在高中物理概念教學中提升學生核心素養

馮小源

高中物理核心素養包括物理知識及結構，物理基本觀念，物理實驗探究以及科學精神與價值觀。心理學研究表明，一個概念的形成需要經歷親身體驗和心理加工的過程，這樣植入的概念才會令學生印象深刻，理解透徹。要讓知識在學生的頭腦中根深蒂固，則必須創設以學生為主體的物理情境，讓學生在情境中感受和體驗概念的形成，使學生形成立體的知識網絡。不同類型的概念需采用不用的情境化策略，在具體實施過程中，需根據學生的實際情況，進行相應的細節化處理。

一、創設良好的質疑情境，培養學生合作探究能力

學生是富有個性，具有不同興趣愛好的鮮活個體，高中學生已經經歷過初中階段物理學習過程，對某些物理概念已經形成了固有的認識。因此，教師在教學設計中，在關注概念教學目標的同時，應該更多地考慮學生已經形成的認知水平，充分考慮學生的“最近發展區”。教師應更多地考慮如何促進學生質疑，鼓勵學生質疑提問，鼓勵學生相互討論、交流，通過合作探究得出結論。

【教學片段】位移概念

教師：力學的研究內容是機械運動，機械運動的定義是物體位置的變化，所以為了描述機械運動，首先應該引入一個描述位置變化的物理量。例如：我們現在要去北京，我們可以自己開車去，可以乘坐火車去，也可以乘飛機去，出行方式不同，但有一個相同點是什么？（多數同學：起點和終點相同。）那么如何來描述從無錫到北京的位置變化呢？

A生：用路程的長短來描述。

B生質疑：那不同的交通方案，路程不同，是不是說明位置變化不同呢？我覺得應該用無錫到北京的直線距離表示。

C生質疑：以無錫為圓心，以無錫到北京的直線距離為半徑作一個圓，無錫到該圓上任意一點的距離都與無錫到北京的距離相同，那是不是說明無錫到圓上任意點的位置變化都和無錫到北京位置變化相同呢？

教師：同學們質疑得都很有道理。根據同學們的討論，位置變化這個物理量應該是有長度的，但是僅僅有長度也不能精確描述，如C同學的質疑。那么請同學們想一想，在C同學質疑的基礎上，要精確描述無錫到北京的位置變化，還需要注意什么？（思考一會兒，有同學回答：方向）

【評析】這種情境的創設，就為學生營造了一個身臨其境的探究氛圍，培養了學生積極思考、勇于質疑，以及合作探究的能力，提高了學生學習物理的積極性。

二、創設生動的實驗情境，培養學生觀察推理能力

物理概念教學的目的不只是使學生記住概念的內容、定義、適用條件等，而是讓學生體驗概念形成的過程，形成一種由朦朧到清楚的邏輯推理思維能力。教師在教學過程中要將問題的提出、探究（探究方法、策略，操作）及最終解決等過程清晰地呈現，并讓學生充分體驗。實驗情境的創設，可以將抽象的概念具體化，可以營造出濃厚的知識氛圍和探究氛圍。

【教學片段】自由落體運動概念

教師：分別有兩根玻璃管，管中充滿空氣，一根管中裝有金屬片，一根管中裝有羽毛。同時將兩根管豎立，讓兩個物體從管的一端開始下落，觀察現象，你們得出什么實驗結論？

學生：重的物體下落快，輕的物體下落慢。

教師：同樣的兩根玻璃管和兩個物體，只是將玻璃管抽成真空，重復剛才的實驗，觀察現象，你們得出什么實驗結論？

學生：不同質量的物體下落得一樣快。

教師：那么兩次實驗，同樣的兩個物體，從同一位置自由下落，為什么現象不同？

學生：......（不知如何回答）

教師進一步引導：物理實驗探究有一條基本原則，叫作控制變量。要探究某一變量對實驗結果的影響，就必須控制其他變量不變。那么請同學們思考一下，兩次實驗的不變量是什么，變量又是什么？

A生：不變量是玻璃管，兩個物體。

B生補充：兩根玻璃管長度不變。

C生進一步補充：兩個物體是同時下落。

……

教師：很好，同學們觀察得都很仔細，能找到兩次實驗的很多相同之處。那么兩次試驗的不同之處是什么呢？

D生：第二次實驗，兩根玻璃管都抽成了真空。

教師追問：為什么抽成真空后實驗現象就不一樣了？

D生：……

E生：空氣對物體的下落是有影響的。

教師：很好，同學們的推理很符合邏輯。那么也就是說，在第一次實驗中，導致兩個物體下落快慢不同的因素并不是兩個物體的重量，而是空氣。物體的形狀不同，下落時受到的空氣阻力不同，因而下落的快慢不同。如果沒有空氣阻力，兩個物體下落的快慢應該是一樣的。

教師引導學生歸納總結自由落體運動概念。

【評析】這種實驗情境的創設，使學生產生了認知上的矛盾沖突，教師要善于從中尋找邏輯推理的切入點，按照科學的邏輯推理順序，引導學生得出正確的實驗結論，對形成物理概念有一個具體的認識。

三、創設具體的比較情境，培養學生抽象思維能力

比較教學是物理教學的常用方法，有助于學生區分知識之間的差異，深化對知識的理解，更有效地掌握物理概念的本質。比較情境的創設可以是多樣化的，可以是問題情境，可以是生活情境，也可以是實驗情境。不管設置何種比較情境，歸根到底是要設置差異，產生矛盾和認知沖突，從而激發學生思考的興趣，使學生在思考過程中獲得知識和能力。物理概念具有獨立性，不同物理概念之間具有顯著的差異性，而這其中的差異性正是學生理解的難點，為了突破這種差異性理解困境，比較情境教學提供了一種正面的教學途徑。通過設置比較情境，直接面對物理概念的差異性，從正面突破認識困難。

【教學片段】加速度概念

教師：請同學們思考下面的情境：一輛自行車在10s內從靜止加速到10m/s，一輛汽車在10s內從靜止加速到30m/s，一顆子彈在槍膛中在0.1s內速度從靜止加速到30m/s，三個物體的運動狀態有何差異，如何描述這種差異？用速度概念能描述清楚三個物體運動狀態的差異嗎？

A生：不能，子彈與汽車末速度相同，但是運動狀態是不同的。

B生：不能，汽車和子彈的速度變化量相同，但運動狀態不同。

教師：所以用速度以及速度變化量的概念無法描述清楚三個物體間運動狀態的差異，那么請同學們想一想，應該怎樣去描述這種差異呢？

學生分組討論，給出方案：先比較自行車和汽車，相同時間內汽車的速度變化量大，所以汽車的速度變化較快；再比較汽車和子彈，在相同的速度變化量情況下，子彈所用的時間短，所以子彈的速度變化較快。因此可以得出結論：速度變化從快到慢依次為子彈、汽車、自行車。

教師追問：同學們總結得很好，那么能不能直接比較自行車與子彈的速度變化快慢，而不借助于汽車呢？

學生分組討論，給出方案：可以比較自行車與子彈單位時間內速度變化快慢。

教師：同學們給出的方案很合理，如果兩物體速度發生變化的時間不相同，可以用單位時間將時間化為相同，從而比較單位時間內的速度變化量。

【評析】比較情境的創設特別適用于通過比值法定義的物理量，比如速度、加速度、電場強度等。創設合理的比較情境，不但能使學生領悟物理概念產生的必要性和特點，深化學生對物理概念的理解，還能培養學生科學的推理能力，有助于學生形成科學的物理思想。

在高中物理教學中，情境化策略還有很多，其目的是讓重要的物理概念在情境中生成，使學生易于理解并加以應用。情境的創設要基于學生的認知基礎，充分結合學生的“最近發展區”。因此，概念情境化的教學策略實施，關鍵在于教師所掌握的學情、對物理概念的研究深度，以及如何從學生身邊的生活實際去提取情境素材，將合適的素材融入到概念教學中去。