基于學(xué)科核心素養(yǎng)的物理規(guī)律探究

張如作 葛娟

摘 要：物理學(xué)科核心素養(yǎng)是指學(xué)生通過物理學(xué)習(xí)而逐步形成的正確價(jià)值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力.本文以初中物理人教版教材“光的折射”教學(xué)實(shí)踐為例，通過引發(fā)認(rèn)知沖突構(gòu)建物理觀念、類比分析發(fā)展學(xué)生思維、對話討論組織科學(xué)探究、應(yīng)用物理知識走向生活四個(gè)方面引導(dǎo)學(xué)生對物理規(guī)律的探究與應(yīng)用，從而促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng).

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);物理規(guī)律;認(rèn)知沖突

中圖分類號：G633.7???? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B???? 文章編號：1008-4134（2021）24-0047-03

作者簡介：張如作（1984-），男，荊州人，本科，中學(xué)一級教師，研究方向：中學(xué)物理教學(xué);

葛娟（1985-），女，通海人，本科，中學(xué)一級教師，研究方向：教育教學(xué).

學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)科育人價(jià)值的集中體現(xiàn)，是學(xué)生通過學(xué)科學(xué)習(xí)而逐步形成的正確價(jià)值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力.物理核心素養(yǎng)主要包括物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四個(gè)方面.《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》中明確指出，此階段物理教學(xué)提倡方式多樣化，不僅應(yīng)注重科學(xué)知識的傳授和技能的訓(xùn)練，而且應(yīng)注重對學(xué)生興趣、探究能力和創(chuàng)新意識以及科學(xué)態(tài)度、科學(xué)精神的培養(yǎng)，同時(shí)應(yīng)注重與生產(chǎn)、生活實(shí)際及時(shí)代發(fā)展的聯(lián)系.而物理規(guī)律是物理知識教學(xué)的核心內(nèi)容，同時(shí)也是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的重要載體，下面筆者以初中物理人教版教材第四章第4節(jié)“光的折射”教學(xué)實(shí)踐為例，在物理規(guī)律探究中貫徹落實(shí)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo).

1 引發(fā)認(rèn)知沖突，構(gòu)建物理觀念

在教學(xué)中，當(dāng)學(xué)生學(xué)習(xí)的新知識與前概念不一致時(shí)，教師通過引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，能夠收獲更好的學(xué)習(xí)效果.

1.1 游戲活動激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

課前，教師讓每兩位學(xué)生一起合作玩一個(gè)游戲，首先在一個(gè)不透明的塑料碗里放一枚硬幣，一位同學(xué)坐著能看見碗中硬幣，然后將視線慢慢遠(yuǎn)離碗內(nèi)硬幣，直到恰好看不到硬幣為止，并保持原有姿勢不動，另一位同學(xué)用漏斗在硬幣正上方緩慢地向碗中注水，觀察硬幣再次出現(xiàn)的過程，然后兩位同學(xué)交換位置重復(fù)實(shí)驗(yàn).

為什么能再次看到硬幣？學(xué)生學(xué)習(xí)光的直線傳播，知道看不見硬幣是因?yàn)橥氡趽踝」獾膫鞑ヂ窂?，?dāng)注水后觀察到硬幣再次出現(xiàn)，是因?yàn)樗木壒?，具體是怎么發(fā)生的，學(xué)生暫不清楚.通過觀察奇妙的現(xiàn)象激發(fā)學(xué)生求知欲望，為后面的探究奠定基礎(chǔ).

1.2 實(shí)驗(yàn)展示，建立認(rèn)知平衡

實(shí)驗(yàn)：讓一束光斜射向帶刻度盤的容器內(nèi)，然后逐漸加入水，讓學(xué)生觀察光束傳播路徑的變化.

通過圖1、圖2的實(shí)驗(yàn)演示，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)，當(dāng)

光從空氣斜射入水或玻璃時(shí)，光不再沿直線傳播，而是會發(fā)生偏折，教師進(jìn)一步引出光的折射定義：光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時(shí)，傳播方向發(fā)生偏折.適時(shí)指出光沿直線傳播是在同一種均勻介質(zhì)中傳播，而光的折射現(xiàn)象是由于介質(zhì)不均勻或光在不同種介質(zhì)間傳播形成的.

2 類比分析，發(fā)展思維

在圖2所示的實(shí)驗(yàn)中，有三條光線的呈現(xiàn)，教師引導(dǎo)學(xué)生，在兩種透明介質(zhì)界面上有入射光線、反射光線，還有一條是折射光線，那它們之間的位置有什么特點(diǎn)？學(xué)生根據(jù)前面所學(xué)知識，能很快回顧起反射定律，明白入射光線與反射光線之間的關(guān)系，教師可以進(jìn)一步提出問題：在光的反射現(xiàn)象中，三線兩角遵循一定規(guī)律，在折射現(xiàn)象中是否也存在類似規(guī)律？在表1中對比呈現(xiàn)出兩種現(xiàn)象的關(guān)系特點(diǎn)，讓學(xué)生大膽進(jìn)行猜想.

3 對話討論，科學(xué)探究

3.1 初步探知

在學(xué)生猜想的基礎(chǔ)上，通過以上器材組織學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，教師一邊演示一邊引導(dǎo)學(xué)生觀察思考.

師：當(dāng)折射光線所在的刻度板向后折時(shí)，不能看見折射光線，說明什么？

生：說明折射光線、入射光線與法線在同一平面內(nèi).

師：入射光線、折射光線與法線有什么位置關(guān)系？

生：折射光線、入射光線分居在法線兩側(cè).

教師在實(shí)驗(yàn)中不斷改變?nèi)肷浣堑拇笮?，然后將入射角與折射角的數(shù)據(jù)記錄在表2中.

師：通過對以上數(shù)據(jù)的定量分析，入射角與折射角有什么關(guān)系？

生：兩角大小不相等.

生：兩角大小不相等且折射角小于入射角.

生：折射角會隨著入射角的增大而增大.

學(xué)生很容易理解折射現(xiàn)象中的三線共面和兩線分居，也能發(fā)現(xiàn)兩角不等，折射角小于入射角并且會隨著入射角的增大而增大.但如果實(shí)驗(yàn)僅僅停留在這里，會無形中強(qiáng)化學(xué)生的錯(cuò)誤認(rèn)知：折射角都小于入射角，而沒有注意到前提條件——光從空氣斜射入水中或其他介質(zhì)中.

3.2 進(jìn)階思考

師：在折射現(xiàn)象中，有沒有可能出現(xiàn)折射角大于或等于入射角的情況？

學(xué)生們在小組內(nèi)討論后呈現(xiàn)出不同的答案，為解決大家的疑惑，教師讓這束光以相同角度的入射角從水中斜射入空氣中，記錄數(shù)據(jù)見表3.

再次通過觀察和分析，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)，此時(shí)折射角大于入射角，與他們已有的認(rèn)知發(fā)生沖突，迫使他們思考并找到原因——實(shí)驗(yàn)條件，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因在于，前面一組實(shí)驗(yàn)是光從空氣斜射入水中，后面一組實(shí)驗(yàn)是光從水中斜射入空氣中.在學(xué)生發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，教師進(jìn)一步提出疑問：在折射現(xiàn)象中，兩角不等，入射角有時(shí)大有時(shí)小，有沒有一個(gè)普遍規(guī)律？此時(shí)，再引導(dǎo)學(xué)生分析表2和表3，進(jìn)一步歸納總結(jié)出，光在空氣和另一種透明介質(zhì)中傳播時(shí)，在空氣中的那個(gè)角較大，不論它是入射角還是折射角，并完善兩種光現(xiàn)象特點(diǎn)的對比見表4.

教師在課堂上通過設(shè)置循序漸進(jìn)的問題引導(dǎo)學(xué)生思考，教學(xué)過程既有深度，又符合初中學(xué)生的思維水平，也能為學(xué)生高中學(xué)習(xí)折射定律做好鋪墊.

4 應(yīng)用知識，走向生活

在課前的游戲中，向碗內(nèi)注水后為什么能再次看見硬幣？是由于光從水中斜射入空氣中時(shí)，在水和空氣的界面上發(fā)生偏折，而人眼始終認(rèn)為光沿直線傳播，所以在折射光線的反向延長線的交點(diǎn)上，看到硬幣的虛像，比實(shí)際物體位置偏高，才會感覺硬幣變淺.同時(shí)也對蜃景、水中筷子發(fā)生“折斷”及初升的太陽等現(xiàn)象進(jìn)行分析和解釋，進(jìn)一步鞏固學(xué)生對折射規(guī)律的認(rèn)識.

5 啟示與反思

5.1 利用前概念構(gòu)建新知識

新知識的建構(gòu)必須來源于已有知識，教師需要關(guān)注學(xué)生在學(xué)習(xí)給定主題時(shí)隨之帶來的不完整理解、錯(cuò)誤觀念和對概念的天真解釋，并依據(jù)這些已有概念幫助每個(gè)學(xué)生達(dá)到更成熟的理解.如果忽視學(xué)生的前概念，他們獲得的理解可能一直處于低階思維層級，或與教師預(yù)期的想法大相徑庭.學(xué)生在學(xué)習(xí)光的折射前，因?qū)庋刂本€傳播的片面認(rèn)識和眼睛習(xí)慣沿直線看物體等原因，不容易理解折射現(xiàn)象中入射角與折射角的大小關(guān)系.如果教師忽視學(xué)生認(rèn)知這一現(xiàn)象的過程，勢必只會讓他們停留在機(jī)械記憶的水平上，達(dá)不到深度學(xué)習(xí)的效果.

5.2 認(rèn)知沖突激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

學(xué)生的學(xué)習(xí)動機(jī)最初產(chǎn)生于“學(xué)習(xí)困境”，在不同的學(xué)科情境下可能為“迷思概念”“戲劇沖突”或“兩難困境”，這種不能解決、不能突破、不能澄清的狀態(tài)就是所謂的“認(rèn)知沖突”，它是一種強(qiáng)烈的心理矛盾狀態(tài)，并引發(fā)探究沖動，不斷尋求解決方案.認(rèn)知沖突是物理前概念轉(zhuǎn)變的基礎(chǔ)，也是新概念教學(xué)的起點(diǎn)，教師在物理教學(xué)中可以設(shè)置問題情境，引發(fā)認(rèn)知沖突，讓學(xué)生不斷發(fā)現(xiàn)并解決問題，在學(xué)生自我知識的構(gòu)建中激發(fā)學(xué)習(xí)欲望.

5.3 重視科學(xué)探究的過程

物理等科學(xué)的學(xué)習(xí)要以促進(jìn)學(xué)生對未知的探究為出發(fā)點(diǎn)，根據(jù)確定的主題，設(shè)計(jì)具體問題，在教師的引導(dǎo)下，通過學(xué)生的觀察、動手操作、師生間的對話等方式重現(xiàn)知識發(fā)現(xiàn)的過程.在本文的學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)中通過讓學(xué)生經(jīng)歷感知、類比猜想、對比分析、實(shí)驗(yàn)探究等一系列的過程真正體會到知識的偉大魅力.

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（收稿日期：2021-07-14）