開發(fā)課程資源 培養(yǎng)核心素養(yǎng)

張峰

【摘 要】本文以《伽利略對自由落體運(yùn)動的研究》一課為例，探討從多角度開發(fā)文字、數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)、信息技術(shù)等多種課程資源，培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科素養(yǎng)，落實(shí)物理課程立德樹人教學(xué)目標(biāo)的具體措施。

【關(guān)鍵詞】課程資源 核心素養(yǎng) 育人功能

【中圖分類號】G? 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【文章編號】0450-9889（2020）26-0083-03

教材是實(shí)施新課程的直接課程資源，但單一的課程資源難以承擔(dān)全面落實(shí)培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng)的重任，需要教師在教學(xué)中開發(fā)多種課程資源。人教版教材《物理》（必修1）的《伽利略對自由落體運(yùn)動的研究》是依據(jù)科學(xué)家研究落體運(yùn)動的物理史實(shí)編寫的，教材利用文字和圖片資源介紹伽利略對自由落體運(yùn)動的研究過程，讓學(xué)生領(lǐng)略伽利略所創(chuàng)造的科學(xué)研究方法—— 實(shí)驗(yàn)和邏輯推理（包括數(shù)學(xué)演算）相結(jié)合的方法。教師依據(jù)教材這一課程資源，通常采用講授或?qū)W生閱讀教材后討論交流等方式進(jìn)行教學(xué)。這樣的教學(xué)過程對物理觀念（運(yùn)動觀念）等核心素養(yǎng)的培養(yǎng)有效果，但在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維（質(zhì)疑創(chuàng)新）、科學(xué)探究（證據(jù)、解釋）、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等物理素養(yǎng)上較難取得好效果。

下面以《伽利略對自由落體運(yùn)動的研究》教學(xué)為例，探討如何從開發(fā)文字、數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)、信息技術(shù)等多種課程資源入手，創(chuàng)造性開展教學(xué)工作，全面培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)，落實(shí)物理課程的育人功能。

一、文字課程資源的開發(fā)與應(yīng)用

教材是重要的文字課程資源，但教材通常受篇幅限制，在介紹科學(xué)家做科學(xué)研究的史實(shí)時對研究的過程做一些刪減，會造成研究問題的思路在前后邏輯上不清晰。教師在這些地方增加必要的文字資源，可以幫助學(xué)生了解科學(xué)家思考問題時的前因后果。如在教材的“邏輯的力量”這個內(nèi)容的后面增加下面的文字資源：

伽利略注意到在實(shí)際的下落實(shí)驗(yàn)中，輕物體確實(shí)落后于重物體，但這是由于空氣的阻力造成的。他是怎樣確信在真空里所有物體都下落同樣快呢？他設(shè)想了一個實(shí)驗(yàn)，用鉛、金和木做三個球。他在思想中讓這三個球在水銀、水里和空氣里下落。在水銀里，只有金球往下落。在水里金球和鉛球往下落，而金球下落的比鉛球更快。在空氣里三個球都下落。這時金球與鉛球下落速度沒有差別，只有木球下落得稍慢一些。

接著，他做了如下巧妙的論證：如果我們事實(shí)上發(fā)現(xiàn)重量不同的物體在媒質(zhì)中下落時，它們的速度的差別隨媒質(zhì)的密度減小而減小，那么媒質(zhì)非常稀薄時這一差別會非常小而不能被覺察，于是就得出了物體在真空里下落情況的重要結(jié)論。他在《兩門新科學(xué)》中寫道：“鑒于這點(diǎn)，我認(rèn)為如果人們完全排除空氣的阻力，那么，所有物體將下落得同樣快?！?/p>

【學(xué)習(xí)活動設(shè)計(jì)】學(xué)生在閱讀完這些文字材料后，討論、交流下面的問題：

1.上面補(bǔ)充的這部分內(nèi)容跟教材中“邏輯的力量”中的邏輯推理有什么關(guān)聯(lián)？

2.通過對補(bǔ)充的內(nèi)容和教材中“邏輯的力量”這兩部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)，總結(jié)伽利略的研究方法。

3.如果你想讓權(quán)威接受你的觀點(diǎn)或者你想反駁權(quán)威的觀點(diǎn)，那么需要怎樣做才能更有說服力？

結(jié)合以上問題的討論，談?wù)勀愕目捶ā?/p>

【設(shè)計(jì)意圖】教材在“邏輯的力量”中介紹了伽利略用歸謬法駁斥亞里士多德的錯誤觀點(diǎn)這一邏輯推理過程，學(xué)生體會到論證過程的嚴(yán)謹(jǐn)、巧妙，但如果僅僅據(jù)此推出“重物與輕物應(yīng)該下落得同樣快”的結(jié)論，那么總感到論據(jù)不是那么充分可信。補(bǔ)充了上面的文字資源后，學(xué)生能領(lǐng)略到伽利略的推理過程邏輯嚴(yán)密，證據(jù)充分可信。學(xué)生經(jīng)歷這樣的學(xué)習(xí)過程后，能充分領(lǐng)略伽利略“運(yùn)用邏輯得出推論→通過理想實(shí)驗(yàn)對推論進(jìn)行檢驗(yàn)”的科學(xué)研究方法;領(lǐng)悟“基于證據(jù)和邏輯發(fā)表自己的見解，不迷信權(quán)威”是產(chǎn)生創(chuàng)新思維的先決條件，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等素養(yǎng)。

二、數(shù)據(jù)課程資源的開發(fā)與應(yīng)用

科學(xué)探究需要基于證據(jù)得出結(jié)論并作出解釋，如果在介紹科學(xué)家做科學(xué)探究的實(shí)驗(yàn)史實(shí)時，能夠再現(xiàn)科學(xué)家研究的真實(shí)手稿和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，那么科學(xué)家的這種精神會起到潛移默化的作用，幫助學(xué)生形成嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。如在教材“實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證”這一內(nèi)容中介紹伽利略做斜面實(shí)驗(yàn)時，向?qū)W生展示伽利略的數(shù)據(jù)手稿。

【學(xué)習(xí)活動設(shè)計(jì)】向?qū)W生展示伽利略的數(shù)據(jù)手稿后，讓學(xué)生認(rèn)真觀察手稿和數(shù)據(jù)，討論、交流下面的問題：

1.你能從手稿中的數(shù)據(jù)上發(fā)現(xiàn)什么規(guī)律嗎？除了數(shù)字和規(guī)律外，手稿上還能有其他的發(fā)現(xiàn)嗎？

2.從伽利略手稿的字跡情況我們可以推測：第一列的數(shù)據(jù)“1，4，9，16，…，64”是后來加上去的，第三列數(shù)據(jù)是伽利略根據(jù)測量數(shù)據(jù)計(jì)算所得，有幾個地方涂改，似乎是伽利略在實(shí)驗(yàn)后對數(shù)據(jù)作了修正。假設(shè)以上推測正確，那么請猜想，伽利略在研究過程中做過哪些思考？（說明：由于數(shù)據(jù)手稿年代太久，拍出的照片印刷后看不清楚，故未在此處印刷出來。但在課堂上可以借助多媒體設(shè)備將數(shù)據(jù)手稿圖片展示給學(xué)生觀察，學(xué)生可以發(fā)現(xiàn)手稿上數(shù)據(jù)有涂改的痕跡）

3.結(jié)合以上的討論，對通過分析證據(jù)的疏漏來反駁他人的觀點(diǎn)的做法談?wù)勀愕目捶ā?/p>

【設(shè)計(jì)意圖】引導(dǎo)學(xué)生分析伽利略的數(shù)據(jù)手稿中透露出的信息，判斷伽利略猜想的位移與平方關(guān)系并不是從實(shí)驗(yàn)得到，而是先有了猜想，再用實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證而得到的，使學(xué)生領(lǐng)悟“實(shí)驗(yàn)和邏輯推理（包括數(shù)學(xué)演算）和諧地結(jié)合起來”的科學(xué)研究方法，培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維意識、能基于證據(jù)大膽質(zhì)疑等素養(yǎng)。

三、實(shí)驗(yàn)課程資源的開發(fā)與應(yīng)用

物理學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，學(xué)生在學(xué)習(xí)物理學(xué)史上的重要實(shí)驗(yàn)時，教師如果能夠開發(fā)出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課程資源，讓學(xué)生親自動手實(shí)驗(yàn)或者觀看演示實(shí)驗(yàn)，那么對提升學(xué)生的物理核心素養(yǎng)是大有幫助的。如在教材《實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證》中，利用文字和圖片資源介紹了伽利略做銅球沿斜面運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)過程，學(xué)生沒有動手實(shí)驗(yàn)的經(jīng)歷和體驗(yàn)，很難體會伽利略當(dāng)時實(shí)驗(yàn)的困難和采用的實(shí)驗(yàn)方案之巧妙。

【學(xué)習(xí)活動設(shè)計(jì)】教師可以買一段長約 3 米的鋁合金窗簾導(dǎo)軌作為斜面軌道，拿物理實(shí)驗(yàn)室的鋼球代替銅球，讓學(xué)生動手重現(xiàn)伽利略當(dāng)時的實(shí)驗(yàn)情景，如圖 1 所示。

1.把長約 3 米的鋁合金導(dǎo)軌放在水平桌面上，將一端墊高（斜面傾角在 5°左右），一個學(xué)生負(fù)責(zé)從軌道頂端靜止釋放鋼球，另外幾個學(xué)生分坐在軌道兩側(cè)，負(fù)責(zé)記錄鋼球滾下時的各個位置。

2.打開節(jié)拍器，剛好在某節(jié)拍時靜止釋放小球，軌道兩旁的學(xué)生負(fù)責(zé)在軌道上記錄小球在接下來的幾個節(jié)拍時到達(dá)的位置。

3.用米尺量出軌道頂端釋放點(diǎn)到各個記錄位置的距離 x，看看是否滿足 x∝t2 的關(guān)系。

4.改變軌道的傾角大?。ㄐ泵鎯A角在 5°左右），重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)步驟。

【設(shè)計(jì)意圖】讓學(xué)生在課堂上開展合作學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)，通過動手實(shí)驗(yàn)體會伽利略當(dāng)年想精確做好斜面實(shí)驗(yàn)的困難，認(rèn)識到在當(dāng)時的條件下僅僅依靠實(shí)驗(yàn)或僅僅依靠推理都是不能得出落體運(yùn)動規(guī)律的，從而深刻領(lǐng)悟“必須把實(shí)驗(yàn)和邏輯推理（包括數(shù)學(xué)演算）和諧結(jié)合起來”才能得出落體運(yùn)動規(guī)律的研究方法。培養(yǎng)學(xué)生的合作意識、團(tuán)隊(duì)精神及科學(xué)探究等素養(yǎng)。

四、信息技術(shù)課程資源的開發(fā)與應(yīng)用

物理學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，但有些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象在常規(guī)條件下難以觀察清楚，隨著信息技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，可以借助信息技術(shù)來突破這一難題，觀察到以往看不到的現(xiàn)象。

【學(xué)習(xí)活動設(shè)計(jì)】學(xué)生在學(xué)習(xí)完本節(jié)的內(nèi)容后，討論交流下列問題。

1.在學(xué)習(xí)本節(jié)課之前，你對“一個物體下落的快慢跟什么因素有關(guān)”是怎樣認(rèn)識的？

2.在學(xué)習(xí)完本節(jié)課之后，你對“一個物體下落的快慢跟什么因素有關(guān)”是怎樣認(rèn)識的？

3.設(shè)想你現(xiàn)在教學(xué)樓二樓，兩手在同一高度上分別握住一輕一重兩個鐵球，當(dāng)你同時由靜止釋放這兩個鐵球時，預(yù)測兩球在空中下落的快慢情況是什么樣的？

4.播放教師在教學(xué)樓二樓同時釋放一輕一重兩個鐵球下落的視頻（也可以帶領(lǐng)學(xué)生現(xiàn)場做，考慮到安全問題，建議教師提前錄好視頻），讓學(xué)生觀察兩個鐵球的下落快慢情況。教師再利用軟件來慢放視頻，讓學(xué)生再次觀察兩個鐵球下落的快慢情況。

5.觀察結(jié)果。在開始階段是輕的鐵球走在重的鐵球的前面。介紹伽利略的記錄：“如果從塔上落下兩個同體積的球，其中一個比另一個重一倍，我們會發(fā)現(xiàn)重的到達(dá)地面并不比輕的快一倍。其實(shí)，在運(yùn)動開始時，輕物會走在重物的前面，在一段距離內(nèi)要比重物快?！保ń忉屧颍河捎谌嗽谖兆≈氐蔫F球時手會握得更緊，釋放的時候會略為延緩，導(dǎo)致輕球走在重球前面的情況）

【設(shè)計(jì)意圖】此實(shí)驗(yàn)說明伽利略確實(shí)是做過兩個鐵球同時下落的實(shí)驗(yàn)，并且實(shí)事求是地記錄了實(shí)驗(yàn)結(jié)果，讓學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)家實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。伽利略在研究落體運(yùn)動的過程不是一帆風(fēng)順的，經(jīng)歷了曲折的摸索過程，從開始是亞里士多德的維護(hù)者逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榉磳φ摺W(xué)生從這些物理史實(shí)中體會科學(xué)知識的本質(zhì)—— 科學(xué)知識是長期積累的結(jié)果，做科學(xué)研究需要有持之以恒的毅力。學(xué)習(xí)和領(lǐng)悟“基于證據(jù)和邏輯發(fā)表自己的見解，不迷信權(quán)威”是產(chǎn)生創(chuàng)新思維的先決條件。培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等素養(yǎng)。

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版）》在實(shí)施建議中指出：“物理教師應(yīng)根據(jù)普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)的基本理念、課程目標(biāo)和物理學(xué)科核心素養(yǎng)的要求，結(jié)合教學(xué)的實(shí)際情況，創(chuàng)造性地開展教學(xué)工作，將物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)貫穿于物理教學(xué)活動的全過程?！北竟?jié)課通過開發(fā)多種教學(xué)資源來創(chuàng)造性地開展教學(xué)工作，讓學(xué)生在一系列的學(xué)習(xí)活動中體驗(yàn)和感悟科學(xué)方法及其本質(zhì)，發(fā)展學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)物理課程的育人功能和立德樹人的根本任務(wù)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]向義和.大學(xué)物理導(dǎo)論：物理學(xué)的理論與方法、歷史與前沿（上冊）[M].北京：清華大學(xué)出版社，1999.

[2]郭奕玲，沈慧君.物理學(xué)史（第2版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.

【基金項(xiàng)目】本文系東莞市名師工作室專項(xiàng)課題“基于學(xué)科素養(yǎng)培養(yǎng)的高中物理課堂教學(xué)研究”（課題編號：mskt2019073）階段性研究成果之一。

【作者簡介】張 峰（1972— ），男，湖北省丹江口市人，教育碩士，中學(xué)高級教師，廣東省東莞市第一中學(xué)物理教師，廣東教育學(xué)會物理教學(xué)專業(yè)委員會理事，東莞市名師工作室主持人。

（責(zé)編 盧建龍）