顯化科學(xué)方法教學(xué)培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng)

摘要：隨著新課程改革的深入，傳統(tǒng)的課程標(biāo)準(zhǔn)體系逐漸向以個(gè)人終身發(fā)展、終身學(xué)習(xí)為主體的核心素養(yǎng)模式轉(zhuǎn)化，核心素養(yǎng)成為新課程改革深化的新目標(biāo).在物理概念和物理規(guī)律的教學(xué)中有意識(shí)地顯化科學(xué)方法教育，是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的途徑之一.

關(guān)鍵詞：高中物理 ；核心素養(yǎng) ；科學(xué)方法

基金項(xiàng)目：2017年度甘肅省“十三五”教育科學(xué)規(guī)劃課題“物理學(xué)科核心素養(yǎng)教學(xué)實(shí)踐研究”，項(xiàng)目編號(hào)：GS[2017]GHB3252.

作者簡(jiǎn)介：施曉紅（1971-），男，甘肅張掖人，教育碩士，中學(xué)高級(jí)教師，研究方向：高中物理學(xué)科核心素養(yǎng)教學(xué)實(shí)踐.

隨著新課程改革的深入，以學(xué)科知識(shí)結(jié)構(gòu)為核心的傳統(tǒng)課程標(biāo)準(zhǔn)體系逐漸向以個(gè)人終身發(fā)展、終身學(xué)習(xí)為主體的核心素養(yǎng)模式轉(zhuǎn)化，發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)成為新課程改革深化的新目標(biāo).

在教育部2017版的《普通高中物理學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)》中，明確指出：中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)是黨的教育方針的具體化、細(xì)化.“普通高中的培養(yǎng)目標(biāo)是進(jìn)一步提升學(xué)生綜合素質(zhì)，著力發(fā)展核心素養(yǎng)，使學(xué)生具有科學(xué)文化素養(yǎng)和終身學(xué)習(xí)能力，具有自主發(fā)展能力和溝通合作能力” [1] .

物理學(xué)科的核心素養(yǎng)是學(xué)生在接受物理教育過(guò)程中逐步形成的適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力，是學(xué)生通過(guò)物理學(xué)習(xí)內(nèi)化的帶有物理學(xué)科特性的品質(zhì)，是學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的關(guān)鍵成分.主要包括：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.物理核心素養(yǎng)的四個(gè)方面是相互聯(lián)系、共同發(fā)展的.

本文僅就高中物理核心素養(yǎng)之中的科學(xué)思維的培養(yǎng)談一點(diǎn)淺見(jiàn).

物理科學(xué)思維蘊(yùn)含在具體的物理思維方法之中，而顯化物理科學(xué)方法，能有效地發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維、培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng).下面以高一教學(xué)中涉及的物理思維方法教育為例.

1理想模型法

在高中物理必修一（人教版）第一章第一節(jié)“質(zhì)點(diǎn) 參考系 坐標(biāo)系”中，學(xué)生第一次接觸理想模型法.教師應(yīng)該在第一節(jié)和第一章教學(xué)后反復(fù)滲透強(qiáng)化理想模型法在學(xué)生頭腦中的認(rèn)識(shí)和作用：理想模型法是物理學(xué)研究問(wèn)題的一種基本研究方法，也是中學(xué)物理解題的一種常用方法.這種方法把所研究的物理對(duì)象、物理過(guò)程等進(jìn)行科學(xué)地抽象，抓住主要因素，拋棄和忽略次要因素、無(wú)關(guān)因素，使人們能集中全力掌握研究對(duì)象在某些方面表現(xiàn)出的本質(zhì)特征或運(yùn)動(dòng)規(guī)律.事實(shí)證明，這是一種研究和解決物理問(wèn)題的有效方法.

從高一開(kāi)始反復(fù)滲透，學(xué)生在理解后繼課程中的勻變速直線運(yùn)動(dòng)、自由落體運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)、勻速圓周運(yùn)動(dòng)、質(zhì)點(diǎn)、點(diǎn)電荷、理想氣體、光線等理想化模型時(shí)會(huì)越來(lái)越輕松、自然，從而提高自己終生學(xué)習(xí)的能力.

2等效法

在高中物理必修一（人教版）第一章第三節(jié)“運(yùn)動(dòng)快慢的描述—速度”中關(guān)于“平均速度”概念的教學(xué).教材中給出的平均速度表達(dá)式與前面速度的表達(dá)式在形式上完全一樣，但在理解上有差別.

教材并沒(méi)有往清楚里說(shuō)，就需要教師來(lái)補(bǔ)充和挖掘.平均速度的定義用到了等效的思想：把實(shí)際的變速直線運(yùn)動(dòng)假想成勻速直線運(yùn)動(dòng)，該勻速直線運(yùn)動(dòng)的位移和時(shí)間與實(shí)際直線運(yùn)動(dòng)的平均快慢程度（變速直線運(yùn)動(dòng)）完全相同，即兩者等效.那么，該勻速直線運(yùn)動(dòng)的速度就用來(lái)表示實(shí)際的變速直線運(yùn)動(dòng).這樣平均速度的表達(dá)式就與前面速度的表達(dá)式在形式上完全一樣了.

等效方法，是“在保證某些特定方面效果相同的前提下，用理想的、熟悉的、簡(jiǎn)單的事物代替實(shí)際的、陌生的、復(fù)雜的事物進(jìn)行研究的方法”.

等效方法，是一種在科學(xué)研究中的實(shí)際 “操作”方法，這種操作貫穿在所有的研究過(guò)程中，它的核心是“保持某些特定方面效果相同”.等效方法的最杰出運(yùn)用案例就是愛(ài)恩斯坦建立在“重力與加速度等效”思想上的廣義相對(duì)論的創(chuàng)立.在中學(xué)物理中，概念的歸納、規(guī)律的得出，無(wú)不涉及到等效方法.而學(xué)生頭腦中有了“等效思想”的理解，在后繼教學(xué)中的“重心”“合力”“分力”“運(yùn)動(dòng)的合成與分解”“交流的有效值”等概念、氣體的狀態(tài)變化過(guò)程可以進(jìn)行等效變換，用特殊變化過(guò)程替代任意變化過(guò)程，電學(xué)中的等效電路、電磁感應(yīng)中的等效切割長(zhǎng)度等物理概念的形成自然會(huì)水到渠成，既減輕了學(xué)生的思維負(fù)擔(dān)，又培養(yǎng)了學(xué)生終身學(xué)習(xí)的能力，即培養(yǎng)了學(xué)生的核心素養(yǎng).

3微元法

在高中物理必修一（人教版）第二章第三節(jié)“勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位移與時(shí)間的關(guān)系”的教學(xué)中.教材的編寫(xiě)意圖是由勻速直線運(yùn)動(dòng)的v-t圖線面積的物理意義來(lái)猜想勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位移：應(yīng)用勻速直線運(yùn)動(dòng)的結(jié)論，把勻變速直線運(yùn)動(dòng)的時(shí)間劃分成無(wú)數(shù)小段，這樣每一小段內(nèi)物體的運(yùn)動(dòng)可近似地看成勻速直線運(yùn)動(dòng)，那么所有的小矩形的面積之和就代表做勻變速運(yùn)動(dòng)物體的位移.為了進(jìn)一步減小誤差，只有把每一小段時(shí)間分的更短，假如把整個(gè)過(guò)程的時(shí)間分成無(wú)數(shù)微小的時(shí)間間隔，在每一個(gè)微小的時(shí)間間隔內(nèi)，速度的變化非常小，假如分得足夠小，就可認(rèn)為在每一個(gè)微小的時(shí)間間隔內(nèi)速度不變，這樣，就可將每一個(gè)微小時(shí)段按勻速直線運(yùn)動(dòng)來(lái)處理，這樣，所有小矩形的面積之和就越來(lái)越接近于圖線與坐標(biāo)軸圍成的面積了，可以大膽地推測(cè)，如果沒(méi)有誤差，兩者相等.這種思維方法就是微元法.

微元法是分析、解決物理問(wèn)題中的常用方法，也是從部分到整體的思維方法.這種方法的核心是為了應(yīng)用已知結(jié)論解決復(fù)雜問(wèn)題而將研究對(duì)象或過(guò)程進(jìn)行無(wú)限分割，找到規(guī)律，再累計(jì)求和，達(dá)到了解整體.如后繼教學(xué)中：一般的曲線運(yùn)動(dòng)的處理，重力做功特點(diǎn)的歸納，用電場(chǎng)的疊加原理處理一般帶電體問(wèn)題等都用到了微元法.使用此方法可以處理比較復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)問(wèn)題、變力做功問(wèn)題、多過(guò)程問(wèn)題，在本節(jié)教學(xué)中有意識(shí)地顯化這種方法的教學(xué)，給學(xué)生滲透微元的思想，可以極大地提高學(xué)生解決復(fù)雜問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力.

4圖象法

在高中物理必修一（人教版）第一章第四節(jié)“實(shí)驗(yàn)：用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度”中“用圖象表示速度”，是高一學(xué)生第一次接觸物理圖象，從一開(kāi)始就引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)圖象的作用和優(yōu)點(diǎn)，重視物理圖象.一個(gè)物理過(guò)程的變化往往可以用幾個(gè)物理量的變化去描述，這些物理量之間的內(nèi)在聯(lián)系就反映了這一物理變化的規(guī)律.物理規(guī)律用函數(shù)式表示就是物理公式，若用函數(shù)圖象表示就是物理圖象.物理圖象能形象、直觀地表達(dá)物理量間的關(guān)系，能方便地表示一些實(shí)驗(yàn)規(guī)律，還能清晰地顯示物理動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，使物理問(wèn)題簡(jiǎn)單明了.運(yùn)用物理圖象解決問(wèn)題可把“數(shù)”轉(zhuǎn)化為“形”，用幾何量代替物理量，把復(fù)雜的代數(shù)運(yùn)算轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的幾何運(yùn)算，從而使解題過(guò)程簡(jiǎn)潔迅速，達(dá)到化難為易、化繁為簡(jiǎn)的目的.

因此，運(yùn)用圖象法解決問(wèn)題是培養(yǎng)運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決物理問(wèn)題的行之有效的科學(xué)思維方法.

5極限法

在高中物理必修一（人教版）第一章第三節(jié)“運(yùn)動(dòng)快慢的描述—速度”中關(guān)于“瞬時(shí)速度”概念的教學(xué).教材在介紹瞬時(shí)速度的概念時(shí)，首先從平均速度出發(fā)，提出從t到（t+△t）這段時(shí)間間隔內(nèi)，△t越小運(yùn)動(dòng)快慢的差異也就越小，運(yùn)動(dòng)的描述就越精確.然后，在此基礎(chǔ)上，再提出若△t趨向于零時(shí)，就可以認(rèn)為△t的平均速度就是t時(shí)刻的瞬時(shí)速度.這里就用到了“極限思想”.

所謂極限法，是指用極限概念分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的一種數(shù)學(xué)方法.極限法在現(xiàn)代數(shù)學(xué)以及物理等學(xué)科中有廣泛的應(yīng)用.例如，高中物理中的“瞬時(shí)速度”“瞬時(shí)加速度”等的定義就借助了極限的思想.在高一的物理概念教學(xué)中逐步滲透這種極限思想，為后繼的學(xué)習(xí)做了很好的鋪墊，也為學(xué)生升入大學(xué)的學(xué)習(xí)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，實(shí)際上為學(xué)生的終身發(fā)展奠定了基礎(chǔ).

除了以上科學(xué)方法外，還有整體法、隔離法、類(lèi)比法、假設(shè)法、估算法、近似法等科學(xué)方法，可以說(shuō)物理概念的形成和應(yīng)用，物理思維的形成，無(wú)一不涉及科學(xué)思維方法.從高一物理教學(xué)的第一個(gè)概念、第一個(gè)規(guī)律開(kāi)始就重視科學(xué)思維方法的介紹、滲透和應(yīng)用，對(duì)于發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維、培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng)會(huì)起到很大的作用，更加有利于學(xué)生的終身發(fā)展.

參考文獻(xiàn)：

[1]教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)[M].人民教育出版社，2017.