讓過程精彩，培養(yǎng)物理核心素養(yǎng)

葉振

摘要：根據(jù)新課程標(biāo)準(zhǔn)，物理概念的教學(xué)應(yīng)該注重物理概念的形成過程，凸顯物理課程對(duì)于提高核心素養(yǎng)的育人價(jià)值。本文以《追尋守恒量——能量》為例，主要論述基于物理核心素養(yǎng)下物理概念教學(xué)的實(shí)施策略。

關(guān)鍵詞：物理概念教學(xué);核心素養(yǎng)

在傳統(tǒng)教學(xué)中，物理教師普遍關(guān)注概念“是什么”和“怎么用”，而不太注重“為什么要引入某個(gè)概念”、“它是怎么提出來的”，把教學(xué)的重點(diǎn)放在物理概念的落實(shí)上，而忽視了概念的形成過程。這樣的教學(xué)方式有許多弊端：其一，學(xué)生缺乏對(duì)概念最本源的理解，體會(huì)不到物理學(xué)的精髓。其二，根據(jù)《標(biāo)準(zhǔn)》，物理教學(xué)不是為了灌輸學(xué)生多少知識(shí)，而是在于通過具體物理知識(shí)的學(xué)習(xí)應(yīng)達(dá)成正確價(jià)值觀、必備品格和關(guān)鍵能力。因此，教師要轉(zhuǎn)變觀念，物理概念的教學(xué)應(yīng)該從物理概念的知識(shí)本位轉(zhuǎn)變到提高核心素養(yǎng)的育人目標(biāo)上來。

物理概念的教學(xué)，應(yīng)該以物理概念為載體，注重概念的形成過程，在概念形成的全過程中挖掘物理概念所蘊(yùn)含的思維方式、認(rèn)識(shí)方法和價(jià)值觀?；谏鲜龅乃伎?，在概念的形成過程中應(yīng)該落實(shí)以下幾個(gè)問題：

1、為什么要引入物理概念，其物理意義是什么？

2、怎樣進(jìn)行研究的，學(xué)生將會(huì)運(yùn)用哪些科學(xué)思維和方法？

3、最終形成的概念是怎么樣的，其內(nèi)涵和外延分別又是什么？

4、概念有什么重要的應(yīng)用價(jià)值？

筆者以人教版高中物理必修2第七章第一節(jié)“追尋守恒量——能量”為例，談?wù)勛约喝绾温鋵?shí)能量概念的形成過程。

一、引入鋪墊物理概念

任何一個(gè)物理概念，都是人類在長期的歷史實(shí)踐中，逐步形成和發(fā)展起來的。教育重演論指出，學(xué)生個(gè)體的認(rèn)識(shí)過程與人類研究科學(xué)的過程存在一定的相似性，是對(duì)人類研究科學(xué)過程的“重演”。倘若我們忽略了概念形成的來龍去脈，會(huì)導(dǎo)致學(xué)生缺乏對(duì)概念本源的認(rèn)識(shí)，造成知識(shí)應(yīng)用和知識(shí)遷移產(chǎn)生思維上的障礙。當(dāng)然，教師不一定需要引入和詮釋與概念相關(guān)的物理學(xué)史，但需要讓學(xué)生在物理概念提出的原始環(huán)境中去體驗(yàn)和感悟“為什么為引入概念”，回歸概念的本源，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

教學(xué)片段1：體驗(yàn)生活中守恒的規(guī)律

在物理學(xué)中，能量的概念是在人類追尋“守恒量是什么”的過程中發(fā)展起來的。為了讓學(xué)生更本質(zhì)、更全面地認(rèn)識(shí)能量的概念，形成一個(gè)清晰、全面的“能量觀”，教師需要在能量概念提出之前，滲透守恒的思想。如圖1所示，筆者設(shè)置了4個(gè)不同的情景，讓學(xué)生經(jīng)歷對(duì)守恒量的認(rèn)識(shí)和分析過程，在學(xué)生心中埋下物理守恒思想的種子，為引入能量的概念作充分的準(zhǔn)備，為能量的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

教學(xué)片段2：重溫伽利略理想斜面實(shí)驗(yàn)

能量概念形成和發(fā)展經(jīng)歷了一個(gè)漫長的歷史過程，比如400多年前的伽利略理想斜面實(shí)驗(yàn)中就隱含了機(jī)械能守恒的思想。如圖2所示，在本節(jié)課的教學(xué)中，筆者以它為具體情景，構(gòu)建能量概念。

如圖2所示，將小球從第一個(gè)斜面某一高度由靜止釋放，小球滾上了第二個(gè)斜面，如果摩擦阻力可以忽略不計(jì)，小球?qū)⑶『脻L到了原來的高度;改變第二個(gè)斜面的傾角，小球好像有“記性”一樣，總是能夠滾到原來的高度。請(qǐng)學(xué)生大膽猜想與假設(shè)，為什么小球好像有“記性”一樣，總是能夠滾到原來的高度？

二、自主形成物理概念

物理概念是科學(xué)思維和實(shí)驗(yàn)探究的產(chǎn)物，人們首先通過觀察，然后進(jìn)行有目的的科學(xué)思維和實(shí)驗(yàn)探究，自主形成物理概念。教師引導(dǎo)學(xué)生思考：如何創(chuàng)設(shè)問題情景，培養(yǎng)學(xué)生的問題意識(shí);怎樣促成自主探究，培養(yǎng)學(xué)生理論探究物理問題的能力;怎樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究的能力;怎樣組織討論，促進(jìn)學(xué)生對(duì)概念的自我構(gòu)建。

活動(dòng)1：邏輯推理，理論追尋守恒量。

從速度和高度“此消彼長”的關(guān)系入手，學(xué)生猜測(cè)這個(gè)不變量可能與速度和高度相關(guān)。學(xué)生分組討論，教師循序漸進(jìn)地引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考：這個(gè)守恒量的具體表達(dá)式應(yīng)該包含哪些物理量？怎樣去說明小球在運(yùn)動(dòng)過程中有一個(gè)關(guān)于速度和高度的量守恒不變？建立什么樣的具體情景？需要假設(shè)哪些物理量？……教師通過創(chuàng)設(shè)目的指向明確的問題，引導(dǎo)學(xué)生自我創(chuàng)設(shè)理論探究的物理情景。在此基礎(chǔ)之上，學(xué)生獨(dú)立思考，采用的探究方法并進(jìn)行推導(dǎo)演算，得到反映物理規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式，得出結(jié)論。

如圖3所示，建立一個(gè)光滑的傾斜斜面，假設(shè)小球從斜面頂端靜止釋放，運(yùn)動(dòng)到底端。在斜面上取任意的兩個(gè)位置1和2，假設(shè)對(duì)應(yīng)的高度分別為h1、h2，小球經(jīng)過它們時(shí)的速度分別為v1和v2。尋找在兩個(gè)位置上關(guān)于速度和高度的某個(gè)量相等，即為所追尋的守恒量。

結(jié)論：2gh+v2就是小球運(yùn)動(dòng)過程中的守恒量。

學(xué)生往往最缺乏的就是建模能力，造成這種缺失的原因在于應(yīng)試教育下的物理教學(xué)遠(yuǎn)離了物理學(xué)的源頭，學(xué)生接觸到更多的是一些“純物理問題”，對(duì)原始物理問題的思考少之又少。從自主創(chuàng)設(shè)物理情景到邏輯推理的滲透，通過精心設(shè)置的提問，將一個(gè)原始物理問題轉(zhuǎn)變?yōu)橥耆问交?、符?hào)化的數(shù)學(xué)模型，讓學(xué)生在思考與討論中形成批判性和創(chuàng)造性思維，充分鍛煉物理模型構(gòu)建的能力，在科學(xué)推理和科學(xué)論證的思維過程中踐行物理教學(xué)對(duì)于培養(yǎng)物理核心素養(yǎng)的功能。

活動(dòng)2：實(shí)驗(yàn)探究，驗(yàn)證守恒量

基于理論探究的結(jié)果，師生合作，著力于實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，思考需要測(cè)量哪些物理量、用到哪些實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)該如何處理和分析等一系列問題。具體實(shí)驗(yàn)操作的部分由學(xué)生分組完成，教師進(jìn)行適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)即可。

在傳統(tǒng)教學(xué)中，教師往往在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中預(yù)先設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、器材?zhǔn)備、操作步驟、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等等，學(xué)生只需“照?qǐng)D施工”，弱化了學(xué)生實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)性，使探究實(shí)驗(yàn)流于形式。為了促進(jìn)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的達(dá)成，我們可以對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方式方法進(jìn)行優(yōu)化，讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制定方案、獲取和處理信息、基于證據(jù)得出結(jié)論并作出解釋，這種開放性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)更能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和研究物理知識(shí)的積極性，不僅鍛煉了學(xué)生科學(xué)思維能力、自主探究能力、團(tuán)結(jié)協(xié)作能力、分析問題和解決問題的實(shí)踐能力，也培養(yǎng)了學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新的精神和嚴(yán)謹(jǐn)、事實(shí)求是的態(tài)度，切實(shí)提升學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。

活動(dòng)3：推廣修正，生成能量概念

以學(xué)生探究得到的守恒量2gh+v2為切入點(diǎn)，進(jìn)一步交流討論，引出能量的概念。

在自主生成概念的過程中，學(xué)生經(jīng)歷了觀察現(xiàn)象→大膽猜想與假設(shè)→邏輯推理→實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證→得出結(jié)論→對(duì)結(jié)論進(jìn)行推廣和修正六個(gè)過程，自然而然地吸收了能量的概念，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)將守恒的思想、能量的概念根植在腦海中。學(xué)生頭腦中能量概念的形成過程，同時(shí)也是經(jīng)歷科學(xué)探究、掌握科學(xué)方法，訓(xùn)練科學(xué)思維，培養(yǎng)質(zhì)疑創(chuàng)新精神，養(yǎng)成科學(xué)態(tài)度的過程。

三、深化理解物理概念

學(xué)生對(duì)物理概念的認(rèn)識(shí)要經(jīng)歷一個(gè)由淺入深、由簡到繁、由表及里的過程。物理概念在學(xué)生頭腦中建立形成后，需要鞏固應(yīng)用和反復(fù)思考，嘗試運(yùn)用概念解釋自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問題，領(lǐng)悟概念的科學(xué)內(nèi)涵和引用價(jià)值。

該片段的教學(xué)、活動(dòng)，著力鞏固和內(nèi)化能量守恒的規(guī)律。學(xué)生觀察和分析具體的實(shí)驗(yàn)與事例，體驗(yàn)?zāi)芰哭D(zhuǎn)化 與守恒。在圖4的甲、乙兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生觀察到了看似違背能量守恒的現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)守恒觀念進(jìn)行反思，對(duì)現(xiàn)象作出了大膽地質(zhì)疑，并提出了自己的想法并作出了合理的解釋，從而認(rèn)識(shí)到能量轉(zhuǎn)化與守恒的普遍性，任何違背能量守恒的現(xiàn)象都不可能發(fā)生，強(qiáng)化學(xué)生頭腦中的能量概念。在圖丙中，從能量的角度解釋實(shí)際生活中的現(xiàn)象，同樣也是為了加深對(duì)能量概念的理解。

總之，物理概念的教學(xué)應(yīng)該從“重知識(shí)”向“重過程”轉(zhuǎn)變，在體驗(yàn)物理現(xiàn)象的過程中引入概念，在科學(xué)思維和實(shí)驗(yàn)探究的過程中建立概念，在應(yīng)用和反思的過程中強(qiáng)化對(duì)概念的理解，把培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)融于物理概念建立之中。