基于核心素養(yǎng)的物理概念教學(xué)策略

摘 要：掌握概念要經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究、科學(xué)思維加工、實(shí)際應(yīng)用解決問題等.每個(gè)環(huán)節(jié)都關(guān)乎核心素養(yǎng)的內(nèi)涵.核心素養(yǎng)下的概念教學(xué)，要求遵循概念的認(rèn)知規(guī)律，凸顯建構(gòu)過程，建立理論與實(shí)踐的聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力，提高學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng).

關(guān)鍵詞：物理概念建構(gòu);物理概念應(yīng)用;核心素養(yǎng)

文章編號(hào)：1008-4134（2020）12-0035中圖分類號(hào)：G633.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1 “物理概念”概念界定

物理概念是物理現(xiàn)象及過程本質(zhì)屬性的反映，是物理事實(shí)本質(zhì)在人腦中的反映.初中物理概念大體上可以分為三類：（1）關(guān)于物質(zhì)基本屬性的概念.如質(zhì)量、密度、電阻等;（2）關(guān)于物體間相互作用及變化規(guī)律的概念.如速度、電壓、功率等;（3）概念的名稱本身就是對(duì)物理現(xiàn)象的描述.如勻速直線運(yùn)動(dòng)、熔化、電磁感應(yīng)等[1].

2 物理概念教學(xué)的邏輯框架

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)》（2011年版）指出：“中學(xué)物理學(xué)科內(nèi)容主要是指物理概念和物理規(guī)律.”而物理規(guī)律表現(xiàn)為物理概念之間的聯(lián)系，規(guī)律的建立依賴于相關(guān)物理概念.因此，概念教學(xué)顯得尤為重要.物理概念既是物理知識(shí)框架的基礎(chǔ)，也是物理學(xué)習(xí)的基礎(chǔ).學(xué)習(xí)概念，要遵循其產(chǎn)生、表述、理解以及應(yīng)用的邏輯演繹過程，如圖1所示.教師要?jiǎng)?chuàng)設(shè)情境，采取多樣化教學(xué)方式，演繹概念的來龍去脈，使學(xué)生頭腦中形成清晰圖景，讓學(xué)生知其然，更知其所以然，掌握習(xí)得概念的方法.

形成概念后，首先要適時(shí)把概念納入已有體系，與其它概念建立聯(lián)系，擴(kuò)展知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，使學(xué)生的認(rèn)知領(lǐng)域得到進(jìn)一步拓展.如圖2所示虛線框內(nèi)容是學(xué)習(xí)“怎樣描述力”后新加入原有知識(shí)體系的.其次要將新概念與已有概念從不同角度進(jìn)行橫向、縱向比較而加深理解.然后要明確概念的適用條件、內(nèi)涵及外延.最后通過一定量訓(xùn)練達(dá)到熟練應(yīng)用的目的.當(dāng)然，概念教學(xué)不能追求一步到位，宜在不同階段循序深化其內(nèi)涵.例如“速度”，從定性到定量以及從標(biāo)量到矢量，從平均速度到瞬時(shí)速度，從定義式到?jīng)Q定式的理解，不是靠一節(jié)課就可以完成的.

3 物理概念教學(xué)的核心素養(yǎng)目標(biāo)

物理觀念、科學(xué)思維、實(shí)驗(yàn)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任構(gòu)成物理學(xué)科核心素養(yǎng)的四個(gè)要素.物理概念教學(xué)滲透著核心素養(yǎng)的各個(gè)要素.概念學(xué)習(xí)要經(jīng)歷從現(xiàn)象到本質(zhì)、從形象到抽象、從感性到理性、從定性到定量、從理論到實(shí)踐的認(rèn)知發(fā)展過程，才能完成對(duì)概念的提煉與升華，形成關(guān)于物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)與相互作用、能量等的基本認(rèn)識(shí)，即形成物理觀念.實(shí)現(xiàn)這些認(rèn)識(shí)的飛躍，要有批判的思維與實(shí)事求是的精神，需要觀察、實(shí)驗(yàn)、分析、歸納以及推理等科學(xué)手段與思維的共同參與.可見，要形成物理觀念，離不開核心素養(yǎng)其它三個(gè)要素的參與;而一旦形成物理觀念，將指引學(xué)生的思維意識(shí)，對(duì)物理學(xué)習(xí)具有引領(lǐng)作用.從這個(gè)意義來講，物理概念教學(xué)的最終目標(biāo)就是要促進(jìn)物理觀念的形成.學(xué)生具有物理觀念，意味著解決問題的技能熟練化、自動(dòng)化.當(dāng)遇到實(shí)際問題時(shí)，不是靠死記硬背公式去應(yīng)付，而是能夠自覺地提取相關(guān)概念與方法，自動(dòng)形成思路與解決問題的步驟.因此，具有物理觀念，可以從源頭上解決物理難學(xué)的問題，走出刷題無法提高成績的窘境.

4 基于核心素養(yǎng)的概念教學(xué)策略

4.1 凸顯概念建構(gòu)過程，培養(yǎng)核心素養(yǎng)

核心素養(yǎng)不是靠教師講授就能輕易獲得的.而是要把學(xué)生置于概念的建構(gòu)過程之中，學(xué)生親身體驗(yàn)、深度思考、解決矛盾沖突，能從物理學(xué)視角解釋概念的本質(zhì)，完成對(duì)概念的提煉與升華.建構(gòu)過程，包括概念形成過程及其在探究歷程中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的過程等.思維加工和實(shí)驗(yàn)探究是常見的概念建構(gòu)途徑.建構(gòu)概念要?jiǎng)?chuàng)設(shè)熟悉、有效、形象的情境，引導(dǎo)學(xué)生分析、推理，因勢利導(dǎo)，使概念的獲得水到渠成，不硬塞給學(xué)生.要運(yùn)用不同形式表征概念，從不同角度進(jìn)行分析，發(fā)散學(xué)生的思維，最終內(nèi)化對(duì)概念的理解，提高學(xué)生的核心素養(yǎng).建構(gòu)完成后，教師要顯化、總結(jié)概念建構(gòu)過程中運(yùn)用的科學(xué)手段和思維方法，培養(yǎng)學(xué)生有運(yùn)用科學(xué)方法學(xué)習(xí)的意識(shí).參與概念建構(gòu)，不僅可以讓學(xué)生真正學(xué)好概念，還會(huì)領(lǐng)略、感悟到科學(xué)探究的艱辛和曲折.初中物理概念的建構(gòu)包含核心素養(yǎng)各方面的要求.根據(jù)概念類型，教學(xué)中可以側(cè)重培養(yǎng)素養(yǎng)中的某一方面.

4.1.1思維加工建構(gòu)概念

初中生的認(rèn)知大多處于具體運(yùn)算階段.這決定了初中生學(xué)習(xí)概念要以感性材料為載體，經(jīng)過科學(xué)方法與思維的加工，才能實(shí)現(xiàn)感性認(rèn)識(shí)到理性認(rèn)識(shí)的飛躍.如圖3[2]為“速度”建構(gòu)過程：（1）百米賽跑，比較快慢——啟發(fā)思維;（2）時(shí)間與路程均不同，如何比較——思維沖突，開放思維;（3）定量比較兩種方法優(yōu)劣——思維加工;（4）形成定義，用公式及圖像等不同方式表征——觀念形成.建構(gòu)過程，教師通過設(shè)置熟悉的情境，提出越來越復(fù)雜的問題，引發(fā)學(xué)生越來越深入的思考，從而使學(xué)生思維越來越深刻，也越來越逼近概念的本質(zhì).此過程也遵循了由熟悉到陌生、由簡單到復(fù)雜、由淺入深、由具體到抽象、由特殊到一般、由基礎(chǔ)到高級(jí)的思維發(fā)展過程，凸顯學(xué)生認(rèn)知思維的過程，學(xué)生提高自己探究的能力，豐富自身的智慧，讓素養(yǎng)落地，讓能力升級(jí)[3].

4.1.2 實(shí)驗(yàn)探究建構(gòu)概念

初中物理概念有的比較抽象，甚至與學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)相“違背”，這在一定程度上造成學(xué)習(xí)的困難.而實(shí)驗(yàn)因?yàn)楝F(xiàn)象可視、條件可變等，易于化抽象為具體，易于理解與探究.又因?qū)嶒?yàn)有趣、可體驗(yàn)等容易激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)熱情，利于學(xué)生形成克服困難的動(dòng)力.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程要設(shè)置遞進(jìn)的問題鏈，借問題啟發(fā)思維，產(chǎn)生新的認(rèn)知沖突，引導(dǎo)學(xué)生不斷改進(jìn)方案，使方案更完善，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力.

比如，“相互作用力大小相等”沒有生活經(jīng)驗(yàn)的支持，比較抽象.學(xué)生認(rèn)為雞蛋碰石頭，這對(duì)相互作用力大小就不相等.對(duì)此，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，形象抽象的概念.設(shè)置問題鏈：（1）力有哪些作用效果？（2）根據(jù)什么現(xiàn)象可以比較力的大??？（3）要產(chǎn)生一對(duì)相互作用力，需要幾個(gè)物體？學(xué)生討論并進(jìn)行第一個(gè)實(shí)驗(yàn)，如圖4所示.實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，筆和手的形變并不相同，是不是相互作用力大小不相等？再設(shè)置問題鏈：（1）T如果相互作用力大小相等，要看到什么現(xiàn)象？（2）要使形變相同，對(duì)相互作用的兩個(gè)物體有什么要求？進(jìn)行如圖5的實(shí)驗(yàn).（3）完全相同的物體找不到，怎么證明這對(duì)力大小相等？有的同學(xué)模仿推導(dǎo)“真空不能傳聲”的方法進(jìn)行推論.最后借助傳感器，直觀顯示這對(duì)力大小相等（如圖6所示）.

當(dāng)然，實(shí)驗(yàn)前要明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)要交給學(xué)生，讓學(xué)生從正面、側(cè)面、反面全方位積極思維，展示風(fēng)格迥異的方案;實(shí)驗(yàn)過程要規(guī)范操作，指導(dǎo)觀察方法;實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象要清晰，可視度范圍要大;實(shí)驗(yàn)后要進(jìn)行橫向、縱向、正反比較，要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行誤差分析，能透過現(xiàn)象看到本質(zhì).整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程要求教育必須有實(shí)事求是的精神，同時(shí)也要培養(yǎng)學(xué)生的合作探究意識(shí).可見，用好實(shí)驗(yàn)，不僅使概念的形成順理成章，內(nèi)化對(duì)概念的理解，還可以有效提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、綜合分析能力.

4.2 應(yīng)用概念，提高解決問題能力

衡量學(xué)生的核心素養(yǎng)水平，就要看他解決問題的熟練程度.就好比司機(jī)如果能熟練且完美處理開車過程中遇到的各種突發(fā)狀況，就說明他具有過硬的綜合素質(zhì).應(yīng)對(duì)和解決現(xiàn)實(shí)生活中的各種挑戰(zhàn)性的復(fù)雜真實(shí)任務(wù)是促進(jìn)物理觀念內(nèi)化和升華的重要渠道.教學(xué)中，教師要有目的地布置不同類型的任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生合作探索、實(shí)踐體驗(yàn)、解決問題，實(shí)現(xiàn)從能力到人格的全面發(fā)展.

如圖7所示，承啟樓外墻的質(zhì)量大約多少？引導(dǎo)學(xué)生合作實(shí)踐：（1）把外墻的體積近似看成圖8實(shí)心部分體積;（2）實(shí)地測量內(nèi)外圓周長（或直徑等）及外墻高度，求出體積V;（3）取外墻一小撮土塊，在實(shí)驗(yàn)室測出土塊的密度ρ;（4）利用質(zhì)量公式求出外墻質(zhì)量m;（5）歸納運(yùn)用的科學(xué)方法、解決問題的思路、產(chǎn)生誤差的原因;（6）對(duì)測量結(jié)果進(jìn)行修正，得到結(jié)果.

此實(shí)際問題的背景是福建永定土樓.其風(fēng)格獨(dú)特、規(guī)模宏大、結(jié)實(shí)耐用、冬暖夏涼，讓學(xué)生感受到古代勞動(dòng)人民的勤勞與智慧.在解決問題過程中，測量了體積、密度、質(zhì)量等物理量;運(yùn)用了建模法、取樣法、實(shí)驗(yàn)法以及數(shù)學(xué)方法等;實(shí)驗(yàn)中，熟練使用了天平、量筒等測量工具，鞏固了測量密度的方法等;實(shí)踐測量時(shí)，體現(xiàn)相互合作與交流;評(píng)估結(jié)果時(shí)，要從各個(gè)環(huán)節(jié)去分析誤差產(chǎn)生原因及減小誤差方法.這樣的實(shí)踐活動(dòng)，體現(xiàn)了理論與實(shí)踐的聯(lián)系，綜合應(yīng)用了多個(gè)概念，鍛煉了動(dòng)手操作能力，培養(yǎng)了綜合實(shí)踐能力.

賈德的概括化理論認(rèn)為，概括是產(chǎn)生遷移的關(guān)鍵.而遷移是學(xué)習(xí)物理知識(shí)的重要方法，它能培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維，有助于物理認(rèn)知結(jié)構(gòu)的形成.針對(duì)性的遷移量越大，越有利于產(chǎn)生正遷移.因此，解決問題之后，還要概括解決的方法與思路，再布置新任務(wù).如上，驗(yàn)證相互作用力大小相等之后，概括：（1）根據(jù)“力可以使物體發(fā)生形變”，形變程度反映力的大小;（2）大小相等的力，作用在不同物體上，形變不相同;（3）大小相等的力，要作用在完全相同的物體上，形變才相同;（4）現(xiàn)實(shí)生活中“完全相同的物體”找不到，且形變是否相同不能根據(jù)肉眼判斷;（5）尋找定量研究，借助傳感器.然后提出新問題：依據(jù)“力可以改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)”，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證相互作用力大小相等.

為培養(yǎng)綜合分析能力，情境的選擇最好是結(jié)構(gòu)不良問題.結(jié)構(gòu)不良問題的核心要素包括：初始狀態(tài)、目標(biāo)狀態(tài)及算子.初始狀態(tài)是指所需解決問題的信息;目標(biāo)狀態(tài)是指問題所要得到的結(jié)論;算子是指問題解決中使用的方法和途徑.初始狀態(tài)、目標(biāo)狀態(tài)及算子至少其中之一不明確，即稱為結(jié)構(gòu)不良問題.

例如洗澡時(shí)，小華把浴霸的插頭插進(jìn)三孔插座，當(dāng)閉合浴霸的開關(guān)時(shí)，所有正在工作的用電器都突然停止工作.拔出浴霸的插頭，所有用電器依然不工作.請判斷電路的故障.解決此問題要綜合運(yùn)用短路、開路、家庭電路連接、測電筆使用等基本概念;且此問題的結(jié)論、解決的方法都不確定，發(fā)散了思維，更是增加了解決的難度.學(xué)生要在實(shí)踐中摸索，在摸索中思考，在思考中尋找問題解決方案，在解決問題過程中把握問題的本質(zhì)，形成綜合解決問題的關(guān)鍵能力.

4.3 改變認(rèn)知方式

落實(shí)核心素養(yǎng)最重要、最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)就是要轉(zhuǎn)變學(xué)生的認(rèn)知方式.認(rèn)知方式，是指學(xué)生對(duì)信息和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行組織加工時(shí)，即在感知、記憶和思維過程中采取的態(tài)度和風(fēng)格.核心素養(yǎng)理念下要求學(xué)生學(xué)會(huì)遷移運(yùn)用，能在新情境中解決實(shí)際問題.這就要求變接受學(xué)習(xí)為自主學(xué)習(xí).

自主學(xué)習(xí)是一種元認(rèn)知監(jiān)控學(xué)習(xí).元認(rèn)知監(jiān)控學(xué)習(xí)具有“我會(huì)學(xué)”的特征.學(xué)生知道為什么學(xué)、學(xué)什么、如何學(xué).學(xué)習(xí)活動(dòng)中，學(xué)生自主確定目標(biāo)、制訂計(jì)劃、設(shè)計(jì)方案、主動(dòng)探索以及自主評(píng)價(jià)等.這就要求教師課堂上要慢下來，留給學(xué)生足夠的空間與時(shí)間，讓學(xué)生充分展示、交流、思考、探究，保護(hù)和開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，真正落實(shí)提高學(xué)生核心素養(yǎng)教育.

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（收稿日期：2020-03-13）