物理學科核心素養(yǎng)視角下的深度學習
——以“光的直線傳播”的教學為例

翟 磊

(北京市朝陽區(qū)教育研究中心，北京 100021)

作為一線物理教師，如何圍繞物理學科核心素養(yǎng)進行有效的課堂活動設計？如何在活動中有效提升學生物理學科核心素養(yǎng)？筆者以人教版8年級“光的直線傳播”一課的教學為例，從物理學科核心素養(yǎng)的4個方面出發(fā)，談談我們的實踐探索，為一線教師提供一些借鑒.

1 利用知識遷移，助力學生形成物理觀念

以“光的直線傳播”為例，從“物理觀念”的角度來看，光的直線傳播現(xiàn)象屬于物理觀念中運動與相互作用觀念，是整個中學物理學習過程中波動現(xiàn)象的重要前置內(nèi)容.而聲波現(xiàn)象與光的直線傳播現(xiàn)象屬于同一“物理觀念”并起到同等的作用.基于“物理觀念”，可以將學生學習聲的傳播過程的方法遷移到光的直線傳播的學習過程中，引導學生關注兩者之間的內(nèi)在聯(lián)系.

在聲現(xiàn)象的學習中，教師通常從固體、液體、氣體3種介質(zhì)出發(fā)，通過實驗引導學生達成介質(zhì)中能傳聲的共識，具體過程歸納如表1.并通過真空鈴實驗引發(fā)思考，進一步完善了介質(zhì)能夠傳聲，且傳聲需要介質(zhì)的結(jié)論.在此基礎上，討論聲音在這3種介質(zhì)中傳播的方式，引入聲波與聲速.學生在聲現(xiàn)象中經(jīng)歷了完整的聲的傳播的探究過程，這是學生對于波動傳播學習很好的知識基礎和學習經(jīng)驗.

在“光的直線傳播”一節(jié)中，通過對照聲的傳播的學習過程，引導學生思考光能否在固、液、氣介質(zhì)中傳播，達成共識后，學生自然會通過遷移聲音的傳播條件的學習過程，提出操作性更強的實驗方案，即探究光在固、液、氣介質(zhì)中是否沿直線傳播，如表2.

表1 聲的傳播實驗學習過程

表2 光的直線傳播實驗前置學習過程

學生還可以通過與真空鈴實驗建立聯(lián)系，提出光能否在真空中傳播，光傳播是否需要介質(zhì)等問題，并在解決這些問題的過程中，對于初中階段接觸到的兩種波動現(xiàn)象進行區(qū)分和聯(lián)系，如表3，為學生學習波動現(xiàn)象，理解機械波與電磁波的不同埋下伏筆.

表3 聲與光傳播的不同

綜上所述，教師在設計學生活動時，不應只關注“物理知識”的傳授，而應該從這部分知識對于學生“物理觀念”的形成的作用出發(fā)，關注同一觀念下知識間相互的聯(lián)系，引導學生形成相關概念的知識遷移，引導學生建構完整的知識體系.

2 引導學生深入體驗和理解物理模型的建立過程，深化科學思維

“科學思維”中的模型建構往往是初中物理教師們所忽略的.如何基于經(jīng)驗事實建構物理模型呢？以“光線”這一物理模型為例，通常我們在教學中都會問學生這樣一個問題：“光線”是實際存在的嗎？生活中和媒體里大量的不準確的生活用語使得學生錯誤地將所看到的光等同于“光線”，而教師課堂上的說明和介紹又無法引起學生認知的沖突，學生堅持認為他看到的就是一條條“光線”.我們不妨重新審視一下我們的教學過程，找出學生的癥結(jié)所在.

為了引入“光線”這一模型，我們會讓學生用圖畫來描繪出他在光的直線傳播實驗中看到的實驗現(xiàn)象，如圖1所示.然后引導學生關注光的傳播方向，這樣我們就得到了一條帶箭頭的直線——“光線”.而我們?yōu)榱俗寣W生將“光線”與光區(qū)分開，我們往往引導學生關注“光線”的箭頭，引導學生關注實際的光是不存在箭頭的.但顯然這樣的刺激是不足以讓全部學生扭轉(zhuǎn)他們的思維定式的，這也沒有體現(xiàn)出我們建構“光線”的意義.

圖1 光在水中的傳播現(xiàn)象和圖示

如何讓學生建立“光線”模型，并理解模型法的物理意義呢？筆者認為教師需要引導學生關注模型與其代表的實際物體之間的聯(lián)系和區(qū)別，真正的去理解建構模型的意義.在課上為了讓學生了解什么是模型，我們可以利用生活中常見的模型與符號去引導學生形成遷移，比如我們可以問學生：圖2中畫的是什么？在學生形成“是太陽”的共識后，繼續(xù)追問：這是真的太陽嗎？學生會說不是；最后引發(fā)學生思考：那你為什么認為它能代表圖3的太陽？由此讓學生通過抽象的思維方式，體會建立反映客觀事物本質(zhì)特征的模型的過程.

圖2 太陽的“模型”

圖3 太陽

圖4 風的“模型”

當然，我們還可以給學生更多的實例，例如圖4中風的“模型”，讓學生充分體會建構模型的意義，利用建構模型的過程提升學生的“科學思維”.

3 構建合理科學探究思路，助力學生學習進階

“科學探究”是學生進行物理學習的重要方法，是學生建立“物理觀念”、提升“科學思維”、養(yǎng)成“科學態(tài)度和責任”的重要途徑.

以“光的直線傳播”為例，本課的重點在于學生通過學習建立“光在同種均勻介質(zhì)中沿直線傳播”這一規(guī)律，通常是采用實驗的方式來引導學生建立規(guī)律，實驗過程整理如表4.

表4 傳統(tǒng)課堂“光在同種均勻介質(zhì)中沿直線傳播”建立過程

表5 聲的傳播建立過程

上文提出，“光的直線傳播”與“聲音的傳播”有著諸多聯(lián)系，將表4與表5對比發(fā)現(xiàn)，學生在建立傳播概念時，應當經(jīng)歷從能否傳播到如何傳播的進階，所以筆者利用“科學探究”的思路，建立了表6中完整探究過程，引導學生經(jīng)歷完整的學習進階過程.

表6 利用“科學探究”方法構建“光的傳播”過程

圖5 光的直線傳播實例

圖6 光的折射實驗

圖7 糖水實驗

我們可以看出，合理的設置“科學探究”過程，可以為學生的學習進階提供更多的平臺和助力，并且在“實驗探究”中每一個實驗與舉例(筆者在這里更加推崇利用實驗)都是一次提升學生“科學思維”的機會.通過基于進階的學習過程，使學生能夠更好理解學科知識的本質(zhì)與聯(lián)系，形成更加完整和準確的“物理觀念”.

4 追本溯源，學以致用，培養(yǎng)科學態(tài)度與責任

“科學態(tài)度與責任”與三維目標中“情感 態(tài)度 價值觀”維度相似，更多的是一種潛移默化的精神層面的養(yǎng)成，也是“立德樹人”教育本質(zhì)的體現(xiàn).教師在教學過程中，對于“科學態(tài)度與責任”的體現(xiàn)往往不明確，甚至不知道如何體現(xiàn).筆者認為，“學以致用”是物理學科本質(zhì)和態(tài)度的很好體現(xiàn).

學生如果體會不到知識在實際生活中的應用價值，就很難激發(fā)學生探索知識、利用知識的內(nèi)在動力.以“光的直線傳播”為例，筆者受到“慣性”這一課的啟發(fā)，想到一個問題——如果沒有光，我們的生活是怎樣的？并以此為基礎設計了如下的活動引入新課：學生進入黑暗的實驗室，體驗沒有光的生活；學生得到光源后，再次進入黑暗的實驗室.學生通過兩次實驗的對比體會光在我們生活中的作用.從這個活動中學生即可以體會光源的必要性，也能夠體會光的傳播的重要性，同時還可以引發(fā)學生對于生活中失明人士的感同身受，培養(yǎng)學生關心他人的責任感.

物理學史也是很好的養(yǎng)成“科學態(tài)度與責任”的材料.以“光沿直線傳播”為例，教師可以與上面提到的引課的活動結(jié)合，介紹光源的發(fā)展史，介紹光源發(fā)展中重要的科學貢獻，如愛迪生與燈泡，或者介紹光源發(fā)展對人類生活的影響，如囊螢映雪的故事，激發(fā)學生關注科學與人類發(fā)展的責任感，激發(fā)學生科學學習的動力.再比如，教師可以引導學生閱讀人類關于光的傳播的研究的物理學史材料，比如光傳播是否需要介質(zhì)的爭論、邁克爾遜-莫雷實驗與以太，甚至光是波還是粒子的爭論等等，為將來高中的物理學習激發(fā)興趣，埋下伏筆.