從知識(shí)重現(xiàn)到知識(shí)重演促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維發(fā)展

摘 要：我們要從傳統(tǒng)的知識(shí)重現(xiàn)的物理教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)榕嘤诵乃仞B(yǎng)為主的知識(shí)重演的物理教育。本文通過三個(gè)教學(xué)實(shí)例，通過讓學(xué)生重演物理知識(shí)的發(fā)展過程來促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展，提升核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng)；知識(shí)重演；科學(xué)思維

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2017）10-0077-3

1 物理教學(xué)應(yīng)從知識(shí)重現(xiàn)走向知識(shí)重演

目前普遍存在的教學(xué)方式是使知識(shí)重現(xiàn)，是從中間教起——教的是結(jié)論，學(xué)到的是技巧。如果物理教學(xué)僅以知識(shí)為線索展開，容易導(dǎo)致教學(xué)設(shè)計(jì)聚焦于知識(shí)，專注于學(xué)生獲得知識(shí)，而忽視物理課程對(duì)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。因此，必須把核心素養(yǎng)作為物理教學(xué)的重要目標(biāo)，將核心素養(yǎng)的培養(yǎng)落實(shí)于教學(xué)活動(dòng)中。所以，我們應(yīng)倡導(dǎo)的是另外一種教學(xué)方式，使知識(shí)重演，從開頭教起——教的是思維，收獲的是智慧。直接告訴知識(shí)，看起來可讓學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)得到更多的知識(shí)，但卻很難轉(zhuǎn)化為解決問題的能力與智慧，也無助于提升他們的核心素養(yǎng)。

“科學(xué)思維”作為物理核心素養(yǎng)的其中一個(gè)方面，它是從物理學(xué)視角對(duì)客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認(rèn)識(shí)方式；是基于經(jīng)驗(yàn)事實(shí)建構(gòu)理想模型的抽象概括過程；是分析綜合、推理論證等方法的內(nèi)化；是基于事實(shí)證據(jù)和科學(xué)推理對(duì)不同觀點(diǎn)和結(jié)論提出質(zhì)疑、批判、檢驗(yàn)和修正，進(jìn)而提出創(chuàng)造性見解的能力與品質(zhì)?！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，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維能力是重要的教學(xué)目標(biāo)之一。

2 讓學(xué)生重演物理知識(shí)的發(fā)生過程

學(xué)科知識(shí)只是形成學(xué)科素養(yǎng)的載體，學(xué)科活動(dòng)才是形成學(xué)科素養(yǎng)的渠道。為此，要轉(zhuǎn)變知識(shí)學(xué)習(xí)方式，倡導(dǎo)深度學(xué)習(xí)與協(xié)作學(xué)習(xí)。一切知識(shí)，惟有成為學(xué)生探究與實(shí)踐對(duì)象的時(shí)候，其學(xué)習(xí)過程才有可能成為素養(yǎng)發(fā)展過程。

美國數(shù)學(xué)家波利亞提出發(fā)生學(xué)原理：“在教一個(gè)科學(xué)的分支（或一個(gè)理論、一個(gè)概念）時(shí)，應(yīng)該讓學(xué)生重蹈人類思想發(fā)展中的那些最關(guān)鍵的步子”。他的教學(xué)指導(dǎo)思想是讓學(xué)生重演物理知識(shí)的發(fā)生過程，即在教師的指導(dǎo)下，讓學(xué)生去揭示并感受物理知識(shí)發(fā)生的原因、物理知識(shí)形成的經(jīng)過以及物理知識(shí)發(fā)展的方向，并借此培育學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。

因此，在教學(xué)中筆者倡導(dǎo)的是從開頭教起，讓知識(shí)重演。本文將從以下三個(gè)例子說明教學(xué)中如何讓學(xué)生重演物理知識(shí)的發(fā)生過程，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展。

教學(xué)實(shí)例1 伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究

學(xué)生通過前一節(jié)的學(xué)習(xí)，已經(jīng)了解了自由落體運(yùn)動(dòng)，并且掌握了通過實(shí)驗(yàn)來探究自由落體運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的方法，對(duì)物理學(xué)史有一定的興趣，對(duì)物理學(xué)的發(fā)展充滿了熱情，但對(duì)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律的過程還不夠了解，沒有體會(huì)過物理規(guī)律發(fā)現(xiàn)過程的艱辛與快樂，沒有體會(huì)到伽利略在科學(xué)條件及理論基礎(chǔ)都不完備的情況下是如何克服研究困難的。因此，筆者在此節(jié)課復(fù)原了伽利略斜面實(shí)驗(yàn)，用到的實(shí)驗(yàn)器材：軌道（3.2 m）、鋼球、秒表，如圖1所示。

（1）將軌道傾斜某一角度，使小球從3.0 m、2.5 m、2.0 m等三個(gè)位置由靜止下滑，并記錄三次時(shí)間，完成表1。

（2）改變斜面傾角，重復(fù)步驟一。

從表1中可以看出，s/t2為定值，即位移與時(shí)間的平方成正比，可以得到小球沿斜面靜止下滑的過程是勻加速直線運(yùn)動(dòng)。如果將斜面傾角不斷增大，直至90°，伽利略就大膽猜測，物體自由落體運(yùn)動(dòng)也是勻加速直線運(yùn)動(dòng)。

讓學(xué)生像伽利略一樣研究自由落體運(yùn)動(dòng)，重演伽利略的研究過程，體會(huì)其推理方法的奧妙，了解猜想的必要性，感受探究規(guī)律的幾個(gè)必要過程和科學(xué)方法的重要性，從而促進(jìn)學(xué)生的思維發(fā)展。

教學(xué)實(shí)例2 環(huán)形電流周圍的磁場

關(guān)于磁感線和右手螺旋定則在初中《物理》中已介紹過，相比于初中，高中教材在知識(shí)深度上有所加深，更傾向于強(qiáng)調(diào)規(guī)律發(fā)現(xiàn)過程中所蘊(yùn)含的物理方法和物理精神。整個(gè)中學(xué)磁場內(nèi)容采用螺旋上升式的結(jié)構(gòu)，即相同的內(nèi)容在初、高中教材中均有呈現(xiàn)，但是側(cè)重點(diǎn)和呈現(xiàn)的方式不同。在磁感線的建模過程中讓學(xué)生經(jīng)歷猜想、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、觀察分析、歸納等科學(xué)探究的過程，認(rèn)識(shí)用磁感線形象描繪磁場的方法，感受模型思維在物理研究中的重要作用；知道磁場雖然看不見、摸不著，但可以通過一系列的方式感知、檢驗(yàn)，從而認(rèn)識(shí)場也是一種物質(zhì)存在的形態(tài)。

借助已知的通電直導(dǎo)線的磁感線分布圖推測環(huán)形電流周圍磁感線的分布，讓學(xué)生畫在學(xué)案上（如圖2）。

采用畫直為曲的方法，把通電直導(dǎo)線彎曲變成環(huán)形電流，模擬它周圍的磁感線（如圖3）。

然后，通過實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生觀察鐵屑在磁場中的排列檢驗(yàn)猜想，得出環(huán)形電流周圍磁感線分布（如圖4）。

接著提出問題：右手怎樣握能確定電流與磁場方向的關(guān)系？把小磁針放在環(huán)形電流中心軸線上，描繪出圖5所示的圖形。

安培定則（右手螺旋定則）的得出水到渠成：用右手握住圓環(huán)，讓彎曲的四指所指的方向與電流方向一致，伸直的大拇指的指向就是圓環(huán)中心軸線上的磁場方向。最后，通過討論得出不同視角下環(huán)形電流的磁感線的分布圖。

本設(shè)計(jì)力求通過為學(xué)生創(chuàng)設(shè)多樣化的學(xué)習(xí)活動(dòng)，幫助學(xué)生在已有的知識(shí)和能力基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)新的生長點(diǎn)，自主構(gòu)建新知識(shí)，參悟物理概念、規(guī)律形成過程中的科學(xué)方法及思維。

教學(xué)實(shí)例3 原子的核式結(jié)構(gòu)模型

（1）盧瑟福由α粒子散射實(shí)驗(yàn)得出的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是：

①絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原來方向前進(jìn)；

②少數(shù)α粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)；

③極少數(shù)α粒子的偏轉(zhuǎn)超過90°；

④有的甚至幾乎達(dá)到180°。

（2）探究以下問題

①α粒子出現(xiàn)大角度散射有沒有可能是與電子碰撞造成的？

α粒子質(zhì)量為電子質(zhì)量的7千多倍，電子的質(zhì)量很小，它不會(huì)影響α粒子的運(yùn)動(dòng)。就像子彈打塵埃，一粒塵埃不能影響子彈的飛行一樣。所以，α粒子穿過原子，α粒子撞擊電子不會(huì)發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)。endprint

②按照葡萄干布丁模型，α粒子在原子附近或穿越原子內(nèi)部后，有沒有可能發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)？

按照葡萄干布丁模型，正電荷在原子內(nèi)部均勻地分布，α粒子穿過原子時(shí)，由于原子兩側(cè)正電荷對(duì)它的斥力有相當(dāng)大一部分互相抵消，使α粒子偏轉(zhuǎn)的力不會(huì)很大，而在原子附近時(shí)，由于原子呈中性，與α粒子之間沒有力的作用，所以α粒子大角度散射說明葡萄干布丁模型不符合原子結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況。

③1 μm厚的金箔仍包含3 300多個(gè)原子層，絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原方向前進(jìn)說明了什么？

α粒子穿過原子，大多數(shù)α粒子不偏轉(zhuǎn)。是因?yàn)樗鼈兇┻^原子時(shí)，沒有受到阻礙，說明原子內(nèi)部大部分地方是空心的。

④α粒子穿過原子，少數(shù)α粒子發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，受到什么力的作用？受到什么物質(zhì)的力的作用？

α粒子穿過原子，少數(shù)α 粒子發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，受到庫侖力的作用。除了電子，原子里只剩下帶正電的物質(zhì)。說明帶正電的物質(zhì)對(duì)它們有庫侖力的作用。

⑤極少數(shù)α粒子的偏轉(zhuǎn)角超過了90°，有的幾乎達(dá)到180°，其原因是什么？

說明α粒子一定在原子中某個(gè)地方受到原子內(nèi)部正電荷產(chǎn)生的極強(qiáng)的電場斥力作用，運(yùn)動(dòng)方向才會(huì)發(fā)生如此大的改變，可見原子中的正電荷、質(zhì)量應(yīng)都集中在一個(gè)中心上。

3 由實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象經(jīng)過分析推理，最后構(gòu)造模型

絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原來方向前進(jìn)——原子內(nèi)部絕大部分是“空”的；少數(shù)α粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)——原子內(nèi)部有核存在；極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)超過90°，有的甚至幾乎達(dá)到180°——作用力很大（電量集中），質(zhì)量很大（質(zhì)量集中）。

由此盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型：在原子的中心有一個(gè)很小的核，叫做原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外空間繞著核旋轉(zhuǎn)。

建構(gòu)模型是一種重要的科學(xué)思維方式，質(zhì)點(diǎn)、點(diǎn)電荷、勻強(qiáng)電場等物理概念和勻變速直線運(yùn)動(dòng)等物理過程都是物理學(xué)家建構(gòu)的理想模型，蘊(yùn)含著發(fā)展學(xué)生建模能力的重要價(jià)值。教師在教學(xué)中要讓學(xué)生體會(huì)建構(gòu)這些物理模型的思維方法，理解物理模型的適用條件，能建構(gòu)相關(guān)的物理模型來研究實(shí)際問題。教師引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷物理概念的建構(gòu)過程和物理規(guī)律的形成過程，是發(fā)展科學(xué)思維的重要途徑。

物理學(xué)家陳佳洱說過：“物理學(xué)不只是圖表和數(shù)據(jù)，它能帶給你很多更珍貴的東西：理性的思維方式、人生的哲學(xué)和人生的道路。”這段話正是對(duì)物理學(xué)科價(jià)值的詮釋：讓學(xué)生終身受益的不是具體的物理知識(shí)，而是所學(xué)的知識(shí)忘掉之后剩下的東西，這就是物理學(xué)科核心素養(yǎng)。因此，我們要關(guān)注從知識(shí)、能力立意走向思維、智慧立意。

正像《為未知而教，為未來而學(xué)》一書所言：“我們需要一種更具有‘未來智慧的教育視角，在復(fù)雜多變的世界努力培養(yǎng)人的好奇心、啟發(fā)人的智慧、增進(jìn)人的自主性和責(zé)任感，引導(dǎo)學(xué)生積極地、廣泛地、有遠(yuǎn)見地追尋有意義的學(xué)習(xí)。”

參考文獻(xiàn)：

[1]黎國勝.基于學(xué)科核心素養(yǎng)的高中物理教學(xué)思考[J].教育科學(xué)論壇，2016（20）：68-71.

[2]夏良英.在近代物理學(xué)課程中引入物理學(xué)史的教學(xué)方法研究[D].廣州：華南師范大學(xué)碩士學(xué)位論文，2011.

（欄目編輯 鄧 磊）endprint