T型教學(xué)法促進(jìn)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)

曾哲

(武漢市青山區(qū)武鋼三中 湖北 武漢 430000)

物理教學(xué)不能僅是傳遞知識(shí)，而更應(yīng)該注重物理思想的傳授與培養(yǎng).不能授之以“魚”，應(yīng)該授之以“漁”.有了科學(xué)的思想和方法才能促進(jìn)學(xué)生獨(dú)立思考，培養(yǎng)創(chuàng)造性思維，超脫教科書之外，進(jìn)行發(fā)現(xiàn)和發(fā)明.

1 從物理學(xué)發(fā)展史到物理學(xué)核心素養(yǎng)——T型思維

回顧物理學(xué)發(fā)展史，早在2 000多年前，亞里士多德、阿基米德等一批科學(xué)家就開始了對自然現(xiàn)象的觀測，總結(jié)了杠桿原理等實(shí)驗(yàn)規(guī)律.

16-17世紀(jì)，伽利略和牛頓等人在前人總結(jié)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律的基礎(chǔ)上，進(jìn)行深入理解，提出力學(xué)理論，其理論計(jì)算預(yù)測的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)相一致.首先建立了實(shí)驗(yàn)觀測和理論分析計(jì)算相結(jié)合的研究方式.1687年，《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》的出版標(biāo)志著現(xiàn)代意義的物理學(xué)正式誕生.而創(chuàng)立于17世紀(jì)的牛頓力學(xué)被廣泛應(yīng)用于紡織業(yè)、造船等工程技術(shù)，大大推動(dòng)了社會(huì)發(fā)展.生產(chǎn)條件的便利反過來進(jìn)一步推動(dòng)了科學(xué)研究的探索.

18-19世紀(jì)，工程上對蒸汽機(jī)等熱機(jī)的應(yīng)用，又迫使人們對熱的問題進(jìn)行深入研究.人們對永動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)的探索，引發(fā)了熱力學(xué)理論的巨大發(fā)展.

19世紀(jì)初，人們已經(jīng)知道電流能產(chǎn)生磁場，基于理論猜想電同樣能生磁，英國科學(xué)家法拉第對此進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn).之后麥克斯韋在法拉第電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上深入理解并提出了麥克斯韋電磁理論，預(yù)言了電磁波的存在，之后被赫茲發(fā)現(xiàn).電磁學(xué)的發(fā)展導(dǎo)致發(fā)電機(jī)和無線電通信的誕生.電磁現(xiàn)象被廣泛應(yīng)用，電話和電報(bào)等發(fā)明進(jìn)一步加速了人與人之間的交流從而進(jìn)一步促進(jìn)理論的發(fā)展.

20世紀(jì)以后，人們通過認(rèn)識(shí)微觀世界的規(guī)律，更有力地推動(dòng)了技術(shù)進(jìn)步，反過來也進(jìn)一步推進(jìn)了理論和實(shí)驗(yàn)的發(fā)展.對原子分子物理學(xué)和光學(xué)現(xiàn)象的應(yīng)用，引發(fā)了原子鐘、激光和光纖通信等技術(shù)的發(fā)明.光纖網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的物理載體，更進(jìn)一步互聯(lián)世界，促進(jìn)了理論的交流.對固體中電子運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象的研究與應(yīng)用，引發(fā)了半導(dǎo)體工業(yè)的誕生、計(jì)算機(jī)的發(fā)明.計(jì)算機(jī)的發(fā)明進(jìn)一步為理論計(jì)算提供了有效手段.對微觀粒子的實(shí)驗(yàn)，使人們更進(jìn)一步認(rèn)識(shí)微觀粒子的現(xiàn)象和規(guī)律，進(jìn)行應(yīng)用后制造出了更加高能的粒子對撞機(jī)，為更深入的微觀粒子現(xiàn)象的探索提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ).

筆者對物理學(xué)史進(jìn)行提煉總結(jié)，提出如圖1所示的T型思維.

圖1 T型思維導(dǎo)圖

其強(qiáng)調(diào)科學(xué)的目標(biāo)是對自然界人類未知的探索，而非“終極理論”.更準(zhǔn)確的理論計(jì)算所進(jìn)行的預(yù)言對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的指導(dǎo)，從而更精確的實(shí)驗(yàn)測量導(dǎo)致對未知實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，在發(fā)現(xiàn)新的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象后進(jìn)行應(yīng)用而產(chǎn)生發(fā)明，最終推動(dòng)人類生活的改善和人類文明的進(jìn)步.相對體育的口號(hào)以“更高、更快、更強(qiáng)”來表現(xiàn)體育精神，筆者提出以“實(shí)驗(yàn)測量更精確、理論計(jì)算更準(zhǔn)確、應(yīng)用范圍更廣泛”來表現(xiàn)科學(xué)的思想方法.

2 T型教學(xué)法的具體內(nèi)容

T型教學(xué)法的具體內(nèi)容是以T型思維為核心，將其融入具體的教學(xué)工作.

首先在初中與高中階段第一課(前言課)，將如圖1所示的T型思維圖介紹給學(xué)生，使學(xué)生對科學(xué)技術(shù)有正確的思想觀念，人類生活的改善來源于發(fā)現(xiàn)了新的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象從而對新發(fā)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行應(yīng)用產(chǎn)生的發(fā)明.并明確告知學(xué)生，中學(xué)和本科階段學(xué)習(xí)人類已知的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，研究生階段需要自己運(yùn)用科學(xué)的思想方法探索發(fā)現(xiàn)和發(fā)明創(chuàng)造.

而在后序的具體教學(xué)過程中，時(shí)刻告知學(xué)生自己正在進(jìn)行的是T型思維的哪一個(gè)箭頭，如圖2所示.需向?qū)W生明確實(shí)驗(yàn)告訴我們自然界是怎樣的，是探索未知.實(shí)驗(yàn)結(jié)論分為定性實(shí)驗(yàn)結(jié)論、半定量實(shí)驗(yàn)結(jié)論和定量實(shí)驗(yàn)結(jié)論.

圖2 T型教學(xué)法的4個(gè)箭頭

學(xué)生自己嘗試回答為什么有這些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，努力理解這些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，而產(chǎn)生理論.

在獲得實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是怎樣的、理解為什么有這樣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象之后，自己嘗試聯(lián)系生活尋找生活已有的應(yīng)用，或自己努力嘗試應(yīng)用實(shí)踐.

若教科書中并沒有展現(xiàn)其中某個(gè)箭頭，擁有T型思維的學(xué)生會(huì)自己思考補(bǔ)全，進(jìn)行主動(dòng)創(chuàng)造.即使教科書T型思維的4個(gè)箭頭都給予充分討論，學(xué)生也可努力思考更精確的測量方法、更準(zhǔn)確的理論計(jì)算，更廣泛的應(yīng)用嘗試，進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)和科技創(chuàng)新.

3 T型教學(xué)法在中學(xué)物理教學(xué)中的實(shí)踐

下面以人教版八年級(jí)上“凸透鏡成像的規(guī)律”一課為例具體實(shí)踐T型教學(xué)法.

3.1 實(shí)驗(yàn)

首先通過教材中如圖3所示的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn).學(xué)生自己獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).

圖3 探究凸透鏡成像規(guī)律的實(shí)驗(yàn)裝置

學(xué)生自己去分析數(shù)據(jù)，嘗試自己去獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)論.

在學(xué)生自己分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，注意引導(dǎo)學(xué)生對定性實(shí)驗(yàn)結(jié)論、半定量實(shí)驗(yàn)結(jié)論、定量實(shí)驗(yàn)結(jié)論進(jìn)行區(qū)分.

定性實(shí)驗(yàn)結(jié)論是所成清晰像的像距v和物距u有關(guān).

半定量實(shí)驗(yàn)結(jié)論是(以下用f表示焦距)

(1) 在u2f時(shí)，成倒立縮小的實(shí)像.u越小，v越大，放大率越大；

(2) 在2fuf時(shí)，成倒立放大的實(shí)像.u越大，v越小，放大率越大；

(3) 在u

在分別獲得定性實(shí)驗(yàn)結(jié)論、半定量實(shí)驗(yàn)結(jié)論、定量實(shí)驗(yàn)結(jié)論之后，需進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)3個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)論的關(guān)系.可引導(dǎo)學(xué)生自行進(jìn)行推導(dǎo)，是否定量實(shí)驗(yàn)結(jié)論完全覆蓋了半定量實(shí)驗(yàn)結(jié)論(半定量實(shí)驗(yàn)結(jié)論是否可由定量實(shí)驗(yàn)結(jié)論導(dǎo)出).

3.2 理論

學(xué)生在做完實(shí)驗(yàn)后肯定會(huì)感到困惑，為什么會(huì)有這些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.

可在此時(shí)傳遞科學(xué)的思想方法，實(shí)驗(yàn)就是一種獲得我們未知自然現(xiàn)象的過程.而這些自然現(xiàn)象有時(shí)候并不被人類徹底理解，從何而來.

對于學(xué)有余力的學(xué)生，可以進(jìn)一步指導(dǎo)其閱讀相關(guān)文獻(xiàn)資料[1].或教師基于凸透鏡的3條典型光線的幾何，數(shù)學(xué)上導(dǎo)出凸透鏡成像規(guī)律的定量實(shí)驗(yàn)結(jié)論.但需注意向?qū)W生明確這樣的導(dǎo)出運(yùn)用了哪些理論假設(shè)和近似.

3.3 應(yīng)用

引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)想生活中是否已有這些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的應(yīng)用(照相機(jī)、投影儀、放大鏡)，提升學(xué)生的發(fā)散性思維.

是否可以把這些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象主動(dòng)運(yùn)用到生活中，提升學(xué)生的創(chuàng)造性思維.

4 總結(jié)

T型教學(xué)法可以讓學(xué)生很快地去掌握科學(xué)本質(zhì)，理解科學(xué)技術(shù)前進(jìn)的方向.

在教學(xué)中深度融合T型教學(xué)法，可以促進(jìn)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的養(yǎng)成.有了科學(xué)的T型思維，可以在教科書的基礎(chǔ)上，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)的自我生成，能使教學(xué)工作不完全拘泥于教科書，更能促進(jìn)學(xué)生的創(chuàng)造性，帶給學(xué)生更大的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動(dòng)力.

致謝：感謝中國科技大學(xué)張永德教授和曹利明教授對筆者在物理理論上以及趙政國教授和鄢文標(biāo)副教授在物理實(shí)驗(yàn)上的指導(dǎo).