目標(biāo)轉(zhuǎn)變成較具體的核心素養(yǎng)，注重培養(yǎng)學(xué)科關(guān)鍵能力，對(duì)教師的課堂教學(xué)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)更加明確.但物理學(xué)科核心素養(yǎng)的形成最終取決于教師課堂教學(xué)行為的變化，比如教師是否愿意給時(shí)間讓學(xué)生獨(dú)立思考？給時(shí)間、空間讓學(xué)生質(zhì)疑交流？教師的教學(xué)觀念是否真正地發(fā)生了改變，并把這種變化體現(xiàn)到每堂課的教學(xué)設(shè)計(jì)中？教學(xué)設(shè)計(jì)是作用于課堂教學(xué)的最直接方式，其中的精妙設(shè)計(jì)變化能促進(jìn)學(xué)生的反思與提高，也最能促進(jìn)教師教學(xué)觀念的變化.那么，新課程背景下，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)形成的課堂教學(xué)設(shè)計(jì)，正發(fā)生著哪些變化呢？

1?讓學(xué)習(xí)從真實(shí)問(wèn)題或真實(shí)情景開始

真實(shí)問(wèn)題或真實(shí)情景能極大地激發(fā)物理學(xué)習(xí)的興趣，激發(fā)認(rèn)知沖突，形成強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī).讓課堂從真實(shí)問(wèn)題開始，讓學(xué)生把實(shí)際問(wèn)題抽象成物理問(wèn)題，能培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的能力、抽象思維能力.在問(wèn)題背景的導(dǎo)引下，學(xué)生能主動(dòng)尋找解決問(wèn)題的方法，培養(yǎng)科學(xué)思維能力，增強(qiáng)實(shí)踐意識(shí).

例如，在學(xué)習(xí)全電路歐姆定律時(shí)，教師這樣設(shè)計(jì)引入：（1）用電壓表測(cè)量一節(jié)干電池的電壓約“1.5V”（2）出示小燈泡，查明其額定電壓“1.2V”，同時(shí)提問(wèn)，用該干電池對(duì)該燈泡供電，燈泡亮嗎？學(xué)生給出預(yù)期答案（亮）.（3）實(shí)驗(yàn)觀察：結(jié)果燈泡不亮.這樣的實(shí)驗(yàn)引入與學(xué)生的前認(rèn)識(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖突，令學(xué)生困惑.學(xué)生不禁要問(wèn)：電源兩端的電壓哪里去了？電源兩端的電壓是變化的嗎？用實(shí)驗(yàn)很好地突破了學(xué)生的思維定勢(shì)（初中認(rèn)為電源兩端的電壓是不變的），也為本堂課的后續(xù)學(xué)習(xí)指明了方向.

用真實(shí)問(wèn)題或真實(shí)情景引入，要關(guān)注其有效性適切性，不能僅看熱鬧，要與本堂課的內(nèi)容相關(guān)，而且最好是經(jīng)過(guò)本堂課的學(xué)習(xí)，能夠解決引入的問(wèn)題.在學(xué)習(xí)磁揚(yáng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷作用力的時(shí)候，很多教師用極光引入課題，引入時(shí)五光十色，但本堂課的后續(xù)學(xué)習(xí)與極光無(wú)關(guān)聯(lián)，到本堂課結(jié)束，也不能解決極光形成問(wèn)題.對(duì)本堂課而言，這樣的情景是無(wú)效的，甚至對(duì)本堂課的學(xué)習(xí)起到了干擾作用.

2?帶著猜想或問(wèn)題去觀察

觀察是發(fā)現(xiàn)之源，要培養(yǎng)學(xué)生觀察的習(xí)慣、觀察的意識(shí)，在觀察的時(shí)候，能主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并對(duì)問(wèn)題的解決帶著預(yù)設(shè)再觀察、再實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生逐步學(xué)會(huì)科學(xué)探究的一般流程與方法.高中課堂演示的大部分實(shí)驗(yàn)，學(xué)生通常有一定感性認(rèn)識(shí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)研究的目的，也比較明確，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，有合理但可能是錯(cuò)誤的預(yù)期.在觀察之前，讓學(xué)生有一個(gè)合理假設(shè)，一方面能發(fā)現(xiàn)存在的問(wèn)題，另一方面也能使后面的觀察更專注、更有目的性.

例如，在講超重與失重的時(shí)候，大部分老師通常的講法是：（1）看錄像，在電梯上放一個(gè)臺(tái)秤稱重物的重量，觀察電梯上升運(yùn)動(dòng)，再觀察電梯下降運(yùn)動(dòng)，記錄臺(tái)秤示數(shù)變化;（2）根據(jù)觀察完成表格：記錄速度方向、加速度方向、臺(tái)秤的讀數(shù);（3）根據(jù)表格總結(jié)超重失重的條件;（4）最后用牛頓第二定律做定量討論.上述教學(xué)流程是：觀察→總結(jié)→思考.上述教學(xué)設(shè)計(jì)把學(xué)生當(dāng)成一張白紙，壓制了學(xué)生的思維，由于觀察中少了思考，不利于學(xué)生自主地、創(chuàng)造性地解決問(wèn)題.換一個(gè)講法就是說(shuō)，課堂學(xué)習(xí)氣氛不同，學(xué)生參與狀態(tài)就完全不同：（1）帶著問(wèn)題去觀察，首先提問(wèn)：電梯從底樓上升到頂樓，臺(tái)秤的示數(shù)是否變化？談?wù)勛约旱目捶?（2）學(xué)生提出自己的假設(shè)或分析，課堂變活了，教師則如實(shí)記錄;（3）學(xué)生根據(jù)自己的假設(shè)，自己設(shè)計(jì)需要的表格，同學(xué)之間的表格可以不一樣，如部分同學(xué)可能只記錄加速度的方向與臺(tái)秤的讀數(shù);（4）每位同學(xué)帶著自己的假設(shè)去觀察，目的明確，觀察更有效;（5）從牛頓第二定律的角度總結(jié)超重與失重.這樣的設(shè)計(jì)流程是：?jiǎn)栴}→猜想→觀察→反思.學(xué)生在自我思考、自我創(chuàng)造，在自我否定之否定中不斷提高.

又如在講授楞次定律的時(shí)候，教師通常直接演示磁鐵插入螺線管的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生觀察，然后師生一起總結(jié)感應(yīng)電流的方向與哪些因素有關(guān).學(xué)生對(duì)結(jié)果表示認(rèn)同，或者認(rèn)為實(shí)驗(yàn)結(jié)果很平淡無(wú)奇.教學(xué)流程是：觀察→總結(jié).換一個(gè)教學(xué)過(guò)程，學(xué)生的表現(xiàn)會(huì)完全不同：（1）出示磁極及螺線管電流表閉合回路，這套裝置前二節(jié)課已經(jīng)多次使用，學(xué)生有足夠的感性認(rèn)識(shí);（2）提出問(wèn)題：猜想感應(yīng)電流方向與什么因素有關(guān)？（3）學(xué)生做合理猜想，教師如實(shí)記錄磁鐵的磁場(chǎng)方向，可是大部分學(xué)生說(shuō)不出“磁通量的變化”;（4）學(xué)生帶著問(wèn)題去觀察，觀察目的明確，學(xué)生很快就發(fā)現(xiàn)了假設(shè)中的問(wèn)題;（5）學(xué)生修證假設(shè)，得到結(jié)論，認(rèn)識(shí)升華了.該教學(xué)流程是：?jiǎn)栴}→猜想→觀察→反思.學(xué)生觀察非常專注，同時(shí)很快發(fā)現(xiàn)了存在的問(wèn)題，提高了學(xué)習(xí)效率.

帶著猜想去觀察，猜想可以是不完備的，也可以是片面的，甚至是錯(cuò)誤的，只要相對(duì)學(xué)生現(xiàn)有的認(rèn)識(shí)是合理的，就是一個(gè)很好的假設(shè).這樣的假設(shè)，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生的思維障礙，觀察目的明確，對(duì)學(xué)生的思維起到很好的引導(dǎo)作用，學(xué)習(xí)的有效性及課堂的效益也將得到提高.

3?用問(wèn)題引導(dǎo)思維，用猜想推動(dòng)問(wèn)題的解決進(jìn)程

物理學(xué)習(xí)的目的之一是為了解決問(wèn)題.要把問(wèn)題的提出、問(wèn)題的解決變成一條明線.要讓學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并對(duì)問(wèn)題解決有一個(gè)預(yù)期猜想，再圍繞問(wèn)題的解決，去尋找解決問(wèn)題所需的知識(shí)方法，用問(wèn)題與猜想推進(jìn)課堂的進(jìn)程，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生分析與解決問(wèn)題的能力.這樣，課程標(biāo)準(zhǔn)所倡導(dǎo)的“觀察、假設(shè)、實(shí)驗(yàn)”的科學(xué)探究的方法，才能落到實(shí)處.

例如，在理論探究洛倫茲力的大小時(shí)，人教版課本分下面四步提出問(wèn)題：一根通電導(dǎo)線長(zhǎng)度為L(zhǎng)，放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中，電流I垂直于磁場(chǎng)B：（1）寫出電流的微觀表達(dá)式.學(xué)生不知道為什么要寫？（2）寫出長(zhǎng)為vt導(dǎo)線受到的安培力.（3）求出每個(gè)電子受到的力，即洛倫茲力.課本在這里加了一個(gè)說(shuō)明：許多中間量，如n、v、s、t等都應(yīng)不再出現(xiàn).該教學(xué)流程是：?jiǎn)栴}1→問(wèn)題2→問(wèn)題3.筆者稱這種問(wèn)題鏈為導(dǎo)航式問(wèn)題鏈.設(shè)置導(dǎo)航式問(wèn)題鏈，等同于視學(xué)生為木偶，學(xué)生只要按部就班，很快就得到結(jié)論，但學(xué)生缺乏思維碰撞，缺乏對(duì)舊知識(shí)的主動(dòng)回憶和新問(wèn)題的理性思考，學(xué)生知其然但不知其所以然，學(xué)生獲得知識(shí)的過(guò)程是膚淺的，表現(xiàn)為學(xué)生課后知識(shí)再現(xiàn)率很差.但如果用問(wèn)題與猜想作引導(dǎo)，學(xué)生的表現(xiàn)就完全不同，下面是筆者的實(shí)踐 ：（1）猜想：電荷電量為q，以速度v在磁場(chǎng)B中運(yùn)動(dòng)，其受到磁場(chǎng)的洛倫茲力與哪些因素有關(guān)？并給出定性結(jié)果;（2）猜想：通電導(dǎo)線受到磁場(chǎng)的安培力與導(dǎo)線中每個(gè)運(yùn)動(dòng)電荷受到磁場(chǎng)的洛倫茲力是什么關(guān)系;（3）一根通電導(dǎo)線，放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中，電流方向垂直于B，其中電子的電量為e，電子的定向移動(dòng)速度為v，求解每個(gè)運(yùn)動(dòng)電子受到的洛倫茲力？（4）你能否設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證上述公式的正確性？該教學(xué)流程是：情景→猜想1→猜想2→問(wèn)題解決.這樣的設(shè)計(jì)有合理的猜想作為指引，學(xué)生的思維方向明確，在解決問(wèn)題的過(guò)程中，學(xué)生能主動(dòng)回憶已學(xué)知識(shí)，進(jìn)行積極的自我反思與自我建構(gòu)、自我動(dòng)態(tài)生成，學(xué)生的輸出遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于教師對(duì)學(xué)生的輸入.

猜想是創(chuàng)新的起點(diǎn)，教師在平時(shí)的課堂教學(xué)中，要多給學(xué)生猜想的機(jī)會(huì)，培養(yǎng)猜想的習(xí)慣，同時(shí)要注意讓猜想建立在一定的事實(shí)基礎(chǔ)上，讓猜想遵循認(rèn)識(shí)規(guī)律，而不是胡猜亂猜.如在研究碰撞中的不變量（動(dòng)量守恒）時(shí)，課本上的做法是：（1）用氣墊導(dǎo)軌實(shí)驗(yàn)獲得數(shù)據(jù);（2）對(duì)碰撞的規(guī)律作各種各樣的猜測(cè)，各種猜測(cè)組合達(dá)到四種以上;（3）用數(shù)據(jù)來(lái)逐一驗(yàn)證猜想的正確性.該教學(xué)流程是：?jiǎn)栴}→多種猜測(cè)→實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證.這就是典型的胡猜亂猜，估計(jì)教師也沒幾個(gè)人用這樣的教法.我們的做法是遵循認(rèn)識(shí)規(guī)律，從特殊過(guò)程入手，并由此提出一般性猜想，再用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證一般猜想的正確性.該教學(xué)過(guò)程為：（1）用氣墊導(dǎo)軌做特殊典型的碰撞實(shí)驗(yàn)：①質(zhì)量為m的運(yùn)動(dòng)物體碰撞質(zhì)量為m的靜止物體，發(fā)生完全非彈性碰撞，由實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)碰撞前后的規(guī)律性;②質(zhì)量為m的運(yùn)動(dòng)物體碰撞質(zhì)量為2m的靜止物體，發(fā)生完全非彈性碰撞，由實(shí)檢發(fā)現(xiàn)碰撞前后的規(guī)律性;③質(zhì)量為2m的運(yùn)動(dòng)物體碰撞質(zhì)量為m的靜止物體，發(fā)生完全非彈性碰撞，由實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)碰撞前后的規(guī)律性;（2）由以上實(shí)驗(yàn)事實(shí)對(duì)碰撞的規(guī)律進(jìn)行一般性猜想;（3）用氣墊導(dǎo)軌實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證猜想在一般情況下的正確性.該教學(xué)流程為：特例實(shí)驗(yàn)→提出一般猜想→實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證.從簡(jiǎn)單典型的問(wèn)題入手，進(jìn)而尋找一般的規(guī)律性，這本身就是一種重要的研究方法.讓猜想滿足認(rèn)知規(guī)律，學(xué)生思維清晰，表現(xiàn)出很強(qiáng)的創(chuàng)造力，課堂效益也得到提高.

4?讓思維插上想象的翅膀

愛因斯坦說(shuō)過(guò)：想象力概括著世界上的一切，推動(dòng)著進(jìn)步，是知識(shí)進(jìn)化的源泉.想象力是科學(xué)研究中的實(shí)在因素，質(zhì)疑能力、創(chuàng)新能力由此而生.當(dāng)物理過(guò)程的實(shí)驗(yàn)條件現(xiàn)實(shí)中無(wú)法滿足時(shí)，或邏輯推理的前提假設(shè)可能有誤時(shí)，或在學(xué)習(xí)宏觀與微觀領(lǐng)域的內(nèi)容時(shí)，可以用想象完成理想實(shí)驗(yàn)，得出結(jié)論.如建立牛頓第一定律的理想斜面實(shí)驗(yàn).在講光速不變時(shí)，我們引入愛因斯坦的追光實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生想象，如果用伽利略速度變換公式，我們的速度可以等于光速甚至超光速，你將看到什么生活現(xiàn)象.學(xué)生的想象力被充分激發(fā)了，課堂活躍了.

培養(yǎng)學(xué)生豐富的想象力首先要保護(hù)學(xué)生的好奇心，平時(shí)要耐心回答學(xué)生提出的各種問(wèn)題，同時(shí)要豐富學(xué)生用于想象的表象儲(chǔ)備，積累必要的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，使學(xué)生的想象有豐富的感性認(rèn)識(shí)做支撐.如在學(xué)習(xí)氣體分子的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)時(shí)，由于氣體分子看不見摸不著，似乎知識(shí)只能靠灌輸.我們首先通過(guò)幾個(gè)問(wèn)題，讓其它分子運(yùn)動(dòng)的整體圖景盡可能直觀化，然后借助想象幫助學(xué)生建立氣體分子運(yùn)動(dòng)的圖景.教師設(shè)計(jì)下面3個(gè)問(wèn)題：①氣體分子間距多大？（約10-9m）②對(duì)氧氣分子，0℃時(shí)分子運(yùn)動(dòng)的平均速率約為300m/s，估算每個(gè)氧氣分子的碰撞周期及碰撞頻率？（T=10-9/300≈10-10s，f=1/T≈1010Hz=100億次/秒）③想象每個(gè)氣體分子的運(yùn)動(dòng)圖景？學(xué)生在上述3個(gè)問(wèn)題的引導(dǎo)下，借助想象順利完成氣體分子運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)的自我建構(gòu).

高中物理學(xué)習(xí)的目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng).關(guān)注實(shí)際問(wèn)題是形成物理觀念、進(jìn)行模型建構(gòu)的必由之路.以問(wèn)題為中心，基于現(xiàn)有的認(rèn)識(shí)提出假設(shè)或大膽合理想象，并由此推進(jìn)學(xué)習(xí)進(jìn)程，這正是科學(xué)探究的學(xué)習(xí)方法的具體體現(xiàn).學(xué)生的科學(xué)推理能力、質(zhì)疑創(chuàng)新能力將得到不斷發(fā)展，并將最終促成科學(xué)思維的學(xué)科培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成.

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國(guó)教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)[M].北京：人民教育出版社，2018.

（收稿日期：2019-10-01）