初探如何培育具有高中物理核心素養(yǎng)的人

孔令月

【摘 要】愛(ài)因斯曾說(shuō)過(guò)，教育就是忘記了在學(xué)校所學(xué)的一切之后剩下的東西。物理教學(xué)希望給學(xué)生剩下的是什么？物理學(xué)研究的事實(shí)和結(jié)論可能被學(xué)生忘記，但物理學(xué)研究的思想方法、研究態(tài)度、研究能力一定能夠長(zhǎng)久地支持學(xué)生的學(xué)習(xí)、生活和工作，是不會(huì)“還給”物理教師的。這些被學(xué)生終身保持的，成為他們行為習(xí)慣的就是一個(gè)人的核心素養(yǎng)和品質(zhì)，培養(yǎng)具有高中物理學(xué)科核心素養(yǎng)的人才是高中物理教學(xué)的價(jià)值所在。

【關(guān)鍵詞】培育；高中物理；核心素養(yǎng)；人

一、高中物理核心素養(yǎng)

余文森教授認(rèn)為就一門(mén)學(xué)科而言，核心素養(yǎng)是核心知識(shí)、核心能力、核心品格的綜合體現(xiàn)，它是對(duì)三維目標(biāo)的整合、提煉與升華。學(xué)科核心素養(yǎng)倡導(dǎo)下的教學(xué)要求通過(guò)過(guò)程與方法獲取學(xué)科知識(shí)的同時(shí)，形成學(xué)科能力，塑造學(xué)科品格，這些才是對(duì)人的發(fā)展終生受用的素養(yǎng)。教育部下發(fā)了《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)修訂稿》內(nèi)部征求意見(jiàn)稿，明確提出了高中物理核心素養(yǎng)及相關(guān)要求，它主要由“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”等四個(gè)方面的要素構(gòu)成。在新的國(guó)際形勢(shì)下，核心素養(yǎng)是素質(zhì)教育、三維目標(biāo)、全面發(fā)展、綜合素質(zhì)的強(qiáng)化版、升級(jí)版、轉(zhuǎn)型版，更是其“聚焦版”。促使提升和培養(yǎng)適應(yīng)學(xué)科學(xué)習(xí)、終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力的人。

二、在物理概念、規(guī)律等的教學(xué)中培育具有物理觀念素養(yǎng)的人

“物理觀念”主要指高中物理中重要的觀點(diǎn)、概念、規(guī)律，比如運(yùn)動(dòng)觀念、能量觀念、守恒觀念、相互作用觀念等，它是物理概念、規(guī)律的在頭腦中的提煉與升華。物理教學(xué)過(guò)程不應(yīng)該只是向?qū)W生“灌輸”事實(shí)和結(jié)論的過(guò)程，而是應(yīng)該幫助學(xué)生借助物理學(xué)家研究自然界的思想方法，自主探索、建構(gòu)物理學(xué)科核心概念，并逐步將這些思想和方法內(nèi)化成自身的行為習(xí)慣，形成良好的科學(xué)品質(zhì)。以物理核心概念統(tǒng)領(lǐng)物理教學(xué)，可以幫助師生從紛雜的事實(shí)、概念、規(guī)律、定理、公式中跳出來(lái)，站在更高的位置上培育具有物理觀念素養(yǎng)的人。

例如，點(diǎn)電荷的概念僅靠教師的講授是難以掌握的，只有將其置于一定的應(yīng)用情境中，才會(huì)顯得生動(dòng)和有意義。

A.線度比相互之間的距離小得多的帶電體稱為點(diǎn)電荷，B.討論氫原子中的質(zhì)子和電子的相互作用時(shí)，質(zhì)子和電子可視為點(diǎn)電荷，C.兩個(gè)相距很遠(yuǎn)的帶電球體可以視為點(diǎn)電荷，D.可以忽略形狀和大小的帶電體可視為點(diǎn)電荷。

上面四種說(shuō)法都是對(duì)點(diǎn)電荷概念的理解和延伸，其中A是核心概念，是實(shí)際電荷抽象出的理想化模型，B、C、D等是次位概念，是點(diǎn)電荷概念在具體情境中的解讀，是事實(shí)性的結(jié)論。我們的教學(xué)活動(dòng)不能停留在僅讓學(xué)生記住一些物理學(xué)事實(shí)，而是要關(guān)注通過(guò)事實(shí)抽象提出的核心概念，教師可以圍繞“帶電體的線度遠(yuǎn)小于電荷間的距離”開(kāi)展教學(xué)，討論B、C、D三種情況下能否將電荷看成質(zhì)點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生敏銳鑒別的思維。點(diǎn)電荷是實(shí)際帶電體的抽象和近似，它是建立具有普遍意義的基本規(guī)律的不可或缺的理想模型，又是把復(fù)雜多樣的實(shí)際問(wèn)題轉(zhuǎn)化或分解為基本問(wèn)題時(shí)必不可少的分析手段。例如，庫(kù)侖定律、洛倫茲力公式的建立，帶電體產(chǎn)生的電場(chǎng)以及帶電體之間相互作用的定量研究，試驗(yàn)電荷的引入等等，都離不開(kāi)點(diǎn)電荷。從而更深層次的理解“點(diǎn)電荷”的概念和“理想化模型”，并將這種“忽略次要因素”的思維觀念遷移到工作和生活中，大大增強(qiáng)了學(xué)生的適應(yīng)能力。

三、在物理模型、推理論證等的教學(xué)中培育具有科學(xué)思維素養(yǎng)的人

科學(xué)思維主要指高中物理中重要的思維方法、良好的思維品質(zhì)和能力，包括建模的思想、理想化方法、分析綜合、抽象概括、批判性思維、創(chuàng)造性思維、推理論證等，這也是高中物理技能培養(yǎng)的重點(diǎn)。

物理課堂教學(xué)應(yīng)該為學(xué)生創(chuàng)新真實(shí)、復(fù)雜的問(wèn)題情境，鼓勵(lì)并引導(dǎo)學(xué)生剖析問(wèn)題、簡(jiǎn)化問(wèn)題、建立物理模型，并運(yùn)用適當(dāng)?shù)姆椒ń鉀Q問(wèn)題。例如，理想實(shí)驗(yàn)是一種科學(xué)思維“實(shí)驗(yàn)”，理想實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合往往能取得出其不意的成功。伽利略研究發(fā)現(xiàn)了落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律后進(jìn)一步尋求地面上物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。他在實(shí)驗(yàn)中觀察到讓金屬球從斜面滾，再滾上與之對(duì)稱的斜面，則球所到達(dá)的高度略低于開(kāi)始下滾的高度。他通過(guò)思考分析認(rèn)為是由于摩擦的結(jié)果，假如能完全消除摩擦，金屬球就可能達(dá)到起始的高度。進(jìn)而推想如完全沒(méi)有摩擦，不管第二個(gè)斜面傾角多大，球能達(dá)到的高度與從第一個(gè)斜面開(kāi)始下滾時(shí)的高度相等，而且第二個(gè)斜面的傾角越小，小球在斜面上滾動(dòng)的距離越長(zhǎng)。如果第二個(gè)斜面傾角為零，球永遠(yuǎn)達(dá)不到起始高度，將以均勻的速度在無(wú)限長(zhǎng)平面上永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去。在真實(shí)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上所作的理想實(shí)驗(yàn)，是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的思維實(shí)驗(yàn)，但它是具有可靠性的。正是這種思維實(shí)驗(yàn)導(dǎo)致了伽利略慣性定律的發(fā)現(xiàn)，從根本上否定了統(tǒng)治人類歷史兩千多年的亞里斯多德的力是維持物體運(yùn)動(dòng)的錯(cuò)誤觀點(diǎn)。

從實(shí)驗(yàn)到理想實(shí)驗(yàn)是一種科學(xué)思維，同樣從觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象推理規(guī)律、概念、公式等的形成與運(yùn)用都能很好的培育學(xué)生的科學(xué)思維，如牛頓主要依靠歸納法得出牛頓定律，歐姆則根據(jù)類比得出部分電路的歐姆定律等等，只要教學(xué)中能夠高度重視，學(xué)生的科學(xué)思維素養(yǎng)就能得到迅速提升。

四、在物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中培育具有探究精神素養(yǎng)的人

實(shí)驗(yàn)探究主要指高中物理通過(guò)實(shí)驗(yàn)提出物理問(wèn)題，形成猜想和假設(shè)，獲取和處理信息，基于證據(jù)得出結(jié)論并做出解釋，以及對(duì)實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程和結(jié)果進(jìn)行交流、評(píng)估、反思的能力。在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中要注重培育具有探究精神素養(yǎng)的人。

科學(xué)家研究問(wèn)題的關(guān)鍵，是能夠在紛繁復(fù)雜的表象下發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的關(guān)鍵，在此基礎(chǔ)上建構(gòu)物理模型、設(shè)計(jì)方案、解決問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)的價(jià)值應(yīng)該是培養(yǎng)學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)探究的方法獲取知識(shí)、研究解決生活中遇到問(wèn)題的能力，促進(jìn)學(xué)生真正理解科學(xué)探究的精髓。例如，牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)中中，教師提出典型問(wèn)題：探究力與物體運(yùn)動(dòng)加速度之間的定量關(guān)系。不但要求學(xué)生在猜想假設(shè)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作的基礎(chǔ)上，根據(jù)所測(cè)量的物理量進(jìn)行分析，最終得到科學(xué)的結(jié)論。而且要進(jìn)一步給學(xué)生提出問(wèn)題：拉力大小的確定存在什么問(wèn)題、如何有效平衡摩擦力、該實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵是什么、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)存在誤差的原因是什么等等，引發(fā)學(xué)生對(duì)現(xiàn)有結(jié)論的反思和質(zhì)疑，才能真正培養(yǎng)出具有實(shí)驗(yàn)探究能力和探究精神的人。

五、在物理學(xué)史的再現(xiàn)及各類科技活動(dòng)中培育具有科學(xué)態(tài)度與責(zé)任素養(yǎng)的人

科學(xué)態(tài)度與責(zé)任主要指對(duì)待科學(xué)的態(tài)度與價(jià)值觀，包括能正確認(rèn)識(shí)科學(xué)的本質(zhì)，具有學(xué)習(xí)和研究物理的好奇心與求知欲，能主動(dòng)與他人合作，學(xué)會(huì)用物理的眼光來(lái)觀察世界，解決問(wèn)題等，在教學(xué)中注重應(yīng)用物理學(xué)史及各類科技活動(dòng)培育學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。

科學(xué)家楊振寧曾將他取得成功的奧秘歸結(jié)為：“要站在問(wèn)題開(kāi)始的地方，要面對(duì)原始的問(wèn)題，而不要淹沒(méi)在文獻(xiàn)的海洋里……”這給我們物理教學(xué)極大的啟示：教學(xué)中教師要向?qū)W生展現(xiàn)物理概念的形成過(guò)程、物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，以及物理問(wèn)題的解決過(guò)程，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)真實(shí)的情境，描繪物理學(xué)家探索科學(xué)的歡樂(lè)與痛苦、成功與失敗，體驗(yàn)真實(shí)的科學(xué)精神。使學(xué)生在精神上受到感染、情操得到陶冶，意志得到磨煉，鑒賞力得到提高，正確理解人和自然的關(guān)系，正確理解人與社會(huì)的關(guān)系，并產(chǎn)生強(qiáng)烈的感情，形成對(duì)美和善的辨別力和追求熱情，提升學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和責(zé)任。例如，教科書(shū)通過(guò)比較亞里士多德和伽利略的不同觀點(diǎn)來(lái)介紹牛頓第一定律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，教材寫(xiě)道：“這個(gè)‘錯(cuò)誤竟維持了近兩千年。直至三百多年前，伽利略才……”直接從教科書(shū)上呈現(xiàn)亞里士多德的錯(cuò)誤觀點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)伽利略勇于質(zhì)疑的科學(xué)精神和牛頓“站在巨人肩膀上”總結(jié)得出牛頓第一定律的偉大成就。這樣的教學(xué)過(guò)程會(huì)給學(xué)生造成“古人真笨”的印象，無(wú)法理解為什么“兩千年無(wú)人反駁”，更無(wú)法理解“站在巨人肩膀上”的含義，以至于本應(yīng)該充滿生機(jī)活力的物理教學(xué)變得機(jī)械、沉悶和程式化，缺乏情感與靈性的自然流露。查看更多的歷史資料我們發(fā)現(xiàn)，在伽利略之前，就有許多學(xué)者對(duì)亞里士多德的觀點(diǎn)進(jìn)行了批判，如希帕克斯、菲洛波諾、布里丹、奧雷斯姆、和達(dá)芬奇等，尤其是伽利略的哲學(xué)老師博納米科和貝內(nèi)代蒂提出了“沖力”的概念，為伽利略的“臨門(mén)一腳”奠定了良好的基礎(chǔ)。物理教學(xué)中如果忽略二千年中曲折的研究過(guò)程，學(xué)生就無(wú)從認(rèn)識(shí)誰(shuí)是“巨人”，無(wú)法領(lǐng)悟伽利略、笛卡兒和牛頓的偉大所在。

用開(kāi)講座、小制作、小論文活動(dòng)來(lái)激發(fā)學(xué)習(xí)物理興趣，拓寬學(xué)生的知識(shí)面，培養(yǎng)分析、解決問(wèn)題的能力。講座、小制作、小論文的內(nèi)容可以根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的特點(diǎn)選擇合適的題材，如與生產(chǎn)生活相關(guān)并且有廣泛應(yīng)用的物理知識(shí)，與社會(huì)發(fā)展有著重大關(guān)系的物理知識(shí)，與科學(xué)，技術(shù)有關(guān)的社會(huì)熱點(diǎn)問(wèn)題，物理學(xué)發(fā)展的成就及前沿問(wèn)題，生活用品的小改進(jìn)等等。通過(guò)這些活動(dòng)，既可培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感，也使學(xué)生人文素養(yǎng)得到了提高。

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