促進學生物理學科素養形成的教學探索

余傳信

摘 要：物理學科素養，指人們在物理學科內所具備的專業品質，這些品質是通過長時間的專業學習和訓練所形成的專業知識與經驗、專業方法與技能、專業思維與語言、專業行為與態度等諸多品質因素。促進學生物理學科素養形成的教學方式與策略為：嘗試描述，促進概念語言素養的形成；注重領悟，促進科學方法素養的形成；重視體驗，促進實驗技能素養的形成。

關鍵詞：學科素養；概念語言素養；科學方法素養；實驗技能素養

物理學科素養，指人們在物理學科內所具備的專業品質，這些品質是通過長時間的專業學習和訓練所形成的專業知識與經驗、專業方法與技能、專業思維與語言、專業行為與態度等諸多品質因素。素養和素質既有區別，但又有聯系。素質是人的生理上原來的特點，是事物本來的性質，指人們完成某種活動所必需的基本條件。素養是指一個人在從事某項工作時應具備的素質與修養，它必須經過訓練或實踐而獲得的技巧和能力 [1 ]。素質是形成素養的基礎，素養是素質的提升與發展。人們通常所說的素質教育，實質是指素養教育。

就專業而言，不同學科的素養內涵各具有其特點。物理是以實驗為基礎、以科學方法為精髓、以概念與規律為基本元素的學科課程，其中的實驗技能、科學方法、概念語言是物理學科素養的主要內涵要素。本文結合初中物理教學，談談促進學生物理學科素養形成的教學實踐與體會。

1 嘗試描述，促進概念語言素養的形成

物理概念，指物理概念與規律，它既是構成物理課程知識體系的基本元素，又是反映物理事件特征或本質的專業性語言，其文字簡練而內涵深刻。如“力”的概念：力是一個物體對另一個物體的作用。從字面上理解，指的是一個物體對另一個物體施加了力的作用。但究其實質，它至少包含了以下六個方面的內涵：①從作用關系來看，力的作用是相互的，甲對乙有力的作用，乙對甲也有力的作用，而且大小相等方向相反；②從作用形式來看，兩個物體可以是直接接觸，也可以是沒有接觸；③從作用對象來看，每一個物體既是受力物體而又是施力物體；④從作用方式來看，有推、拉、頂、壓、吸等不同方式；⑤從作用效果來看，或發生形變，或運動狀態發生改變；⑥從作用性質來看，兩物體間作用力的性質相同，若甲對乙是壓力，那么乙對甲也是壓力。

所謂“概念語言素養”，就是指學生針對某一概念能運用學科專業化的語言來詮釋其內涵實質。事實表明，不少學生覺得物理難學或者沒學好物理，其中主要的原因就是對物理概念缺乏深刻性的理解。或者說，概念語言素養缺乏應有的訓練。傳統的教學，通常是教師先列舉有關概念的物理事實或演示與概念有關的實驗現象，然后教師再依據物理事實與現象來講解概念。顯然，學生對知識的獲取僅是一種接收方式，其中沒有經過學生本人的思維加工，學生對概念則是一種膚淺的理解，與理解概念的深刻性要求，正好形成一個較大的落差，這就是學生們常說的“聽得懂但不會做題”的癥結所在。新課程雖然倡導探究性學習，引導學生去發現，去分析，去論證，中途做了大量工作，然而在概念建立或規律導出時教師卻大包大攬。誠然，初中生的概括抽象能力正處于初級階段，語言組織能力也有所欠缺，難于用自己的語言來科學準確地描述概念與規律，讓學生自主建構概念，確實費時費力，且又會影響知識與技能的落實訓練。教師的這種擔心往往使學生失去了概念語言素養訓練的最佳契機，從長遠的教學效益來說，這是因小失大。

讓學生嘗試歸納并描述概念是促進概念語言素養形成的有效途徑。如《科學探究：物質的密度》課題，學生已通過對實驗數據分析而發現“同一物質，雖然體積與質量不同，但質量與體積的比值相等”這一事實，此時就可以要求學生引入一個物理量來描述這種屬性。當然，如果學生課前沒有閱讀教材，那么就有可能引入“實度”、“重度”、“濃度”等物理量，也有可能發現“質量與體積的比值可以表征物質的特性”、“質量與體積的比值越大，這種物質就越結實或越重”等。盡管上面有的說法欠科學或欠準確，但它們均是學生活力思維的產物，其中有著對概念內涵的豐富的聯想與思考，對訓練并發展學生的概念語言素養卻有著重要的意義。另外，學生通過自己對概念的描述，不僅能更好地領悟教材對概念描述的科學性、準確性和簡練性，而且又是對概念內涵進行再度深化認識的過程。

2 注重領悟，促進科學方法素養的形成

科學方法，即科學研究方法與科學思維方法。生物學家達爾文說過：“最有價值的知識是關于方法的知識。”科學知識不是智慧，解決問題的科學方法才是智慧。當然，科學方法離不開科學知識，但科學知識離開了科學方法僅是一種無價值的死東西，人們常說的“書呆子”，就是指有知識而沒有解決實際問題的科學智慧。科學方法不僅能指導人們科學地解決實際問題，而且能促進人們從事科學發明與科學創造 [2 ]。如推翻亞里士多德“力是維持物體運動的原因”的錯誤觀點，伽利略是通過設置斜面實驗這種科學方法并在實驗事實的基礎上進行“由實體過渡到虛體”的科學思維方法而得到了“力是改變物體運動狀態的原因”的科學結論，正是這個科學結論的誕生和牛頓等其他科學家的科學分析與思考，使得力學知識與方法體系得以誕生。物理課程中的知識建構方法與過程，它是科學家科學方法或科學智慧的結晶，而這種科學方法或科學智慧素養正是引領或啟迪學生未來從事科學創造與發明的活力因素。

在初中物理課程中，就科學研究方法而言，這里介紹幾種以窺斑見豹。①控制變量法：用于研究其中一個量與其它幾個量之間的關系，如研究決定運動快慢的因素、研究影響壓強大小的因素、研究影響電流大小的因素，等等，它是教材中出現最多的方法，也是研究物理量之間關系中必須用到的方法；②等效替代法：如研究平面鏡成像規律中用實物替代虛像來確定像的位置；分力與合力的等效，等效電路或等效電阻等；③理想模型法：如推導液體壓強公式中“液柱”模型；研究連通器問題中的“液片”模型，磁感線模型等；④轉換顯示法：如測定溫度的高低轉換為觀察液柱的高低；測定電流的大小轉換為觀察電流表指針的偏轉大小；⑤科學推理法：如由鼓面上小紙屑的跳動來推知鼓面振動，又如由滑塊在不同粗糙水平面上滑過的距離來推知力是改變物體運動狀態的原因。在科學思維方法方面，如物理量定義的“比值法”，如速度、壓強、密度、電阻、功率等，都是運用比值的方法來描述其特征或本質。再如運用運動圖像法來分析運動問題、運用電流圖像來分析電流功率問題、運用溫度時間圖像來分析熱現象問題，等等。應該說，科學研究方法與科學思維具有密切的內在聯系，如圖象法，它既可以用來研究物理過程或物理現象的變化，也可以用來分析解決與物理過程或物理現象變化的有關問題，這也正是筆者將科學研究方法與科學思維方法統稱為科學方法的依據。

注重領悟，首先是教學中讓學生領會物理課程中的科學方法性知識，其次是注意滲透有關科學方法運用的訓練。如《快與慢》課題中關于速度概念的建構，教學中先可以引導領悟“跑一段相同的路程誰先達到終點”和“用相同的時間看誰跑得路程長”這種“同中辨異”科學方法，然后再給出路程與時間均不相同的兩組數據，讓學生嘗試判斷兩者的運動快慢。如果學生能借助前面“同中辨異”的方法來領悟比較“單位時間內通過的路程”來比較運動快慢，這何以不是“同中辨異”思維的靈活運用？何以不是學生科學方法素養的體現？

3 重視體驗，促進實驗技能素養的形成

實驗技能素養是物理學科素養的必要內涵，這不僅因為實驗是物理課程知識體系建立的基本手段方法，更重要的是在實驗原理設計與過程操作方法方面蘊含著科學家創造性的科學方法與科學智慧。如探究“電流做功與哪些因素有關”的實驗，在實驗原理方面，滲透著轉換思想與方法。電流通過導體而使導體發熱，產生的熱量讓煤油吸收，依據Q=cmΔt，在比熱容、質量一定的情況下，煤油升高的溫度與吸收的熱量成正比，即通過觀察溫度的變化來判定吸收的熱量，其中既蘊含著判定電流做功轉換為觀察煤油吸熱的轉換方法，又蘊含著熱量與溫度關系的“同中辨異”的科學思維。在實驗研究方法方面，其過程與方法設計是采用“控制變量法”來分別探究電流做功多少與電流強度大小和與電壓大小的關系。由于本實驗作為一種定性實驗，因而在實驗裝置設計方面，為突出實驗效果的直觀性，則運用對比法而設置兩個阻值不同的電熱絲放入兩瓶煤油瓶中，取相同的瓶與等量的煤油以比較兩煤油的溫度變化，這又是“同中辨異”思維再度運用。可見，透徹的理解實驗原理與方法，既可以促進學生更好地領悟其中的科學思想與科學方法，又可以促進學生實驗技能素養的提升。

所謂重視體驗，就是指在物理課程教學中，不僅要提供讓學生動手實驗的機會，更要提供讓學生嘗試設計實驗方案或設計實驗裝置的平臺，以充分地挖掘實驗教學的教育功效。如探究“阿基米德原理”實驗教學，先讓學生觀察大小不同的木塊漂浮在同一液體中，以引導學生發現較重的木塊所受到的浮力較大，而排開液體的體積也較大，由此而推知木塊受到的浮力大小與木塊所排開的液體體積大小有關。然后再讓學生觀察同一木塊漂浮在不同的液體中，以引導學生發現木塊在密度大的液體中所排開的體積較小，這樣就可以促進學生從上面兩種現象中發現物體所受浮力的大小不僅與物體排開液體的體積大小有關，而且與液體密度有關。此時教師提出“對同一種物體，密度與體積的乘積是什么”的問題加以啟發，如果學生能從中領悟到“物體所受浮力的大小與物體排開液體的質量大小有關”，那么探究“阿基米德原理”的實驗原理、方法、裝置的設計性思維活動就會應運而生。當然，學生所設計的實驗，可能實驗原理欠科學，或實驗裝置欠精當，或實驗操作欠合理，但這都是學生在實驗活動中的一種經歷或體驗，而學生的實驗技能素養正是在這種經歷與體驗中逐步形成。

實驗教學，不僅是用來引導學生形成概念或獲取知識，更重要的是促進學生實驗技能素養的形成。應該指明，實驗設計中的科學思想與科學方法的靈活運用均屬于實驗技能素養范疇。

物理學科素養是學生未來進一步學好物理專業課程的基礎，又是學生未來從事有關物理專業工作或研究工作的必要素養。初中物理教學著眼于促進學生物理學科素養的形成，既是突出物理課程教育本質的課程要求，又是貫徹落實“關注學生的發展與未來”的 新課程理念的有效策略。

參考文獻：

[1]劉曉玫等.中學物理教師學科專業素養與課堂教學實踐[M].北京：首都師范大學出版社，2013.

[2]鮑健強.科學思維與科學方法[M].貴陽：貴州科技出版社，2002.