培育物理學科核心素養的“五位一體”教學策略

摘要：關于發展核心素養的探討，大多處于思辨階段.如何將學科核心素養的培育落實到課堂教學中是一項重要課題.做好整合和發展，深入發現和挖掘現有教學過程中符合核心素養理念的內容和做法，進行有機整合并結合學生和學校實際不斷發展和完善，積極探索學科核心素養的實現路徑.筆者在物理教學實踐中，構建了以教學重演律為導向、以真實體驗為基礎、以原始物理問題為抓手、以思維活動為主線、以實踐應用為重心的“五位一體”教學策略.

關鍵詞：物理學科核心素養；教學重演律；原始物理問題；實踐應用

作者簡介：任虎虎（1989-），碩士研究生，研究方向物理學科教學.

學科核心素養是連接學生核心素養和教學實踐的過渡環節，學科核心素養對于發展學生核心素養具有舉足輕重的作用、對于教學實踐具有重要的指導意義.物理學科核心素養包括：物理觀念；科學思維；實驗探究；科學態度和責任四個維度.在教學中，遵循教學重演律，設計能真實體驗的活動，編制原始物理問題進行教學，關注學生的思維發展情況，遷移應用解決實際問題，從而有效培育物理學科核心素養，達到發展學生核心素養的目的.

1遵循教學重演律

“重演律”源于生物學.學生從“未知”達到“真知”，需要經歷一定的教學過程，而這一過程是以濃縮時空的形式，在短暫而迅速地重演著人類漫長的認識發展歷程，此即“教學重演律”.如果把科學家從事科學研究的過程視為科學知識的原生產過程，那么，學生學習知識的過程可以理解為科學知識的再生產過程.學生學習物理的心理順序差不多就是物理學家探索的歷史進程，學生學習科學的進程可以看成是人類探索科學進程的認知意義上的重演.

教學重演律的本質就是要“關注過程，優化過程”.讓學生重蹈科學知識發現過程中的一些關鍵環節，實驗探究中讓學生重走物理學家的探索之路，在這一過程中形成物理觀念，發展科學思維，在潛移默化中培養科學態度和責任，從而提升物理學科核心素養.

案例1例如在“伽利略對自由落體運動的研究”一節.伽利略的斜面實驗（圖1），在教學中一般都是正面解釋，即甲、乙、丙如何“沖淡”了重力的作用效果.筆者認為這樣處理沒有發揮其應有的教學價值，不妨讓學生重演伽利略的研究過程，讓學生經歷“提出問題、分析問題、解決問題”的全過程，培養科學思維.

重演情境：將一個小球從離地面1m的高度自由釋放，讓一個同學用秒表記錄小球下落的時間，重復做3次實驗，并把3次的實驗結果寫在黑板上， 3次的結果偏差很大，學生自己進而會提出問題：為什么偏差會這么大？

師：請同學們小組內交流討論產生這一結果的原因是什么？

生：根據自由落體運動的知識，小球下落的時間只有045s，而人的反應時間要02s左右.

師：伽利略生活的年代沒有秒表可以用，只能靠滴水計時.想象一下，如果你是伽利略，該如何驗證小球通過的位移與時間的平方成正比？現在再請各小組交流討論.

師：小球做自由落體的時間很短，測量很困難，有沒有什么辦法讓運動的時間長一些？

生：增加下降的高度.

師：很好，方法可以.在不增加高度的情況下，如何來驗證呢？大家再討論一下.

接下來介紹伽利略的斜面實驗.經歷這樣的過程，學生不僅能感受到斜面實驗的精妙，不愧為世界十大最美麗物理實驗之一，還能更好地體驗和領會到伽利略開創的“實驗+思維+數學”的科學研究方法.

教材中還寫到“從伽利略開始，大師輩出，經典如云，近代科學的大門從此打開了”.讓學生思考伽利略對物理學乃至近代科學的發展影響為什么會如此巨大？這不僅是伽利略開創的科學研究方法影響的結果，更是正如教材中所述的“伽利略做了上百次實驗”這種百折不撓精神傳承的結果.這樣就不難理解：居里夫婦為了證實鐳的存在，他們在一間夏不避燥熱，冬不避寒冷的破舊棚屋內從事腦力和體力勞動，從1898年到1902年，堅持不懈，終于從幾十噸鈾瀝青礦廢渣中提煉出十分之一克純鐳鹽，并測定了鐳的原子量；愛迪生利用三年時間，在分類試驗了1600多種不同耐熱的材料后，最終發明了電燈，這些科學史不正是這種伽利略科學精神的傳承和發揚嗎？

2設計能真實體驗的活動

學生的真實體驗和感受是教學活動的基礎和起點，創設情境、分組實驗一個很重要的作用就是增進學生的真實體驗和感受，為學生的思維發展做好鋪墊.通過設置真實的活動，讓學生參與、體驗，在體驗中讓學生自己發現并提出問題，激發認知沖突，從而促進學生深度學習.

案例2在自感教學中斷電自感實驗可改成一個“有驚無險”的活動，讓學生合作參與活動，增進真實體驗和感受.

實驗裝置：如圖2所示，實驗時只須取下教材中演示斷電自感現象中的燈泡，分別引出兩導線，讓幾位（如10位）同學“串聯”在電路中，供電電源只須1節干電池即可，圖中的自感線圈也可用日光燈的鎮流器替代.

活動過程：閉合開關S前，學生談體驗“無感覺”；閉合開關后，學生再談體驗“無感覺”；在斷開開關S瞬間，同學突然受到電擊“迅速收回雙手”.換一批學生重復實驗，最好讓所有學生都有所感受.

活動感悟：合作活動之后，不用老師提問，學生自己就會提出問題：一節干電池何以能使這么多同學同時受到電擊？激發認知沖突.思維發展自疑問和驚奇開始，這種合作活動方式的優點在于：學生體驗深刻，充分引發形象思維，能進一步激起學生下一步的探究欲望.

3運用原始物理問題教學

原始物理問題是基于實際情境，是自然界及社會生活、生產中客觀存在且未被加工的物理問題，具有生態性和開放性的特點.原始物理問題的呈現形式是對物理情景的描述，沒有已知量、未知量，需要學生自己去抽象、設置，因此原始物理問題不同于物理習題，它們之間的關系如圖3所示.

現象是物理學的根源，原始物理問題正是基于想象，學生在解決原始物理問題的過程中要綜合應用類比、猜想、抽象、概括等思想方法，從而有效地提升科學思維能力，培育物理學科核心素養.

案例3“質點”是高中階段學習的第一個理想化模型，它的建構思想和方法對其它模型的建立有重要的指導意義.學習時可編制如下原始物理問題進行教學：

從上海到北京的高鐵需要經過南京大勝關長江大橋，請估算一下高鐵列車通過大橋需要多長時間.

學生抽象出物理過程后，了解南京大勝關長江大橋長度，列車長度以及速度后，可以算出時間.教師繼續追問：“同樣的列車經過杭州灣跨海大橋需要多長時間？”“在后一個問題中列車的長度對結果影響大嗎？”接下來讓學生討論是否可以將一個具體物體看作一個點.經過這樣的分析和對比，讓學生形成具體問題具體分析的意識，在實際情境中建立質點的概念.從而達到在形成物理觀念的過程中發展科學思維的目的.

4關注學生的思維發展情況

思維活動是物理教學的核心.學生的思維發展情況永遠是教師關注的焦點，在核心素養理念下也不例外.課堂上，處于教師注意中心的并不是自己的講述，而是學生的思維發展情況.教師要能從學生的眼光里以及表達中看出他們懂了還是沒懂，如果有必要，就該迅速地變換方法，或者停一停，給予學生充分思考的時間和空間.駕馭學生思維的藝術，絕不在于事先把每一條思路都規定好，并且只講事先準備了的東西，而是能根據學生思維發展的情況，從本節課發展的邏輯出發，按照此時此刻唯一正確的道路走下去.

案例4在“超重和失重”的教學中：用05cm左右寬的紙帶提起200g的鉤碼，讓學生自己操作：在不借助其它工具的情況下，如何使紙帶斷掉？有的學生向上提，有的同學向下移動然后迅速停止，都能使紙帶斷裂.此時，教師借助力傳感器提起鉤碼演示剛才兩個過程中拉力的變化情況，如圖4所示.

此時教師不急于提問，學生自己很快就會提出問題：上提或下降過程中為什么同時出現拉力大于重力和拉力小于重力的情況？老師也不回答，讓學生自己運用所學的知識解釋這一現象，只要給機會和時間，學生可以通過自主思考和交流互動解釋產生的現象，然后再通過問題引導，讓學生對超重和失重的原因進行歸納總結.

5遷移應用解決實際問題

既然核心素養是讓學生具備能夠適應終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力，那么，在課堂教學中就應該培養學生運用所學知識和方法解決實際問題的習慣和能力.通過創設待解決的真實問題情境，將物理知識、思維方法從課堂遷移到社會，進行“問題解決式教學”，也只有指向實際問題、指向社會，才能更加有效地培育學生的物理學科核心素養.

案例5在學習了電磁感應和交變電流的知識后，正值學校研究性學習的課題選題階段，于是在課代表的組織下指導班級幾名同學確定了研究性學習課題《小型風力發電機的原理和研制》，指導學生上網查閱資料，了解風力發電機的原理和構造.在此基礎上，讓學生利用假期時間制作一個小型風力發電機，帶到學校來展示，要求能讓額定電壓為15V的小燈泡發光.在這個過程中學生雖然花了很多時間和精力，但能有效提升學生的問題解決能力、協作能力、動手操作能力等，比做再多的題目都有用，并且為未來的學習和發展打下了堅實的基礎.

物理教師可以通過學校的綜合實踐課程或研究性學習等，創設待解決的真實問題情境，從而將知識延伸到技術、將課堂延伸到社會，達到有效培育物理學科核心素養的目的.

參考文獻：

[1]林欽，陳峰，宋靜 關于核心素養導向的中學物理教學的思考[J]，課程·教材·教法，2015（12）.

[2]任虎虎淺談教學重演律的教育價值與實施策略[J].物理之友，2016（10）