優(yōu)化物理教學(xué)過程 培育學(xué)科核心素養(yǎng)

駱文洲　傅可欽

[摘要]山東大學(xué)附屬中學(xué)趙勇校長(zhǎng)曾說：教育如同養(yǎng)樹，養(yǎng)樹在“養(yǎng)根”，只有養(yǎng)“根”，才能長(zhǎng)得壯實(shí)了，參天大樹才能長(zhǎng)成，自然碩果累累。何為“根”？為何“養(yǎng)根”？如何“養(yǎng)好根”？這是當(dāng)前高中物理教師急需深入思考和實(shí)踐的問題。

[關(guān)鍵詞]實(shí)驗(yàn)教學(xué) 核心素養(yǎng)

何謂核心素養(yǎng)？華東師范大學(xué)崔允都教授說：核心是相對(duì)外圍而言的，有兩層意思：一是關(guān)鍵，是指?jìng)€(gè)體在21世紀(jì)生存、生活、工作、就業(yè)等最為關(guān)鍵的素養(yǎng)；二是共同，是指課程設(shè)計(jì)所面對(duì)的某一群體所需要的共同素養(yǎng)。而核心素養(yǎng)是個(gè)體在知識(shí)經(jīng)濟(jì)、信息化時(shí)代面對(duì)復(fù)雜的、不確定性的現(xiàn)實(shí)生活情境時(shí)，運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)、觀念、思想、方法，解決真實(shí)的問題所表現(xiàn)出來的關(guān)鍵能力與必備品格。何謂高中物理核心素養(yǎng)？它是高中學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)過程中逐步形成的“物理觀念與應(yīng)用”“科學(xué)思維與創(chuàng)新”“科學(xué)探究與實(shí)踐”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”，用以適應(yīng)自身終身學(xué)習(xí)和改造社會(huì)發(fā)展需要的特有品質(zhì)。本文就如何通過優(yōu)化高中物理教學(xué)過程，談?wù)剬?duì)高中物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培育。

一、物理觀念與應(yīng)用是物理核心素養(yǎng)的基石。要求物理教學(xué)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)

德國(guó)物理學(xué)家馮·勞厄曾經(jīng)說過，教育所給予人們的無非是當(dāng)一切已學(xué)過的東西都忘記后所剩下來的東西。那么什么是“剩下來的東西”呢？應(yīng)該是學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)的基礎(chǔ)上獲得的概括性認(rèn)識(shí)，即物理基本觀念，如自然觀、物質(zhì)觀、時(shí)空觀、運(yùn)動(dòng)觀、守恒觀、物理價(jià)值觀等。清華大學(xué)宋心琦教授曾精辟地指出，學(xué)生能牢固地、準(zhǔn)確地，哪怕只是定性地建立起基本的物理觀念，應(yīng)當(dāng)是中學(xué)物理教學(xué)的第一目標(biāo)。因此，中學(xué)物理教學(xué)應(yīng)該從“知識(shí)為本”轉(zhuǎn)向“觀念建構(gòu)”。那么又該如何進(jìn)行“觀念構(gòu)建”的教學(xué)呢？通過“體驗(yàn)”加“感悟”才能將知識(shí)轉(zhuǎn)化為觀念，而“體驗(yàn)”加“感悟”最好的載體便是精彩紛呈的演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生實(shí)驗(yàn)和課外實(shí)驗(yàn)等。這樣的教學(xué)學(xué)生主動(dòng)性強(qiáng)、參與度高、合作性強(qiáng)，對(duì)概念建立、規(guī)律理解更加深刻，是充滿生命活力的教學(xué)，是回歸物理科學(xué)本質(zhì)的教學(xué)。

比如，一個(gè)具備“運(yùn)動(dòng)觀”的學(xué)生，當(dāng)他面對(duì)運(yùn)動(dòng)問題時(shí)，會(huì)自覺地觀察物體運(yùn)動(dòng)的位移、速度、加速度等，并加以分析，解釋問題或解決問題。以人教版高中物理必修1第二章第二節(jié)《勻變速直線運(yùn)動(dòng)的速度與時(shí)間的關(guān)系》為例，教學(xué)最后可在教師主導(dǎo)下讓學(xué)生完成這樣一個(gè)任務(wù)：研究小車的運(yùn)動(dòng)——分析電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的原理。教學(xué)設(shè)計(jì)如下：

教師先演示小車下滑，設(shè)置情景，繼而提問學(xué)生如何研究小車的運(yùn)動(dòng)？

學(xué)生：小車的運(yùn)動(dòng)快慢和s、t有關(guān)，只需測(cè)出s和t即可，再由v=s/t求得速度。

教師：有無其他方案可以研究？比如，假想把小車加長(zhǎng)，某人在某位置每隔1s作一標(biāo)記點(diǎn)（在小車經(jīng)過的位置上）。那么這些點(diǎn)能否反映出小車的運(yùn)動(dòng)情況呢？

學(xué)生：把小車加長(zhǎng)是不現(xiàn)實(shí)的，也是沒有必要的。不過，我們要達(dá)到這樣的目的，只要用一個(gè)很簡(jiǎn)單的方法即可：在小車的尾部拖上一條紙帶——“你走你的路，我打我的點(diǎn)”。這樣，小車的運(yùn)動(dòng)信息就在紙帶上“記錄下來”了。

練習(xí)：甲同學(xué)用手代替小車，勻速拉動(dòng)紙帶；乙同學(xué)左手拿秒表，每隔1 s打一點(diǎn)；右手手腕緊靠桌面，并且筆要拿豎直；打第一個(gè)點(diǎn)標(biāo)上0，后面依次標(biāo)上1、2、3…，求出1到6計(jì)數(shù)點(diǎn)的速度v。還可以改變拉動(dòng)紙帶的速度，如加速、減速、忽快忽慢，再研究小車的運(yùn)動(dòng)情況。

教師：剛才練習(xí)中，同學(xué)們其實(shí)已經(jīng)發(fā)明了一種新的實(shí)驗(yàn)儀器“打點(diǎn)計(jì)時(shí)器”，只不過，是“人工”的。如果我們用交流電做電源，利用電磁原理，每秒打50次，就可以改進(jìn)為“電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器”。

二、科學(xué)思維與創(chuàng)新是物理核心素養(yǎng)的中心。要求物理教學(xué)以思維為中心

牛頓曾說過，如果我看得更遠(yuǎn)一點(diǎn)的話，是因?yàn)槲艺驹诰奕说募绨蛏?。這句話從哲學(xué)層面理解是繼承與創(chuàng)新的關(guān)系。繼承時(shí)，應(yīng)該是舊有理論中合理的部分，而不應(yīng)該盲目地完全摒棄或全盤收納；創(chuàng)新時(shí)，也不是空手起家或一蹴而就的，而是在對(duì)舊有理論持有正確態(tài)度的基礎(chǔ)上，進(jìn)行科學(xué)思維?！翱茖W(xué)思維”主要包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素?？v觀物理學(xué)史，每一次重大創(chuàng)新都是建立在此前的認(rèn)識(shí)之上的，在明確問題之后，對(duì)實(shí)驗(yàn)事實(shí)進(jìn)行分析，進(jìn)行新的觀察和理論研究，提出新的模型和假說。而新的模型或假說又在實(shí)驗(yàn)中接受檢驗(yàn)，正確的被肯定，經(jīng)不起檢驗(yàn)的被否定，在新的基礎(chǔ)上再提出新的學(xué)說。

以人教版高中物理選修3-5第十八章第二節(jié)《原子的核式結(jié)構(gòu)模型》為例，棗糕模型不能解釋盧瑟福發(fā)現(xiàn)的a粒子散射實(shí)驗(yàn)，于是盧瑟福在其基礎(chǔ)上提出了核式結(jié)構(gòu)模型。鑒于此，本課教學(xué)應(yīng)該抓住“四個(gè)環(huán)節(jié)”以“問題為驅(qū)動(dòng)、思維為中心”開展教學(xué)：電子的發(fā)現(xiàn)一湯姆孫棗糕模型一a粒子散射實(shí)驗(yàn)一核式結(jié)構(gòu)模型。以“a粒子散射實(shí)驗(yàn)”環(huán)節(jié)為例，驅(qū)動(dòng)教學(xué)的四大問題為：

（1）為何用？闡明“a粒子散射實(shí)驗(yàn)”的研究動(dòng)機(jī)；

（2）如何做？介紹“a粒子散射實(shí)驗(yàn)”的操作過程；

（3）有何得？說明“a粒子散射實(shí)驗(yàn)”的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；

（4）有何獲？展示“a粒子散射實(shí)驗(yàn)”的研究成果。

顯然，以“問題為驅(qū)動(dòng)、思維為中心”進(jìn)行教學(xué)，有利于學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)家研究微觀世界的科學(xué)思維方法，有利于激發(fā)學(xué)生的科學(xué)思維，優(yōu)化學(xué)生的思維品質(zhì)，引導(dǎo)學(xué)生沿著科學(xué)家的足跡經(jīng)歷創(chuàng)新過程，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。

三、科學(xué)探究與實(shí)踐是物理核心素養(yǎng)的關(guān)鍵。要求物理教學(xué)以過程為主線

科學(xué)探究包括提出物理問題，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)探究過程和結(jié)果進(jìn)行交流、評(píng)估、反思的能力，重在以科學(xué)的態(tài)度、科學(xué)的精神、科學(xué)的方法、科學(xué)的思維進(jìn)行自主、合作的探究，這樣可以讓學(xué)生親身體驗(yàn)探究自然規(guī)律的過程，感悟自然界的和諧美和統(tǒng)一美。否則就是假探究、偽探究，實(shí)驗(yàn)于是也變成了驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)了。以人教版高中物理選修3—5第十六章第一節(jié)《實(shí)驗(yàn)：探究碰撞中的不變量》為例，科學(xué)探究的主要分四個(gè)階段，如下圖所示：

顯然，編者想著重突出兩個(gè)方面：一是在學(xué)習(xí)各類實(shí)驗(yàn)探究或思維探究的基礎(chǔ)上進(jìn)一步強(qiáng)化“探究”理念，二是在學(xué)習(xí)能量守恒定律的基礎(chǔ)上進(jìn)一步滲透“守恒”的思想。就本節(jié)課而言，首先從車廂碰撞掛鉤、臺(tái)球碰撞變速、粒子碰撞轉(zhuǎn)化等實(shí)例中發(fā)現(xiàn)問題，激發(fā)學(xué)生尋求規(guī)律的欲望——碰撞前后是否有什么物理量保持不變？此時(shí)學(xué)生雖有較大好奇心和積極性，但畢竟因?yàn)橹R(shí)有限、能力欠缺等，教學(xué)中為了幫助學(xué)生沿著正確的方向進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，教材在適當(dāng)?shù)沫h(huán)節(jié)給出了提示或明確說明，如“實(shí)驗(yàn)的基本思路”、“需要考慮的問題”等，這樣有利于教師在課堂教學(xué)中幫助學(xué)生，活化、深化科學(xué)思維。學(xué)生根據(jù)對(duì)實(shí)驗(yàn)器材的熟悉程度和已有知識(shí)將會(huì)提出不同的實(shí)驗(yàn)方案，教師此時(shí)只需積極引導(dǎo)學(xué)生注重實(shí)驗(yàn)中的科學(xué)思維進(jìn)行因地制宜的實(shí)驗(yàn)?！安蛔兞俊辈皇恰笆睾懔俊?，從實(shí)驗(yàn)探究得到的規(guī)律是否具有普遍性，需要經(jīng)得起理論和實(shí)踐的檢驗(yàn)，才能走向普遍性，才能成為規(guī)律。這是本節(jié)課教學(xué)中科學(xué)思維的關(guān)鍵所在。

四、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任是物理核心素養(yǎng)的靈魂。要求物理教學(xué)以育人為目標(biāo)

科學(xué)態(tài)度是指?jìng)€(gè)體具有的以符合科學(xué)的方式待物做事的心向、意識(shí)等內(nèi)心準(zhǔn)備狀態(tài)和行為意向，它包含理性態(tài)度、實(shí)證態(tài)度、質(zhì)疑態(tài)度、非功利態(tài)度等。態(tài)度是可以學(xué)習(xí)的，積極的科學(xué)態(tài)度是學(xué)習(xí)的結(jié)果，具備科學(xué)態(tài)度方可擔(dān)當(dāng)，才有責(zé)任心。廣西師范學(xué)院吳曉莉教授曾說過，科學(xué)態(tài)度是青少年科學(xué)技術(shù)普及活動(dòng)目標(biāo)體系的核心內(nèi)容，它表現(xiàn)為追求真理的勇氣、尊重規(guī)律、習(xí)慣于理性思考等特征，它們構(gòu)成一個(gè)人科學(xué)素養(yǎng)的最關(guān)鍵部分。正如溫總理在《仰望星空》中所說，我仰望星空，它是那樣遼闊而深邃；那無窮的真理，讓我苦苦地求索、追隨?？茖W(xué)精神和科學(xué)態(tài)度，是人類破解地球各種危機(jī)、走向幸福美好生活的法寶和希望。因此，物理教學(xué)不能陷入應(yīng)試教育的怪圈，而是用物理核心素養(yǎng)來梳理物理培養(yǎng)目標(biāo)，真正承擔(dān)起培育社會(huì)主義核心價(jià)值觀和落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的重?fù)?dān)。

培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度的基本問題是將對(duì)事物的正確認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的科學(xué)習(xí)慣。在這方面，教師既要發(fā)揮主導(dǎo)作用，又要以良好的示范影響學(xué)生。因此，教師首先要做到尊重科學(xué)、相信科學(xué)、運(yùn)用科學(xué)、不搞現(xiàn)代迷信。比如，做演示實(shí)驗(yàn)或解題都要嚴(yán)格按照操作規(guī)律或解題步驟進(jìn)行，不拼湊數(shù)據(jù)，不弄虛作假，對(duì)誤差進(jìn)行實(shí)事求是的分析和解釋。這些對(duì)學(xué)生形成科學(xué)世界觀，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度具有不可低估的作用。

以人教版高中物理必修1第二章第五節(jié)《伽利略對(duì)自由落體的探究》為例，從培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度和責(zé)任的角度看，本節(jié)課具有極其重要的地位。現(xiàn)從宏觀角度審視本節(jié)課教學(xué)中應(yīng)該培育的科學(xué)態(tài)度，如下表。

總而言之，科學(xué)態(tài)度的培養(yǎng)在教學(xué)過程中，應(yīng)充分利用教材內(nèi)容，結(jié)合物理學(xué)史的典型事件，不斷為學(xué)生創(chuàng)造培育平臺(tái)，如此日積月累，一定能不斷提升學(xué)生的科學(xué)態(tài)度，達(dá)到真正育人的目標(biāo)。