重視知識發(fā)生過程 培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)

辛亞

摘 要：核心素養(yǎng)對提升學(xué)生物理學(xué)業(yè)水平和長遠(yuǎn)發(fā)展都至關(guān)重要。要落實核心素養(yǎng)，就需要在教學(xué)中重視知識的發(fā)生過程，讓結(jié)論的得出水到渠成。教學(xué)中可以從“稀釋還原概念，體驗形成過程”“充分留白，探尋規(guī)律發(fā)現(xiàn)過程”“滲透方法，參與實驗設(shè)計過程”三種形式，讓學(xué)生經(jīng)歷知識的發(fā)生過程，可以實現(xiàn)學(xué)生對知識的深刻理解，對思想方法的透徹領(lǐng)悟。

關(guān)鍵詞：重視；發(fā)生過程；培養(yǎng)；核心素養(yǎng)

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2018）12-0071-3

核心素養(yǎng)對提升學(xué)生的物理學(xué)業(yè)水平和長遠(yuǎn)發(fā)展都至關(guān)重要。2017年新修訂的《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》[1]提出“高中物理課程是普通高中自然科學(xué)的一門基礎(chǔ)課程，旨在落實立德樹人根本任務(wù)，進(jìn)一步提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)，為學(xué)生的終身發(fā)展奠定基礎(chǔ)，促進(jìn)人類科學(xué)事業(yè)的傳承與社會的發(fā)展?！迸囵B(yǎng)物理學(xué)科核心素養(yǎng)要求從物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四個方面落實，而這離不開學(xué)生經(jīng)歷知識的發(fā)生過程，離不開對知識的深刻理解和牢固掌握。只有學(xué)生經(jīng)歷知識的發(fā)生過程，才能深刻理解知識，才能在學(xué)習(xí)過程中“形成關(guān)于物質(zhì)、運動與相互作用、能量等的基本認(rèn)識”，才能將“物理概念與規(guī)律等在頭腦中提煉與升華”，才具備“從物理學(xué)視角解釋自然現(xiàn)象和解決實際問題的能力”。只有學(xué)生經(jīng)歷知識的發(fā)生過程，才能夠?qū)崿F(xiàn)以知識為載體，讓學(xué)生的思維得到訓(xùn)練，逐步具備“模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新”等素養(yǎng)。學(xué)生經(jīng)歷知識的發(fā)生過程，才會逐步形成“基于觀察和實驗提出物理問題、形成猜想和假設(shè)、設(shè)計實驗與制訂方案、獲取和處理信息、基于證據(jù)得出結(jié)論并作出解釋，以及對科學(xué)探究過程和結(jié)果進(jìn)行交流、評估、反思的能力。”重視知識發(fā)生的過程才能“在認(rèn)識科學(xué)本質(zhì)，認(rèn)識科學(xué)·技術(shù)·社會·環(huán)境關(guān)系的基礎(chǔ)上，逐漸形成的探索自然的內(nèi)在動力，嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、實事求是和持之以恒的科學(xué)態(tài)度，以及遵守道德規(guī)范，保護(hù)環(huán)境并推動可持續(xù)發(fā)展的責(zé)任感?！盵1]總之，要落實學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，就離不開讓學(xué)生經(jīng)歷重視知識發(fā)生的過程，讓學(xué)生深刻理解知識。

1 稀釋還原概念，體驗形成過程

物理概念是物理教學(xué)的重要內(nèi)容，學(xué)生在概念的學(xué)習(xí)中可以很好地形成物理觀念，提升思維水平，并且領(lǐng)悟物理方法。但是，物理概念都是經(jīng)過抽象、概括，所以具有高度濃縮的特點，學(xué)生往往會覺得過于抽象而難以理解。為此，在進(jìn)行概念教學(xué)，尤其是核心概念的教學(xué)過程中，有必要對概念進(jìn)行稀釋、還原，讓學(xué)生體驗概念的形成過程，清楚為何要引入這一概念，如何定義概念，這一概念體現(xiàn)了什么思想方法。通過實驗與生活素材的引入，學(xué)生有了更多的感性認(rèn)識，學(xué)生感覺不再抽象，理解難度降低，為后續(xù)順利建立概念奠定基礎(chǔ)。

案例1：加速度概念的稀釋

加速度是高中階段的重要物理概念，是學(xué)生學(xué)習(xí)物理的分水嶺，很多學(xué)生在后續(xù)的物理學(xué)習(xí)中存在困難，與加速度這一重要概念理解不透徹存在很大關(guān)聯(lián)。為了夯實加速度概念的教學(xué)，可以利用演示實驗、聯(lián)系生活等策略積累學(xué)生的感性素材，達(dá)到稀釋概念的目的，并從生活中變化率的例子逐步過渡到速度的變化率，最后得出加速度的概念、定義式、單位、方向、物理意義等。從實驗、案例、生活中的類似情景出發(fā)，從“量”的變化率到速度的變化率，再到加速度的提出，循序漸進(jìn)，契合學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，契合學(xué)生的心理特點與認(rèn)知規(guī)律，這樣學(xué)生對知識、方法、思想都才會領(lǐng)悟得更透徹，這樣核心素養(yǎng)的培養(yǎng)才會落到實處。具體如下：

第一，給學(xué)生提供斜面和小車，讓學(xué)生感受小車在不同傾角的斜面上運動時速度變化的快慢，累積直覺經(jīng)驗。

第二，給學(xué)生提供運動員、飛機(jī)、汽車、火車等物體運動情況的視頻，并給它們的初末速度、時間賦值，讓學(xué)生感受生活中不同物體運動快慢的變化及變化的快慢。

第三，給學(xué)生提供生活中數(shù)量變化的例子，如溫度變化、房價變化、嬰兒身高變化等，讓學(xué)生感受到生活中“量”變化的多少及變化的快慢。并引導(dǎo)學(xué)生思考如何比較變化的多少和變化的快慢，得出變化率等于變化量除以發(fā)生這一變化的時間。

第四，引導(dǎo)學(xué)生比較運動員、飛機(jī)、汽車、火車誰的速度變化大？誰的速度變化快？如何比較變化的快慢？

第五，引導(dǎo)學(xué)生得到：比較速度變化（增加或者減少）快慢，就是比較單位時間內(nèi)速度的變化量，即用速度變化量除以時間。

第六，教師明確指出：速度的變化與時間的比值叫速度的變化率，物理上起了一個名稱叫“加速度”。

第七，引導(dǎo)學(xué)生嘗試用自己的語言表述加速度的概念和定義式。

第八，根據(jù)定義式a=■=■，引導(dǎo)學(xué)生思考加速度的單位和方向。

第九，首尾呼應(yīng)，明確加速度的物理意義，描述速度變化的快慢。

2 充分留白，探尋規(guī)律發(fā)現(xiàn)過程

規(guī)律教學(xué)是學(xué)生認(rèn)識和掌握物理規(guī)律的過程。規(guī)律認(rèn)知過程其實是構(gòu)建概念之間的聯(lián)系的過程，規(guī)律其實是高度濃縮的知識鏈接。進(jìn)行規(guī)律教學(xué)時，不應(yīng)該直接告訴學(xué)生結(jié)論，而應(yīng)該給學(xué)生充分的思考機(jī)會和時間，應(yīng)該讓學(xué)生充分經(jīng)歷探究規(guī)律的過程。對一個物理規(guī)律的探索可以引導(dǎo)學(xué)生從實驗探究法和理論分析法兩方面進(jìn)行。實驗探究法是探究物理規(guī)律的一種重要的、基本的方法，需要學(xué)生觀察，甚至親自操作實驗，記錄實驗現(xiàn)象、實驗數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行分析、歸納、抽象概括得到物理規(guī)律。理論分析法需要學(xué)生利用已經(jīng)學(xué)過的知識，包括概念、規(guī)律、方法，通過數(shù)理推導(dǎo)，得到新的物理規(guī)律。在物理規(guī)律的教學(xué)中，應(yīng)該充分留白，讓學(xué)生經(jīng)歷探究規(guī)律的過程，有充分的思考機(jī)會，這樣學(xué)生不僅能深刻理解物理知識，還能初步掌握探究物理規(guī)律的方法，領(lǐng)悟物理思想，從而使思維得到發(fā)展，學(xué)科素養(yǎng)得到提升。學(xué)生記住規(guī)律容易，但是在應(yīng)用規(guī)律時感覺困難，不知道該選擇什么樣的物理規(guī)律，或者誤用物理規(guī)律，究其原因主要是學(xué)生沒有充分經(jīng)歷規(guī)律探究過程，對規(guī)律理解不透徹，故而不能靈活運用。充分留白，經(jīng)歷完整的探究規(guī)律的過程，會拉長教學(xué)的鏈條，會在同一個知識點上花費更多的時間，但是磨刀不誤砍柴工，學(xué)生對規(guī)律掌握牢固、理解透徹，會靈活運用，教學(xué)反而更高效。

案例2：動能定理的探究

動能定理是高中階段一個非常重要的功能關(guān)系。正確理解、運用動能定理對提升學(xué)生的學(xué)業(yè)水平有重要作用。動能定理的教學(xué)中要讓學(xué)生從實驗和理論兩個方面充分探究，需重點夯實以下教學(xué)環(huán)節(jié)。

第一，進(jìn)行充分有目的的實驗探究。首先，教師應(yīng)該大膽放手讓學(xué)生動腦動手。動腦就是要引導(dǎo)學(xué)生透徹理解實驗?zāi)康?、實驗原理，深入思考實驗操作背后隱藏的邏輯關(guān)系。只有將這些問題想透，學(xué)生才能實現(xiàn)遷移實驗原理和方法，做到舉一反三。在探究動能定理的過程中，學(xué)生需要明白實驗?zāi)康氖翘綄ね饬ψ龉εc動能變化的關(guān)系，需要測量外力做的功、物體的初動能、末動能。而這三個物理量都不能直接測量。此時需引導(dǎo)學(xué)生明白利用轉(zhuǎn)化法將測量功、初末動能轉(zhuǎn)化為測量物體所受的合外力、位移、質(zhì)量、初末速度之后，還應(yīng)該讓學(xué)生思考如何測量力、質(zhì)量、初末速度，使用何種工具測量，測量時需要注意的事項，為了測量方便應(yīng)該讓研究對象做何種運動等。根據(jù)上述思考的結(jié)果學(xué)生不僅可以透徹理解實驗原理，還可以組合出多種不同的實驗方案，并能夠明白實驗操作步驟為什么要這樣。其次，教師可以讓學(xué)生親自動手進(jìn)行實驗操作，記錄實驗數(shù)據(jù)，并對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、比較、歸納，得出實驗結(jié)論。

第二，引導(dǎo)學(xué)生自主進(jìn)行理論分析，得出結(jié)論。進(jìn)行理論分析時，教師給學(xué)生創(chuàng)設(shè)情景，讓學(xué)生基于已有的物理規(guī)律、物理概念進(jìn)行邏輯推理得出新的物理規(guī)律。學(xué)生經(jīng)歷了理論探究過程，不僅可以復(fù)習(xí)舊知識，還能構(gòu)建新舊知識之間的聯(lián)系，實現(xiàn)知識組網(wǎng)。以探究動能定理為例，教師給出情景：質(zhì)量為m的物體與水平面之間的摩擦力恒為f，在一恒定拉力F的作用下，以速度v1開始沿水平面運動，經(jīng)位移s后速度增加到v2。然后，讓學(xué)生導(dǎo)出合外力做功與物體動能變化的關(guān)系。讓學(xué)生根據(jù)已經(jīng)學(xué)過的牛頓第二定律、運動學(xué)公式、功的定義式即可導(dǎo)出結(jié)論。

第三，分析、推廣結(jié)論。從實驗和理論分析得到結(jié)論后，還應(yīng)該給學(xué)生提出如下問題：1.是否動能定理只適用于勻變速直線運動？動能定理適用的條件是什么？2.遇到復(fù)雜的運動時如何處理？當(dāng)遇到復(fù)雜的曲線運動時，可以采取分解和分割的方法，將復(fù)雜的曲線運動變成簡單的直線運動。分解法：把一個復(fù)雜的運動分解為兩個簡單的勻變速直線運動、勻速直線運動。所以，動能定理適用于更多的運動。分割法：把一個復(fù)雜的運動分割成若干段運動，每一小段都可以看成勻速直線運動或勻變速直線運動。所以，動能定理適用于一切運動（微元法）。經(jīng)歷了這樣深入的思考過程，學(xué)生可以將結(jié)論推廣到一般，即動能定理不僅適用于簡單的勻變速直線運動，也適用于復(fù)雜的曲線運動。

3 滲透方法，參與實驗設(shè)計過程

實驗是物理教學(xué)的重點，更是難點。實驗教學(xué)的效果對物理教學(xué)的重要性不言而喻，只有扎實有效的實驗，才能促進(jìn)學(xué)生更深刻地理解物理規(guī)律、物理概念，促進(jìn)學(xué)生遷移物理方法，靈活運用物理知識。教學(xué)中往往會出現(xiàn)教師為了節(jié)省時間或者覺得學(xué)生沒有能力設(shè)計實驗，將實驗原理、實驗步驟、數(shù)據(jù)記錄與處理、注意事項等直接告知學(xué)生，讓學(xué)生記熟后，按部就班地進(jìn)行操作。如此實驗教學(xué)，其效果很難提升，實驗過后有不少學(xué)生只是達(dá)到了見過實驗儀器的水平，至于實驗中為何要這樣做，還可以怎么辦均毫不清楚。當(dāng)然，設(shè)計實驗方案對學(xué)生的基礎(chǔ)知識、實驗技能、實驗原理、實驗方法、思維水平等都有較高的要求，所以某種程度上實驗教學(xué)效果的提升瓶頸在實驗方案的設(shè)計。所以，實驗教學(xué)中需要讓學(xué)生參與到實驗方案的設(shè)計過程中，從而實現(xiàn)對物理方法的滲透。

案例3：探究物體獲得的加速度與質(zhì)量、合外力的關(guān)系

探究物體獲得的加速度與質(zhì)量、合外力的關(guān)系是高中《物理》“必修1”的重要實驗，對學(xué)生實驗要求較高。教學(xué)中建議采用兩個課時，第一課時給學(xué)生設(shè)置問題，采用任務(wù)驅(qū)動的策略，讓學(xué)生想透徹實驗中的一些關(guān)鍵問題，從而初步設(shè)計好實驗方案；第二課時則讓學(xué)生選擇實驗方案，充分完成實驗操作、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)處理、分析實驗結(jié)果、反思實驗不足。第一課時設(shè)置的主要問題如下：

問題1：為何要探究加速度與質(zhì)量、合外力的關(guān)系，而不是加速度與體積、密度、時間等其他物理量的關(guān)系？

問題2：如何測量加速度？用什么工具測量？

問題3：如何測量合外力？

問題4：懸掛物體的重力近似等于物體（小車）所受的合外力需要滿足什么條件？如何理解“近似”二字？

問題5： 如何平衡摩擦力？平衡好摩擦力的標(biāo)準(zhǔn)是什么？

問題6：探究加速度與質(zhì)量、合外力的關(guān)系采用什么樣的實驗方法？如何具體操作？

問題7：如何處理實驗數(shù)據(jù)？質(zhì)量一定，探究外力與加速度關(guān)系的時候，如何建立坐標(biāo)？外力一定，探究質(zhì)量與加速度關(guān)系的時候，如何建立坐標(biāo)？

問題8：簡要說一說，本實驗中你學(xué)到了哪些重要的物理方法。

通過上述問題的思考，學(xué)生可以將實驗設(shè)計中的難點、關(guān)鍵節(jié)點想透徹，弄清楚用到的物理知識、用到的物理方法，隱藏的邏輯關(guān)系，這樣可以促進(jìn)學(xué)生深度參與到實驗方案的設(shè)計中。學(xué)生在實驗教學(xué)中的參與程度更深入，自主性更強(qiáng)，學(xué)生會有更好的學(xué)習(xí)效果，不僅對知識有深刻的理解，對實驗中的方法、思想也會有更透徹的領(lǐng)悟，奠定了學(xué)生遷移實驗原理和方法的基礎(chǔ)，為學(xué)生創(chuàng)新實驗設(shè)計夯實基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：人民教育出版社，2017：4.

[2]張憲魁，李曉林，陰瑞華.物理學(xué)方法論[M].杭州：浙江教育出版社，2007：3.（欄目編輯 李富強(qiáng)）