基于發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維的物理課堂建構(gòu)

蔡碧云 邵邦武 鄭衛(wèi)峰

摘 要： 科學(xué)思維是物理學(xué)科核心素養(yǎng)的核心內(nèi)容之一.落實科學(xué)思維和方法教育是體現(xiàn)物理學(xué)科核心價值的重要環(huán)節(jié)，而課堂教學(xué)是落實科學(xué)思維和方法教育的主要途徑.這就要求物理教師要深入研究高效的課堂教學(xué)策略，使科學(xué)思維與方法教育落到實處，更好地促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)全面發(fā)展的物理教學(xué)目標(biāo)得以實現(xiàn).為此，本文基于發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維，以公開課“體積的測量”為例，闡述在課堂教學(xué)建構(gòu)中的教學(xué)策略問題.

關(guān)鍵詞： 核心素養(yǎng);科學(xué)思維與方法;體積的測量;教學(xué)策略

學(xué)生物理核心素養(yǎng)的發(fā)展是個循序漸進(jìn)的過程，是每一堂課的具體教學(xué)目標(biāo)在學(xué)生頭腦中的不斷整合和內(nèi)化.同時，物理核心素養(yǎng)又是主要由“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”四個方面構(gòu)成[1]，為了實現(xiàn)學(xué)生核心素養(yǎng)的全面發(fā)展就必須把這些要素落實在每一節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)中.因此，這就要求物理教師要明確每一節(jié)課的物理課的價值以及該一節(jié)課是主要促進(jìn)學(xué)生哪一方面的核心素養(yǎng)得到發(fā)展，并且圍繞學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展，整合教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建出高效的課堂教學(xué).

本文以公開課“體積的測量”為例，針對如何落實科學(xué)思維這一核心素養(yǎng)要素，闡述基于發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維的課堂教學(xué)建構(gòu)的教學(xué)策略問題.

1 以“物理學(xué)史”為載體，顯化物理科學(xué)方法教育

物理學(xué)史反映了物理學(xué)概念、定理、定律的醞釀、產(chǎn)生和發(fā)展的過程，蘊含了物理學(xué)家們研究物理的方法，體現(xiàn)了物理學(xué)家們執(zhí)著追求、堅持真理的精神等，是培育核心素養(yǎng)的重要教學(xué)資源[2].因此，在對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合時，深入挖掘所教內(nèi)容的科學(xué)思想和方法，科學(xué)使用融入物理學(xué)史的教學(xué)策略，對物理科學(xué)方法教育的效果大有裨益.以下是“體積的測量”一課中的兩個教學(xué)片段.

【教學(xué)片段一】

教師展示中國古代的“斗”以實物的形式展示于課堂之上，并簡單介紹了秦始皇統(tǒng)一度量衡的創(chuàng)舉，引入課題.繼而，介紹歐幾里得的幾何法測體積.

【教學(xué)片段二】

從曹沖稱象、阿基米德鑒別王冠的故事啟發(fā)學(xué)生用“等積轉(zhuǎn)換”的等效替代法來測量體積.

以上兩個教學(xué)片段，從古到今，由國內(nèi)至國外，橫向整合了教學(xué)的內(nèi)容，讓學(xué)生對“體積的測量”的發(fā)展有了一個宏觀的認(rèn)識.在這過程中讓學(xué)生明白事物在不斷發(fā)展，社會一直在進(jìn)步.這既提高學(xué)生的民族自豪感，又推動科學(xué)態(tài)度與責(zé)任素養(yǎng)的沉淀和積累.以曹沖稱象和物理學(xué)家阿基米德鑒別皇冠為引子，啟發(fā)學(xué)生運用“等積轉(zhuǎn)換”的等效替代法，顯化科學(xué)方法教育.而等效替代法是常用的物理科學(xué)方法之一，使用頻數(shù)也較高.因此，教師注重等效變換的科學(xué)方法教育，有利于促進(jìn)學(xué)生靈活運動知識，對知識和技能的遷移也大有幫助.

2 以問題為導(dǎo)向，在層層深入的教學(xué)中發(fā)展科學(xué)思維

在學(xué)生探索世界，構(gòu)建知識，形成能力的過程中，離不開教師對學(xué)生的引導(dǎo)和啟發(fā)[3].以問題為導(dǎo)向，進(jìn)行誘導(dǎo)教學(xué)，能給物理課堂帶來不一樣的教學(xué)效果.教師提出有針對性的問題，有利于激發(fā)學(xué)生的思維，展開積極的思考.利用誘導(dǎo)式的問題引導(dǎo)學(xué)生得出正確處理疑難的方法，這不但可以鍛煉學(xué)生的思考方式，而且可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的自信心.

【教學(xué)片段三】

在“不規(guī)則固體體積的測量”環(huán)節(jié)，教師設(shè)計了以下兩個核心問題：

問題1：液體體積可以直接測量，規(guī)則固體體積可以用刻度尺測量.那么，形狀不規(guī)則的物體體積如何測量？

問題2：用“排水法”測不規(guī)則固體的體積時，受到哪些條件限制？

以上教學(xué)片段，以問題為導(dǎo)向，提出不規(guī)則固體體積該如何測量這一問題.從古人的智慧受啟發(fā)，自然引導(dǎo)學(xué)生用排水法解決生活中的液體和不規(guī)則固體的測量;再是由問題“用‘排水法測不規(guī)則固體的體積時受到哪些條件限制？”引導(dǎo)出學(xué)生用“埋沙法”自然過渡到用“飽和溶液法”測量溶于水的不規(guī)則物體;對于浮于水面的物體，從學(xué)生用“手壓”的方法到用“棍子壓”的方法，步步誘導(dǎo)，最終得出用“針壓法”和“懸重法”測量浮于水面的物體，比如石蠟;這讓學(xué)生真正掌握了“飽和溶液法”“針壓法”“懸重法”“溢水法”存在的價值和作用.整個過程層層深入，從沉于水的石頭到會溶于水的冰糖，再到不沉于水的石蠟等等，層層引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷基本方法“排水法”“埋沙法”“飽和溶液法”“針壓法”“懸重法”的運用.利用有梯度的設(shè)問，不僅激活了學(xué)生的思維，還可以促進(jìn)學(xué)生思維的發(fā)展，開發(fā)學(xué)生的潛能，提高創(chuàng)新能力，將學(xué)科核心素養(yǎng)落到實處，不再是束之高閣的空談.

3 在課堂習(xí)題教學(xué)中滲透科學(xué)思維方法教育

物理學(xué)作為方法論代表的學(xué)科，有著豐富的思想方法，比如理想模型、外推法、比值定義法、控制變量法、等效替代法等等，應(yīng)將這些方法滲透在教學(xué)之中，內(nèi)化為學(xué)生自己解決問題的方法，成為學(xué)生核心素養(yǎng)的一部分[4].習(xí)題既是教學(xué)內(nèi)容的重要組成部分，又是滲透科學(xué)思維方法的重要途徑.因此，為了在物理課堂教學(xué)中更好地落實科學(xué)方法教育，筆者認(rèn)為教師首先要明確每節(jié)課的課堂習(xí)題的設(shè)計意圖，有針對性地發(fā)展學(xué)生某方面的核心素養(yǎng).

在“體積的測量”一課中，教師在“拓展思考”練習(xí)環(huán)節(jié)設(shè)計了以下三個思考題.

思考1：一張紙的體積如何測量？

思考2：科學(xué)發(fā)展到今天，人類已經(jīng)掌握了許多測量天體的方法.有人利用地面樹蔭下的光斑來估測太陽的體積：測得樹蔭下的圓形光斑的直徑2.8cm，光斑到樹蔭的間隙距離為3m.已知太陽到地球的距離為1.5×1011m，估算太陽的體積（如圖1所示）.

思考3：大石牌的體積如何測量？

以上三道課堂拓展思考題中“一張紙張的體積如何測量”一題，旨在引導(dǎo)學(xué)生抓住有關(guān)等效的特點，運用“轉(zhuǎn)換”的等效思維分析和解答相關(guān)的物理問題.這也是對本節(jié)課的重要科學(xué)方法——“等積轉(zhuǎn)換”的等效替代法的鞏固和遷移.在解答物理問題的過程中的應(yīng)用，發(fā)展學(xué)生能力、提高學(xué)生素養(yǎng).拓展思考題2，一方面加強數(shù)理邏輯的訓(xùn)練和培訓(xùn)，提升運用數(shù)學(xué)知識解決物理問題的能力，注意到不同學(xué)科知識之間的聯(lián)系和滲透.在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計時，考慮各內(nèi)容之間的關(guān)系，以統(tǒng)籌安排各節(jié)課之間的銜接點，有利于具體目標(biāo)的整合，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展.拓展思考題3正是為下一節(jié)密度知識的應(yīng)用做鋪墊，讓學(xué)生知道還可以根據(jù)質(zhì)量和密度來測量物體的體積，探索永無止境.

4 以“具象圖”為工具，可視化思維過程

目前，物理教學(xué)改進(jìn)的重要方向是引導(dǎo)學(xué)生關(guān)聯(lián)整合所學(xué)的知識，發(fā)展物理核心素養(yǎng)[5].新思維具象法（New Thinking Visualization）是指通過深入地理解性邏輯與結(jié)構(gòu)化思考，借助擬人化或擬物化的圖形方式，將原本看不見的、抽象的學(xué)科知識的邏輯關(guān)聯(lián)、結(jié)構(gòu)以及思維路徑轉(zhuǎn)化成為看得見的、具象化的圖形表達(dá)，從而達(dá)到物理知識架構(gòu)與物理思維邏輯架構(gòu)的高度融合與統(tǒng)一以及思維可視化與知識可視化的統(tǒng)一.

在教學(xué)的“課堂總結(jié)”環(huán)節(jié)，教師運用具象法進(jìn)行板書設(shè)計和課堂總結(jié)，如圖2所示.

通過具物化的實驗探究過程，訓(xùn)練具象思維，構(gòu)建具象圖.在構(gòu)建具象圖的過程中，將知識生動地呈現(xiàn)在一只“蝴蝶”上， 幫助學(xué)生建立更加完善、 合理的物理知識體系，促進(jìn)學(xué)生物理學(xué)習(xí)能力和效率的提高.還會產(chǎn)生有“見碟如見課”的效果.因此，物理教師在課堂教學(xué)中要有意識引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)中應(yīng)用“新思維具象法”，幫助學(xué)生更好感知和把握知識的內(nèi)在聯(lián)系，形成良好的思考習(xí)慣.這會大大提高物理教學(xué)實效.

5 結(jié)語

“體積的測量”一課是以發(fā)展學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)中“科學(xué)思維”這一要素為著力點，具體化教學(xué)目標(biāo).根據(jù)需要整合教學(xué)內(nèi)容，深入挖掘了每個教學(xué)內(nèi)容的教育價值.在教學(xué)的各個環(huán)節(jié)中滲透科學(xué)思維方法教育，促進(jìn)高效的核心素養(yǎng)課堂建構(gòu).最后，我們認(rèn)為，實施物理核心素養(yǎng)為導(dǎo)向的物理教學(xué)，需要物理老師具體去分析每節(jié)課在促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展中所起得作用，明確每一節(jié)課主要發(fā)展學(xué)生哪些方面的核心素養(yǎng).在確定教學(xué)目標(biāo)之后，深入整合教學(xué)內(nèi)容，研究構(gòu)建核心素養(yǎng)課堂的建構(gòu)和落實的策略.只要這樣，發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)才不會成為空談.

參考文獻(xiàn)：

[1] 胡衛(wèi)平. 物理學(xué)科核心素養(yǎng)的建構(gòu)[J]. 中學(xué)物理教學(xué)參考， 2017（13）： 1-3.

[2] 王高. 融入物理學(xué)史 培育核心素養(yǎng)[J]. 物理教師， 2017（11）： 26-30.

[3] 林欽，陳峰，宋靜. 關(guān)于核心素養(yǎng)導(dǎo)向的中學(xué)物理教學(xué)的思考[J]. 課程·教材·教法， 2015（12）： 90-95.

[4] 沈金林. 基于核心素養(yǎng)導(dǎo)向的物理習(xí)題教學(xué)策略[J]. 物理教學(xué)， 2017（4）： 2-6.

[5] 郭玉英，姚建欣，張玉峰，等. 基于學(xué)生核心素養(yǎng)的物理學(xué)科能力研究[M]. 北京：北京師范大學(xué)出版社，2017.