以核心問題推進學生物理核心素養的積淀

熊文俊

(四川大學附屬中學，四川 成都 610021)

以核心問題推進學生物理核心素養的積淀

熊文俊

(四川大學附屬中學，四川 成都 610021)

核心素養需要在體驗、深度體驗中點滴積淀而成,實踐研究表明:恰當的核心問題能為學生在課堂中的體驗、深度體驗提供良好的體驗境遇針對不同的物理課型,可設計相應的核心問題推進學生物理核心素養的積淀:概念規律課中設計探究類核心問題,凸顯對“物理觀念”“科學思維”素養積淀的推進;實驗課中設計操作類核心問題,凸顯對“實驗探究”“科學思維”素養積淀的推進;復習、習題課中設計方法類核心問題,凸顯對“物理觀念”“科學思維”素養積淀的推進;學史課中設計分享類核心問題,凸顯對“科學態度與責任”“科學思維”素養積淀的推進.

物理課型;核心問題;深度體驗;物理核心素養

2015年10月,教育部下發了《普通高中物理課程標準修訂稿》內部征求意見稿,提出:物理核心素養是學生在接受物理教育過程中逐步形成的適應個人終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力,是學生通過物理學習內化的帶有物理學科特性的品質,是學生物理核心素養的關鍵成分,主要由“物理觀念”“科學思維”“實驗探究”“科學態度與責任”等4個方面的要素構成.其中“物理觀念”主要指高中物理中重要的思維方法,包括建模的思想、理想化方法、分析綜合、抽象概括、批判性思維、推理論證等思維與方法;“實驗探究”主要指高中物理中通過實驗發現物理規律的方法,包括發現問題、合理猜測、設計實驗探究方案和獲取證據、分析論證、合作與交流、評估和反思等;“科學態度與責任”主要指對待科學的態度與價值觀,包括能正確認識科學的本質,具有學習和研究物理的好奇心與求知欲,能主動與他人合作,實事求是,不迷信權威,具有保護環境、節約資源、促進可持續發展的責任感等.[1]

物理課堂有不同的課型,不同課型中需通過學習體驗積淀的學科素養也不盡相同.長期實踐研究發現:恰當的核心問題能為學生在課堂中的體驗、深度體驗提供良好的體驗境遇;在不同的物理課型中,運用在教材分析及學生分析基礎上生成的核心問題(由課時核心內容生成的能夠驅動整節課學生活動體驗的中心問題或中心任務)可有效引導學生深度體驗中積淀物理學科素養.下面從物理教學中概念規律課、實驗課、復習習題課、物理學史課等4種常見課型談談如何以核心問題推進學生物理核心素養的積淀.

1 概念規律課中設計探究類核心問題,凸顯對“物理觀念”“科學思維”素養積淀的推進

物理概念和規律是物理學的基石,對它們的學習自然也是學生形成物理知識結構、解決物理問題、形成學科能力和核心素養的基礎.

傳統物理概念規律課通常重結論、輕過程,其通常的教學流程大致是這樣的:先由教師或通過演示實驗、或通過講解得出概念規律——教師指出應用這一概念規律解決問題時應注意的問題——教師分析、講解典型例題——學生通過練習對所學概念規律加以鞏固.這種教學方式中前3個環節都是“老師講、學生聽”,只有最后一個環節是學生相對主動地思考,因此學生往往在前三個教學環節中處于被動地位,如果教師講得夠明晰,則學生能聽得懂,但到了最后一個自己完成練習的環節時,往往會因前面環節的體驗不深而導致“聽得懂而做不起題”的情況.

針對這一現狀,在概念規律課的教學中,可用恰當的核心問題促進學生在概念形成、規律得出的過程中深度體驗.考慮到學生獲取物理概念規律不應是單純地記住與獲取結論,而應在體驗基礎上主動建構知識的同時,積淀相應的物理核心素養.為此,必須在概念規律的學習中關注它們形成的背景,一定程度上經歷它們形成的過程.因此,物理概念規律課的核心問題多以“概念規律+探究活動”組成的探究類核心問題呈現.

下面以高二物理“楞次定律”(第1課時)這一規律課教學為例加以說明.

“楞次定律”是高中物理中典型的重難點知識,通常的教學方式是教師通過演示實驗分析得出楞次定律,重點講解對“阻礙”的理解后,給出判斷感應電流方向的步驟,再由學生應用楞次定律進行練習鞏固.這樣的教學中學生對楞次定律的得來過程體驗不足,因此對定律的理解就不夠深入,形成的記憶中相當部分是短時記憶,應用它來解決問題時自然會感到非常困難,而且正遷移水平低,不利于學生物理學科核心素養的積淀.

為了實現學生在體驗中學習規律,積淀素養,有效突破這一典型的教學難點,學生首先應通過教學活動的參與、學習活動中的體驗,自主歸納感應電流方向應遵循的規律;進而在反思“感應電流方向應遵循規律”的活動體驗中,自發產生對楞次定律中 “阻礙”這一關鍵詞的關注與理解,得出判斷感應電流方向的步驟;最后應用得出的規律分析、解決典型的相關問題,在運用反饋中進一步加深對楞次定律的理解.

基于前述分析,為本節課設計了核心問題:“分析實驗現象,探究感應電流方向應遵循的規律.”在這一核心問題的激發下,學生先根據已有的相關知識分析、猜想感應電流方向的可能影響因素;接著,教師介紹楞次定律實驗裝置,示范演示4個典型實驗中的一個,與學生一起完成對實現現象的分析,示范板畫實驗現象應標示的信息;此后,3組學生先后自愿上臺自選完成其余3個典型實驗的演示,并以板畫的形式記錄實現現象;臺下的學生對臺上演示的學生進行適時的提示與評價;到此,學生們再將前面學習中從能量守恒觀點進行分析的相關現象與本節課完成的楞次定律實驗現象加以比較,努力透過這些現象,尋找其中本質性的共同之處,通過歸納、討論得出:當原磁通量增加時,感應電流的磁場將阻礙磁通量的增加;當原磁通量減少時,感應電流的磁場將阻礙磁通量的減少.在這樣有深度的實質性體驗中,學生們很自然地關注到了其中的關鍵詞“阻礙”,并能理解其含義,同時還感受楞次定律的簡潔之美.

本課設計的實施中學生在明確核心問題后,活動積極、體驗充分,特別是3組自愿上臺學生自主演示實驗、板畫實驗現象的環節中,臺上、臺下的學生打成了一片,臺下的同學積極為臺上同學出主意、糾錯誤、作評價;反思提升環節中,學生嘗試了多種歸納途徑,最終才得出正確的結論,學生在本環節中的試誤體驗相當充分.由于對“楞次定律”這一規律建立有了較有深度的學習體驗過程,學生對楞次定律的理解就比較自然而到位,不會感覺十分困難了.

像這樣,學生在核心問題的引導下,由于對規律的建立過程體驗較深,自然對規律的適用條件、范圍等有較好把握;同時學生又在規律應用中加深體驗,自然對規律的理解就伴隨著不斷深入的體驗不斷加深.這樣的學習看起來在新課教學中花的時間較長,但從較近期來看,更能達成學生對知識的意義理解;從長遠發展來看,學生在這一次次對概念、規律建立的體驗中,便點滴積淀著“物理觀念”“科學思維”等學科核心素養,這逐漸培養起來的核心素養對學生的綜合素質提升、終身發展無疑具有重要的奠基作用.因此這種時間的花費是值得的.

2 實驗課中設計操作類核心問題,凸顯對“實驗探究”“科學思維”素養積淀的推進

物理學是一門離不開實驗的科學.物理實驗教學本應受到尊重和重視,但由于高考都是以紙面答卷來考查實驗,因此不少師生便將本該由學生動手操作,在身體性體驗基礎上形成的實驗技能、實驗方法、實驗思想演變成了紙上“做”實驗,導致學生實驗素養不高,高考中的實驗題的得分率也一直很低.長此以往,不少學生就覺得物理難、物理實驗更難,進而對實驗產生畏懼感.

針對這一現狀,實驗課教學中,可用恰當的核心問題促進學生在親自動手實驗操作的身體性體驗基礎上,主動動腦思考,加深體驗.考慮到物理實驗不應是紙上會做實驗題即可,而應在主動動手操作中體驗、主動動腦思維中體驗,因此,物理實驗課的核心問題多以“實驗問題+操作活動”的操作類核心問題呈現.

下面以高二物理“螺旋測微器(千分尺)”實驗教學為例加以說明.

“螺旋測微器”慣常的教學中,往往是教師先講解其測量原理,得出其使用方法及正確讀數要求;學生再按教師所講要求在較短時間內通過實驗測量一些物體的長度,完成實驗報告.學生動手測量與教師講解的耗時之比通常不足1∶2.

對上述教學現狀進行反思后,不難發現:由于測量原理、使用方法及讀數要求均是以“教師講、學生聽”這種方式進行的,學生對測量原理的體會不夠主動,因此理解不深入;對測量方法的操作不夠主動,因此體驗不深層;對讀數要求的領會不主動,因此記憶不深刻.由于學生學習的各環節主動性不強,體驗深度不足,當然較難切實掌握好像游標卡尺和螺旋測微器這樣的測量工具.如此看來,出現歷次考查中,學生該部分的失分較多就不足為奇了.

考慮到學生學習過游標卡尺,對通過巧妙設計等分毫米刻度的思想有初步的認識,部分學生接觸過螺絲釘,對旋動螺絲釘有一定的體驗,對螺距與旋轉距離間的關系有初步的緘默認識,因此可大膽地放手讓學生自己探究螺旋測微器的使用方法,進而從體驗中分析得出其測量原理及讀數要求.

基于前述分析,為學生在探究活動確立了核心問題:“用螺旋測微器測物體的長度,探究螺旋測微器的測量原理.”并將這一核心問題布置成家庭作業,借給每位學生一個螺旋測微器,請學生自己回家進行探究.

第2天,全班學生均上交了體驗報告,看過學生的體驗報告后,感到他們在這樣的探究中收獲頗豐,突出表現在以下幾個方面:由于學生的探究、體驗是自主的,每位學生調用的相關緘默知識是不盡相同的,因此學生的體驗過程具有相當程度的個性化;幾乎所有學生都通過探究,對螺旋測微器的測量原理有了較深層的體驗,相當部分的學生完全弄清了螺旋測微器的測量原理;幾乎所有學生通過不同的方式學到了螺旋測微器的正確使用和讀數方法;少數學生在使用螺旋測微器探究其測量原理及測量方法的體驗中時,自發地滲透了學科思想方法,相當部分學生自覺、不自覺地用到了自己心中的思想方法;由于學生的體驗細致、深入,平常教學中教師不太會仔細講的螺旋測微器微調旋鈕的作用、零誤差的校正、固定夾的作用等細節也被許多學生關注到了.

可見,在改變后的這種學習方式中,不僅絕大多數學生自己在體驗、學習中已經領悟了螺旋測微器的測量原理、測量方法及讀數方法,還有相當部分學生獲得了更多的體驗,學到了更多的知識.更為可貴的是有學生在自主體驗中油然而生了學習成就感、對螺旋測微器設計者的欽佩感.有位學生對微調螺母的設計談到: “這樣的設計既保證了精度又保證了安全,的確是很好的設計.”還有位學生在報告中寫到:“……只要這樣做了,該學的、該體會的、該思考的,該得到的經驗方法都有了……”學生在這些積極的情感體驗中積淀著核心素養,激發著學習興趣和主動學習的愿望,學生學習興趣的保持和增進無疑會為學生的終身學習、可持續發展奠定更為堅實的基礎.

有了學生們課前在動手操作中獲得的深度體驗,課堂上,教師首先肯定了學生們在這次探究活動中的優良表現,然后和學生們一起較為簡明地回顧了螺旋測微器的相關學習要點,最后針對學生體驗報告中存在的不足與學生們一道作了相關分析.從后續對這部分知識的各種考查中發現,這種在學生深度體驗基礎上耗時不多的課堂師生交流學習方式確會收到比傳統的“先講后做”方式更好的學習效果,對螺旋測微器產生更好的長時記憶效果.

可見,學生們在這樣的操作類核心問題引導下,自主實驗的深度體驗過程中,確能積淀發現問題、合理猜測、實驗探究、獲取證據、分析論證、評估和反思等“實驗探究”“科學思維”素養.

3 復習、習題課中設計方法類核心問題,凸顯對“物理觀念”“科學思維”素養積淀的推進

3.1 復習課中設計復習方法類核心問題

學生學習過程中對知識的掌握、方法的習得,都需要適時復習鞏固,因此物理教學中復習課必不可少.

為了更好地發揮復習課教學的功效,可用恰當的核心問題達成學生在課堂上更為深度的體驗,在復習舊知、強化方法的同時養成良好的復習習慣,逐步形成較強的學習能力.考慮到復習課所復習的知識在新課教學中學習過,因此復習課學習中不應僅僅停留在新課學習階段的要求上,而應在鞏固知識、強化方法基礎上使自己的學習態度、學習習慣、學習能力等在不斷加深的體驗中逐步改善,物理核心素養得以進一步積淀.因此,物理復習課中的核心問題多以“復習方法+反思活動”的復習方法類核心問題呈現.

下面以高三物理“電磁感應現象 楞次定律”高三一輪復習(第1課時)教學為例加以說明.

從高考考綱要求看,考綱中對“電磁感應現象”的要求為Ⅰ級,要求知道其內容及含義,并能在有關問題中識別和直接使用;對“楞次定律”的要求為Ⅱ級,要求理解其確切含義及與其他知識的聯系,能進行敘述和解釋,并能在實際問題的分析、綜合、推理和判斷等過程中運用.從本章(“電磁感應”)知識的邏輯結構看,有3條非常明晰的線索:電磁感應現象及其產生條件和能量轉化,感應電流(感應電動勢)方向的判斷,感應電流(感應電動勢)大小的計算;還有在這3條線索的分析中與其他部分知識和方法的綜合運用.本節(“電磁感應現象 楞次定律”)內容是前述本章結構中前兩條線索的主要內容,也是高考?？键c.其核心內容是楞次定律,由楞次定律向前可延伸至電磁感應現象的產生條件,向后可延伸至對判斷感應電流(感應電動勢)方向派生方法的理解和應用.

從學生前一天完成作業反饋情況看,多數學生能回憶起相關知識,自主解決基本的相關問題;但學生對與電磁感應現象綜合的問題解決起來有困難,對電磁感應現象及楞次定律的深入理解需要加強.

教學中為了學生能在體驗、深度體驗基礎上不斷加深對本節課核心內容的理解,同時也為了學生能在核心問題的激發下獲得深度體驗,確立的核心問題是:“進一步訂正‘電磁感應現象 楞次定律’練習中存在的問題,并將問題進行歸類.”

以這樣的核心問題進行教學,學生在核心問題營造出的情境中,不斷加深對“電磁感應、楞次定律”相關問題正確理解的同時,積淀著“物理觀念”“科學思維”素養; 在自主地將問題進行歸類、總結的體驗中,提升其遭遇問題時分類分析的習慣和素養.

3.2 習題課中設計解題方法類核心問題

學生學習中完成適當的習題來加深對相關知識的體驗、理解是必不可少的,習題課教學也就成為必需的教學組成部分.

為了更好地發揮習題課教學的功效,可用恰當的核心問題來激發學生的體驗活動,更好地解決物理問題,加深對物理概念、規律的理解,積淀物理學科素養.考慮到學生解答物理問題感到困難的原因是多方面的,因此教師要在每節習題課前首先分析教學內容與學情,確定本節習題課主要解決的問題以及學生在復習課體驗中應習得或鞏固的主要方法,然后再確立相應的激發學生活動體驗的核心問題.因此,物理習題課教學中的核心問題多以“解題方法+歸納活動”的解題方法類核心問題呈現.

下面以高三復習教學中針對學生審題能力較弱這一現狀進行“高中物理計算題的審題要點”習題課為例加以說明.

一方面,高三學生覺得物理題難、易出錯等困惑相當部分原因是由于解題的最初環節——審題不清造成的;以往的高三復習教學中,這一問題通常是在知識、方法的復習中就所遇到的題目較為零

圖1 物理題的審題過程及要點

散地加以講解,這樣做的結果是,某些學習主動,反思、總結能力強的同學能將分散在各部分復習中出現的審題關鍵加以關注,進行反思總結,但更多的同學對此不夠重視,沒有進行反思和總結.另一方面,高三階段的復習應對所學知識、知識背后的思想方法加以復習、總結,也應對解題方法、技巧予以關注,加以總結.

為讓更多的學生能對審題中可能出現的問題加以關注,主動反思,總結出與自身認知結構相適應的審題方法加以內化,因此設計了“高中物理計算題的審題要點”一課,并以核心問題“審計算題,歸納審題要點”,引發學生的主動學習活動,激起學生們對審題的足夠重視,課堂上共同生成了如圖1所示的“物理題審題過程及要點”.課后,學生又在此基礎上根據自己的思維習慣和認知特點,總結了適合自己的審題過程及要點,并在后續學習中加以關注和主動運用,有效、甚至高效地減少解題最初環節——審題造成的障礙.

可見,學生在這樣恰當核心問題引導下的復習、習題體驗中可不斷強化物理中建模思想、理想化方法、分析綜合、抽象概括、反思歸納、有效提取關鍵物理信息、基于信息分析并解決問題等“物理觀念”“科學思維”等素養.

4 學史課中設計分享類核心問題,凸顯對“科學態度與責任”“科學思維”素養積淀的推進

學生學習物理,不僅要學習物理知識和方法,還應對物理學史有所了解,在對歷史上科技對人類、社會的巨大促進作用以及科學家善于發現問題、實事求是、潛心鉆研、鍥而不舍等優秀品質的感染中不斷積淀其人文素養.

為了更好發揮出物理學史課的育人功能,可用恰當的核心問題激發學生在課前及課堂中的交流欲望,在交流中增加自己對相關學史及物理學家的了解,從中更深感悟到物理學的發展對人類、社會的推動作用,感悟到科學家的優秀品質,并能受其感染與感召,積淀其人文修養.因此,物理學史課中的核心問題多以“學史材料+分享活動”的分享類核心問題呈現.

下面以高一物理“對自由落體運動的研究”為例加以說明.

本節課的傳統教法是將教學重點放于對自由落體規律的講解與應用上.考慮到對于進入高中不久的高一年級學生,學習高中物理的習慣、方法還待完善,對物理學中的思想方法認識很少;更為重要的還考慮到本節將舊教材的標題“自由落體運動”調整為“對自由落體運動的研究”,較完整地介紹了自由落體運動規律的探究歷程以及在探索過程中體現的科學方法,突出了對此項研究作出突出貢獻的科學家伽利略的介紹.因此,本節的教學中,學生不僅要對自由落體運動有所認識,更應對落體運動規律的探究歷程以及在探索過程中體現的科學方法和精神有所認識、有所感悟,還應對物理學有著創始作用的伽利略有所了解.也就是說,本節課的教學應在傳統教學基礎上凸顯標題中體現研究過程的“對……的研究”.為此,設計了核心問題:“閱讀教材,談對自由落體運動的認識.”

在此核心問題的引發下,學生們認真通讀了本節除例題外的其余所有內容.由于學生們的已有知識,特別是他們已有的緘默知識各不相同,因此在自主閱讀活動中,面對相同的閱讀素材,各自的感受不會相同,甚至會大不相同:有學生重點關注的是自由落體運動的概念,有學生重點關注的是自由落體運動的規律,有學生重點關注的是人類對落體運動的認識歷程,有學生特別關注的是伽利略所用的科學推理方法……學生們自主閱讀之后,學生在“談自己閱讀教材后對自由落體運動的認識”這一全班交流活動中,有效彌補了自己認識上的不足,豐富了對自由落體運動的認識.

有了學生獨立閱讀、相互交流活動中對自由落體運動的感悟、認識基礎,師生再一起反思前面的學習過程,歸納對自由落體運動的認識,形成對自由落體運動較為全面、系統的認識.

以這樣的核心問題激發與推進的物理學史課堂教學,學生可以在交流、分享中拓展學習的視野,積極引導其對待科學的態度與價值觀,有效積淀“科學態度與責任”“科學思維”等物理核心素養.

眾所周知,良好的學習習慣、學習素養、學習能力絕不是一蹴而就的,均需要在相關體驗中日積月累才能形成.通過在不同課型中恰當核心問題的設計和實施,學生們定會在核心問題營造的活動體驗情境中,不斷加強對知識方法掌握的同時,在體驗、深度體驗中積淀良好的物理核心素養,為個人和社會的可持續發展更好地奠基.

1 彭前程.積極探索基于核心素養理念下的物理教學[J].中學物理,2016(2):1-2.

2016-12-08)