核心素養(yǎng)導(dǎo)向下物理科學(xué)方法的教學(xué)探討

羅杏姬

(廣東省廣州市第五中學(xué)，廣東 廣州 510220)

隨著課改的深化，物理科學(xué)方法教育無疑成為幫助學(xué)生形成正確物理觀念、培養(yǎng)良好思維品質(zhì)、提高學(xué)生探究能力的重要環(huán)節(jié)。我國物理科學(xué)方法教育方式經(jīng)過了由滲透到明了、由隱性向顯性過渡的不斷發(fā)展的過程。相關(guān)研究表示：對比隱性教學(xué)帶來的弊端，物理科學(xué)方法教育應(yīng)采用顯性的教學(xué)方式，顯性教學(xué)是指在進(jìn)行科學(xué)方法教育時(shí)，明確指出這種科學(xué)方法的名稱，傳授有關(guān)該方法的知識，揭示方法的形式，挖掘方法的內(nèi)涵，說明方法的使用條件，學(xué)生將有意識地接受科學(xué)方法訓(xùn)練。本文調(diào)查統(tǒng)計(jì)了高中生常用的科學(xué)方法，根據(jù)調(diào)查結(jié)果進(jìn)行討論與分析，旨在為科學(xué)方法顯性教育提供可供參考的依據(jù)和建議。

1 調(diào)查結(jié)果

筆者以廣州市某中學(xué)高一、高二年級(理科班)的917名學(xué)生為研究對象，調(diào)查學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中最常用到的科學(xué)方法。圖1是高中生常用科學(xué)方法調(diào)查統(tǒng)計(jì)圖，結(jié)果顯示：學(xué)生頭腦中反應(yīng)出的科學(xué)方法數(shù)量較少，其中22.90%學(xué)生只填寫了1個(gè)科學(xué)方法、填寫2-3個(gè)科學(xué)方法的學(xué)生占58.23%，而能寫出3個(gè)上的科學(xué)方法的學(xué)生僅占9.81%。從科學(xué)方法類別來看，邏輯思維類和物理學(xué)科類方法被提及數(shù)較少；在有關(guān)實(shí)驗(yàn)的方法中，學(xué)生對控制變量法的記憶深刻，68.70%學(xué)生會想到控制變量法。

圖1

2 問題與討論

2.1 學(xué)生對科學(xué)方法的認(rèn)識不完全

根據(jù)圖式理論，知識與方法在學(xué)生頭腦中是以圖式的形式儲存的。如果圖式結(jié)構(gòu)良好，當(dāng)學(xué)生在受到問題情景的刺激時(shí)，會首先提取頭腦中熟悉的圖式用以解決問題。學(xué)生能在簡單問題情景下有效激活頭腦中的科學(xué)方法，說明這些科學(xué)方法的圖式在結(jié)構(gòu)上是相對完好的，在實(shí)際解決問題中是學(xué)生能較快提取的。學(xué)生寫不出科學(xué)方法的名稱并不能說明他沒有掌握該科學(xué)方法，但在某種程度上可以認(rèn)為這些沒有被提及的科學(xué)方法并沒有很好地納入到學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中。

2.2 學(xué)生頭腦中能反映出的科學(xué)方法極少

由調(diào)查結(jié)果可以看到，能寫出3個(gè)及以上的科學(xué)方法名稱的學(xué)生僅占32.47%，而高中階段常見的科學(xué)方法不少于30個(gè)。造成這種現(xiàn)象最重要的原因是老師、學(xué)生對科學(xué)方法的學(xué)習(xí)不太重視，雖然三維目標(biāo)中有一個(gè)是過程與方法，但是在課堂教學(xué)中教師和學(xué)生更重視物理知識的掌握和解題的應(yīng)試技巧；其次，教師在教學(xué)中并沒有顯化科學(xué)方法的意識，隱性的科學(xué)方法教學(xué)容易導(dǎo)致學(xué)生對科學(xué)方法的認(rèn)識比較模糊；再者，許多教師在講解科學(xué)方法時(shí)只是簡單提及，并沒有聯(lián)系實(shí)際問題或者相關(guān)物理知識，導(dǎo)致學(xué)生很難掌握科學(xué)方法。

2.3 絕大多數(shù)學(xué)生都能提及控制變量法

由調(diào)查結(jié)果可知，被提及最多的科學(xué)方法就是控制變量法，68.7%的學(xué)生能夠想到，有20.1%的學(xué)生只記得控制變量法。因?yàn)樵诔踔袑W(xué)習(xí)物理開始，最先接觸的科學(xué)方法就是控制變量法，當(dāng)時(shí)教師在授課時(shí)會反復(fù)強(qiáng)調(diào)，此外更重要的原因是控制變量法在初中物理的考試中經(jīng)常出現(xiàn)。

2.4 學(xué)生年級越高，想到的科學(xué)方法越少

由不同年級學(xué)生的差異性分析可以知道，高二年級學(xué)生頭腦中的科學(xué)方法比高一年級要少，且在實(shí)驗(yàn)和思維方法方面都有所減弱。也有研究者發(fā)現(xiàn)：高中階段學(xué)生的創(chuàng)造性思維呈下降趨勢。在應(yīng)試教育的背景下，學(xué)生年級越高，學(xué)習(xí)壓力越大，大多數(shù)學(xué)生會投身到題海之中，他們更注重?cái)?shù)學(xué)方法和解題技巧，對科學(xué)方法的關(guān)注不夠；其次，高二的物理教學(xué)與高一不同，教師會將更多的重心放在物理知識上，容易忽視科學(xué)方法教育。

3 教學(xué)建議

3.1 重視科學(xué)方法考查，開發(fā)相應(yīng)測試題庫

在調(diào)查中，學(xué)生寫出的科學(xué)方法較少，很大程度上源于教師和學(xué)生對科學(xué)方法的不重視。想要提高他們對科學(xué)方法的重視程度，最有效的方法就是將科學(xué)方法納入考試范疇。編制的測試題不應(yīng)是科學(xué)方法的單獨(dú)考查，而應(yīng)結(jié)合問題情景、常用策略、重要物理概念等要素進(jìn)行編寫。例如，比值定義法是在建構(gòu)物理概念過程中常用的科學(xué)方法，因此在編制測試題時(shí)，可以將物理概念加入選擇題的選項(xiàng)中，不僅考查了學(xué)生對物理概念和科學(xué)方法的認(rèn)識，還考查了學(xué)生的信息檢索能力和發(fā)散性思維。

例1：我們把電容器所帶的電量與兩極板間電勢差的比值叫電容，電容C是描述電容器儲存電荷本領(lǐng)大小的物理量，在建立電容概念的過程中我們應(yīng)用到了比值定義法。下列哪些物理概念中同樣是應(yīng)用“比值定義法”獲得的有( )。

3.2 注重將科學(xué)方法與物理知識、問題情景相聯(lián)系的顯性教學(xué)

在物理知識點(diǎn)的建立、引申和擴(kuò)展中，知識點(diǎn)與知識點(diǎn)之間的聯(lián)結(jié)處，一定會體現(xiàn)物理科學(xué)方法。因此科學(xué)方法的教學(xué)應(yīng)與情景問題、物理知識有機(jī)融合，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)散思考，將科學(xué)方法有效納入學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)中。例如，我們知道萬有引力定律中常數(shù)G是由英國物理學(xué)家卡文迪許通過扭秤實(shí)驗(yàn)測得，實(shí)驗(yàn)應(yīng)用了放大法。教師在教學(xué)中如果只是簡單提及放大法，不會給學(xué)生留下深刻的印象。因此，在梳理新知識的基礎(chǔ)上，創(chuàng)設(shè)問題情景：“中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中有哪些是應(yīng)用了放大法？”引發(fā)學(xué)生思考，將新舊知識聯(lián)系起來，再通過新、舊實(shí)驗(yàn)的歸納，總結(jié)出放大法的應(yīng)用情景和使用方式(如圖2)。將科學(xué)方法與新、舊物理知識有機(jī)結(jié)合，可幫助學(xué)生構(gòu)建完整的知識結(jié)構(gòu)體系。

圖2

3.3 突出科學(xué)方法的教學(xué)，深化重要概念的理解

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》強(qiáng)調(diào)物理觀念的形成與培養(yǎng)，而物理觀念的建構(gòu)需要學(xué)生在理解的基礎(chǔ)上，構(gòu)建出以大概念為核心的知識體系。每個(gè)物理概念的構(gòu)建，都需要突出其物理本質(zhì)，幫助學(xué)生切實(shí)認(rèn)識物理原理，深化學(xué)生的物理觀念。例如，在建立功的概念時(shí)，學(xué)生需掌握兩種定義方式，一種是從功能關(guān)系(功是能量轉(zhuǎn)化的量度)角度做定義，一種則是通過乘積定義法，根據(jù)功的計(jì)算公式W=F·s(把力和在力的方向上移動(dòng)的距離的乘積叫做功)做定義。乘積定義法體現(xiàn)“積累”的本質(zhì)，要求相乘的兩個(gè)或幾個(gè)因素缺一不可,否則累積量為零。這也是為什么在力的方向上沒有位移，或力與位移方向垂直時(shí)做功為零的原因。因此，在功的教學(xué)中突出乘積定義法的教學(xué)，不僅能夠幫助學(xué)生理解抽象概念，更能切實(shí)體會物理概念的本質(zhì)含義。

3.4 緊抓課堂小結(jié)的板書整理，加強(qiáng)思維方法的訓(xùn)練

思維方法滲透在教學(xué)中的各個(gè)環(huán)節(jié)，將思維方法顯性化需要學(xué)生在教學(xué)過程中加以總結(jié)歸納，并有效提煉。而課堂中，學(xué)生的注意力大多聚集在知識點(diǎn)上，想要提煉思維方法，教師可注重課堂小結(jié)的歸納整理，引導(dǎo)學(xué)生梳理課堂脈絡(luò)，總結(jié)思維方法。圖3是庫侖定律一課的課堂小結(jié)板書，教師整理學(xué)習(xí)脈絡(luò)，引導(dǎo)學(xué)生提取科學(xué)方法，將知識與方法相結(jié)合，深化學(xué)生理解，同時(shí)也能令新、舊知識得到有效結(jié)合，構(gòu)建知識體系。

圖3

總之，顯性的教學(xué)方式可使學(xué)生更好地掌握科學(xué)方法，在實(shí)際教學(xué)中教師應(yīng)深挖知識獲取與應(yīng)用過程中的科學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)提煉，有效培養(yǎng)其核心素養(yǎng)。