基于物理核心素養(yǎng)的差異性課堂教學(xué)探討
——以“電動(dòng)勢(shì)”教學(xué)為例

陳曉健

(南京第十三中學(xué)鎖金分校,江蘇 南京 210008)

2016年9月教育部發(fā)布了《中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》的研究成果,明確了中國(guó)學(xué)生發(fā)展的6大核心素養(yǎng)．對(duì)于物理學(xué)科核心素養(yǎng)包括4個(gè)成分,分別是物理觀念、科學(xué)思維、實(shí)驗(yàn)探究、科學(xué)態(tài)度．筆者在研習(xí)這4個(gè)核心素養(yǎng)的同時(shí),針對(duì)我校不同層次的學(xué)生進(jìn)行了差異化教學(xué)設(shè)計(jì)．真實(shí)的課堂不是作秀,適合學(xué)生的課堂設(shè)計(jì)才是真課堂．筆者對(duì)兩個(gè)班進(jìn)行了對(duì)比設(shè)計(jì),堅(jiān)持以人為本,培養(yǎng)學(xué)生以科學(xué)的思維態(tài)度去探究物理概念．

1 緊扣物理觀念,新課導(dǎo)入對(duì)比及分析

物理觀念這一要素的內(nèi)容,要求學(xué)生不僅要知道、理解物理知識(shí),而且要將所學(xué)習(xí)的各個(gè)具體知識(shí)整合起來(lái),形成對(duì)物理世界原理性、規(guī)律性的認(rèn)識(shí),即形成物理觀念,包括物質(zhì)觀念、運(yùn)動(dòng)觀念、結(jié)構(gòu)觀念、時(shí)空觀念、相互作用觀念、能量觀念等及其應(yīng)用(用來(lái)解釋相關(guān)物理現(xiàn)象)．筆者針對(duì)競(jìng)賽班和普通班兩個(gè)群體,就課題“電動(dòng)勢(shì)”進(jìn)行了同課異構(gòu),分別做了如下導(dǎo)入.

方案1:針對(duì)普通班,由于這個(gè)層次的學(xué)生對(duì)物理的學(xué)習(xí)缺乏主動(dòng)性,自學(xué)能力也比較弱,因此筆者為了更好地把物理概念簡(jiǎn)化,采用了類比的方法．

師:大家有沒(méi)有玩過(guò)滑滑梯?(玩過(guò))今天,我給大家?guī)?lái)了一個(gè)滑滑梯,展示“玩具滑滑梯”圖1．

師:不過(guò)是玩具滑滑梯.

演示小球滾下.

圖1

圖2

師:把小球放到滑道高處,小球順著滑道滑下,如果要讓游戲得以持續(xù)進(jìn)行,需要做什么工作?

生:搬運(yùn)小球.

師:對(duì),我現(xiàn)在用一個(gè)提升裝置代替我搬運(yùn)小球.

演示游戲持續(xù)進(jìn)行過(guò)程.

師:由于提升裝置的作用,滑滑梯游戲得以連續(xù)進(jìn)行.

在前面的物理學(xué)習(xí)過(guò)程中,有沒(méi)有什么物理過(guò)程與此相似?

生:電路中產(chǎn)生電流過(guò)程.

師:下面我們就一起來(lái)類比這兩個(gè)過(guò)程如表1.

方案2:針對(duì)競(jìng)賽班,這個(gè)層次的學(xué)生對(duì)物理本身有很強(qiáng)的興趣,自學(xué)能力較強(qiáng),并且對(duì)物理模型分析能力很強(qiáng)．在引入電動(dòng)勢(shì)的概念時(shí),不需要過(guò)多的類比．

表1

師:引導(dǎo)學(xué)生回顧上節(jié)課學(xué)習(xí)的“電源”的概念．

圖3

在教材圖3中電源的作用是什么?

師:(投影)(如圖3所示)

生:電源能夠不斷地將電子從A搬運(yùn)到B,從而使A、B之間保持一定的電勢(shì)差;電源能夠使電路中保持持續(xù)電流．

師:電源P在把電子從A搬運(yùn)到B的過(guò)程中,電子的電勢(shì)能如何變化?從另一個(gè)角度看,電源又發(fā)揮了怎樣的作用?

生:電子的電勢(shì)能增加了．電源為電路提供了電能．

師:自然界中的能量是守恒的,電源為電路提供了電能,必然會(huì)有其他形式的能量減少,從能量轉(zhuǎn)化和守恒的角度,你認(rèn)為電源是個(gè)怎樣的裝置呢?

生:電源是把其他形式能轉(zhuǎn)化為電能的裝置．

對(duì)比評(píng)析: 兩種方案設(shè)計(jì),方案1比方案2更加活潑、生動(dòng),更能調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,對(duì)學(xué)生的思維能力要求不高,同時(shí)還能通過(guò)類比來(lái)幫助學(xué)生構(gòu)建物理概念的模型．方案2直擊中心,直接拔高了學(xué)生的思維水平,把前面學(xué)過(guò)的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行了完美的整合．

2 滲透科學(xué)思維,巧妙科學(xué)探究,創(chuàng)設(shè)情境進(jìn)展新課對(duì)比及分析

科學(xué)思維這一要素的內(nèi)容,要求學(xué)生學(xué)會(huì)模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證和質(zhì)疑創(chuàng)新等方法與能力．科學(xué)探究有兩種不同途徑: (1) 從對(duì)原有理論質(zhì)疑開(kāi)始; (2) 從新現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)與研究開(kāi)始．綜合起來(lái)主要包括提出問(wèn)題,形成猜想和假設(shè),設(shè)計(jì)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)或制訂修正理論方案,進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)並獲取和處理驗(yàn)證信息,根據(jù)驗(yàn)證信息做出分析、判斷及結(jié)論并做出解釋,以及對(duì)科學(xué)探究過(guò)程和結(jié)果進(jìn)行交流、評(píng)估、反思等．

筆者在展開(kāi)新課時(shí),針對(duì)不同層次學(xué)生分別做了兩種設(shè)計(jì)思路．兩種思路的設(shè)計(jì)緊扣核心素養(yǎng),滲透科學(xué)思維的同時(shí),巧妙再次使用類比法探究電動(dòng)勢(shì)的概念．

方案1:剛把滑滑梯上的提升裝置類比成電路里面的電源后,從能量角度來(lái)定義電源的作用．接著采用類比法比較不同電源做功的本領(lǐng)大小，設(shè)計(jì)如下.

師:同學(xué)們?cè)谕婊莸倪^(guò)程中,反復(fù)爬升,會(huì)有什么感覺(jué)?

生:累并快樂(lè)著.

師:滑下來(lái)的過(guò)程是輕松的,爬升的過(guò)程比較累,是為什么呢?

生:克服重力做功,費(fèi)力氣,消耗能量．

師:下面我們?cè)購(gòu)哪芰拷嵌阮惐冗@兩個(gè)過(guò)程見(jiàn)表2.

表2

師:不同電源,轉(zhuǎn)化的能量也有不同,電池和發(fā)電機(jī)分別把什么能量轉(zhuǎn)化為電能?(展示電池,搖動(dòng)發(fā)電機(jī))

生: 電池通過(guò)化學(xué)作用把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能發(fā)電機(jī)通過(guò)電磁作用把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能.

師:根據(jù)這兩個(gè)過(guò)程的類比,請(qǐng)同學(xué)們歸納總結(jié)電源在電路中的作用．

生:搬運(yùn)電荷,提供電能.

師:非靜電力作用→搬運(yùn)電荷→提供持續(xù)電壓.非靜電力做功 → 能量轉(zhuǎn)化 → 提供電能.

師:所有電源都能把其他形式能量轉(zhuǎn)化為電能,但在能量轉(zhuǎn)化時(shí),不同電源往往在性能上也有差異．

師:如何比較電源把其他形式能量轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)大小?

學(xué)生討論:(未果)

圖4

引導(dǎo)1:怎樣研究電源能量轉(zhuǎn)化?

生:通過(guò)研究非靜電力做功來(lái)研究電源能量轉(zhuǎn)化.

問(wèn)題:如何比較電源非靜電力做功本領(lǐng)大小?

學(xué)生討論:(未果)

引導(dǎo)2:在前面的類比過(guò)程中,我們把電源類比為提升裝置,非靜電力做功類比為非重力做功,下面我們就先來(lái)看看如何比較非重力做功本領(lǐng)大小．

游戲介紹:比比“吹氣做功”本領(lǐng)大小?

游戲過(guò)程:男、女生各一名,同時(shí)通過(guò)吹氣提升砝碼.

現(xiàn)象1： 男生吹重砝碼,女生吹輕砝碼,女生吹得高,男生吹得低.

問(wèn)男生:是否你吹氣做功本領(lǐng)比這位女生小?

男生:不是,我吹的砝碼重,不公平.

現(xiàn)象2:男、女生吹同樣的砝碼,男生吹得高,女生吹得低．

師:(1) 吹氣提升相同砝碼,克服重力和阻力做功,吹升得越高,克服重力做功越多,產(chǎn)生的重力勢(shì)能越多,吹氣做功的本領(lǐng)越大．(2) 吹氣做功本領(lǐng)大,即通過(guò)吹氣把其他形式能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的本領(lǐng)越大.

師:體會(huì)剛才的游戲過(guò)程,總結(jié)是怎么比較“吹氣做功”本領(lǐng)大小的,思考、討論如何比較電源把其他形式能量轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)大小．

生:搬運(yùn)相同電荷,非靜電力做功越多,非靜電力做功本領(lǐng)越大,即電源能量轉(zhuǎn)化本領(lǐng)就越大．

師:相同電荷常取單位電荷,比較搬運(yùn)單位電荷,非靜電力做功多少,就能比較電源能量轉(zhuǎn)化本領(lǐng)大小.

問(wèn)題:如果兩種電源搬運(yùn)電荷量q不等,非靜電力做功W也不同,我們也可以通過(guò)適當(dāng)?shù)挠?jì)算比較它們能量轉(zhuǎn)化本領(lǐng)大小．如何計(jì)算?

生:W是非靜電力做功多少,q是電源搬運(yùn)的電荷,E的單位是伏特(根據(jù)W=qU可知,1 V=1 J/C)．

方案2.筆者只通過(guò)自制的抽水機(jī)給學(xué)生看了看,為讓學(xué)生親自動(dòng)手操作,更多的是以問(wèn)題為情境,環(huán)環(huán)相扣,步步緊問(wèn),讓學(xué)生自己去探討回答問(wèn)題,通過(guò)閱讀課本,利用小組討論的方法,解決一系列問(wèn)題，方案如下.

師:“假如你就是正電荷,請(qǐng)走進(jìn)電源內(nèi)部,研究并討論電源的工作原理,并將分組研討的成果向大家展示”, 給學(xué)生提供以下3個(gè)參考.

問(wèn)題1:討論形成持續(xù)電流的條件;

問(wèn)題2:正電荷在電源外部運(yùn)動(dòng)情況,什么作用使其運(yùn)動(dòng),做功情況及能量轉(zhuǎn)化情況;

問(wèn)題3:類比抽水機(jī),試分析電源內(nèi)部正電荷的受力情況、做功情況及能量轉(zhuǎn)化情況,討論電源的工作原理．學(xué)生小組研討后,請(qǐng)學(xué)生代表到前臺(tái)匯報(bào)展示研討成果,得出原理:電源是通過(guò)非靜電力做功把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能的裝置．

師:出示干電池、手搖發(fā)電機(jī),提出問(wèn)題:干電池、手搖發(fā)電機(jī)都可以做電源,這些電源中的非靜電力相同嗎?所起的作用相同嗎?談?wù)勀愕目捶ǎ?/p>

學(xué)生思考,分組討論,選出代表回答．

干電池中的非靜電力是化學(xué)作用,手搖發(fā)電機(jī)的非靜電力是電磁作用,前者把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,后者把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能．非靜電力雖然不同,但從能量轉(zhuǎn)化的角度看,他們所起的作用是相同的,都是把其他形式能轉(zhuǎn)化為電能．

師:電源有好多種,他們?cè)诎哑渌问侥苻D(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)相同嗎?如何比較呢?

師:能不能比較電源內(nèi)部非靜電力搬運(yùn)電荷做功的本領(lǐng)?

提出問(wèn)題:演示自制抽水機(jī)的工作過(guò)程,本領(lǐng)可以用抽水機(jī)搬運(yùn)相同質(zhì)量的物體,重力勢(shì)能增加多少來(lái)判斷,即重力勢(shì)能增加多,本領(lǐng)大．類比非靜電力做功,對(duì)相同電荷搬運(yùn),如何比較．

舉例:在某一過(guò)程中干電池將2 C正電荷從負(fù)極搬運(yùn)到正極做功3 J,而蓄電池將1 C的正電荷從負(fù)極搬到正極做功2 J,哪個(gè)電池中非靜電力做功的本領(lǐng)強(qiáng)?

生:干電池和蓄電池搬運(yùn)相同電荷做功不等,干電池做功本領(lǐng)強(qiáng)．

教師:我們把比較電源做功本領(lǐng)的物理量稱為電動(dòng)勢(shì)．電動(dòng)勢(shì)也是用比值定義的物理量,請(qǐng)把電動(dòng)勢(shì)的定義完整地說(shuō)出來(lái)．并寫出電動(dòng)勢(shì)的定義式．說(shuō)明給物理量符號(hào)的意義和單位．

學(xué)生思考,得出電動(dòng)勢(shì)的定義,并寫出電動(dòng)勢(shì)的定義式．

對(duì)比評(píng)析： 對(duì)于方案1，筆者幫助學(xué)生建立模型,通過(guò)自制的教具,再次類比非靜電力做功本領(lǐng)．過(guò)程探索有趣生動(dòng),特別是讓女生吹2個(gè)砝碼,讓男生吹4個(gè)砝碼,讓學(xué)生比較做功本領(lǐng)時(shí),學(xué)生判斷出現(xiàn)困難,男生很不服氣,引發(fā)了學(xué)生都要求吹相同砝碼的時(shí)候來(lái)比較吹氣本領(lǐng),很自然地過(guò)渡到非靜電力做功本領(lǐng)采用搬運(yùn)等量電荷來(lái)比較．也很自然地引出電動(dòng)勢(shì)的概念．對(duì)于方案2，筆者通過(guò)自制教具抽水機(jī)做了類比,同時(shí)要求學(xué)生自己閱讀課本,自主討論,自主研究,問(wèn)題的設(shè)計(jì)難度比方案1大,同時(shí)給了學(xué)生更多的空間自己思考,大膽假設(shè),大膽探究．總之兩種方案處處滲透著科學(xué)思維,同時(shí)筆者經(jīng)過(guò)自己設(shè)計(jì)的教具帶著學(xué)生去探究,還啟發(fā)學(xué)生自己設(shè)計(jì)更改實(shí)驗(yàn)方案,探究方法上都采用了類比．只是探究的難易做差異性調(diào)控．

3 尊重實(shí)驗(yàn)事實(shí),培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)態(tài)度,激發(fā)團(tuán)隊(duì)力量

科學(xué)態(tài)度與責(zé)任要求認(rèn)識(shí)科學(xué)的本質(zhì)，科學(xué)精神，科學(xué)與技術(shù)的區(qū)別，科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)、環(huán)境(STSE)的關(guān)系等;與此同時(shí),培養(yǎng)學(xué)習(xí)和研究物理的好奇心與求知欲,培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)精神與遵循道德規(guī)范,反對(duì)從事有害社會(huì)的技術(shù)開(kāi)發(fā)與技術(shù)行為,養(yǎng)成保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源、促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的責(zé)任感．

筆者在推進(jìn)電動(dòng)勢(shì)后,開(kāi)始分析電勢(shì)差和電動(dòng)勢(shì)的區(qū)別,提出質(zhì)疑,引發(fā)學(xué)生思考電勢(shì)差和電動(dòng)勢(shì)的單位雖然相同,物理意義不同．在兩個(gè)層次的班里都采用了講授法,這點(diǎn)也是本節(jié)難點(diǎn).筆者在普通班中設(shè)置了更多的層次,幫助學(xué)生理解概念．接著筆者在總結(jié)電動(dòng)勢(shì)這一節(jié)內(nèi)容時(shí)候還提出了課后探索內(nèi)容．

對(duì)于普通班,筆者提出兩個(gè)問(wèn)題: (1) 調(diào)查常用可充電電池; (2) 電池的廣泛應(yīng)用與環(huán)保(節(jié)能減排;廢舊電池的危害和回收).

對(duì)于競(jìng)賽班,筆者提出另外兩個(gè)問(wèn)題: (1) 調(diào)查常用可充電電池及研究廢舊電池的危害、回收; (2) 查閱一種放在鞋底部的電池如圖5,通過(guò)人們的身體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行充電的鋰電池．查閱電池的研究過(guò)程及應(yīng)用．

圖5

筆者在課程的結(jié)束分別提出了不同的要求,培養(yǎng)學(xué)習(xí)物理的好奇心和求知欲,同時(shí)激發(fā)學(xué)生團(tuán)隊(duì)力量一起調(diào)查研究,在傳授知識(shí)的同時(shí),引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成保護(hù)環(huán)境,節(jié)約資源的社會(huì)責(zé)任感．

4 差異化教學(xué)滲透物理核心素養(yǎng)的教學(xué)感觸

筆者初次嘗試在同一課題下以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向,采用不同方案進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)．兩節(jié)課都通過(guò)創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)課堂實(shí)驗(yàn),有針對(duì)性的把抽象的物理概念通過(guò)類比形象化,讓學(xué)生在輕松愉快的課堂氣氛中經(jīng)歷了物理概念的建構(gòu)過(guò)程,既深刻理解了電動(dòng)勢(shì)這個(gè)物理概念,又學(xué)習(xí)了解一些物理研究的方法,如類比法、用比值定義物理量方法．

兩節(jié)課都用問(wèn)題引導(dǎo),充分尊重學(xué)生的思維發(fā)展過(guò)程,在學(xué)生思維發(fā)展的節(jié)點(diǎn),構(gòu)思巧妙的創(chuàng)新性物理實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生體驗(yàn)、給學(xué)生啟發(fā),使學(xué)生的思維能飛躍臺(tái)階,自己完成電動(dòng)勢(shì)概念的建構(gòu)．同時(shí),通過(guò)聯(lián)系生活實(shí)際,讓電動(dòng)勢(shì)這個(gè)抽象的物理概念與日常生活緊密聯(lián)系在一起,使學(xué)生進(jìn)一步體會(huì)了物理源于生活、服務(wù)于生活,激發(fā)了學(xué)生探究物理知識(shí)、學(xué)習(xí)物理技能的興趣．兩節(jié)課完全以物理核心素養(yǎng)為導(dǎo)向設(shè)計(jì),筆者收獲頗多,望同行批評(píng)指正．

參考文獻(xiàn)：

1 艾靜,熊建文.基于核心素養(yǎng)的物理課堂教學(xué)診斷性評(píng)價(jià)體系構(gòu)建[J].物理教師,2017(38):2-5.

2 馮慧.高中物理電動(dòng)勢(shì)概念教學(xué)設(shè)計(jì)[J].時(shí)代教育,2008(7):175.

3 張娜.DeSeco項(xiàng)目關(guān)于核心素養(yǎng)的研究及啟示[J].教育科學(xué)研究,2013(10):39-45.

4 邵朝友,周文葉,崔允漷.基于核心素養(yǎng)的課程標(biāo)準(zhǔn)研制:國(guó)際經(jīng)驗(yàn)與啟示[J]. 全球教育展望,2015(8):14-22.

5 陳曉宇.以培養(yǎng)物理核心素養(yǎng)為導(dǎo)向的探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)[J].物理通報(bào),2017(10):4-5.

6 李藝,鐘柏昌.談“核心素養(yǎng)”[J].教育研究,2015(9):17-23.

7 褚宏啟.核心素養(yǎng)的概念與本質(zhì)[J].華東師范大學(xué)學(xué)報(bào)(教育科學(xué)版),2016 (1): 1-3.

8 張華.論核心素養(yǎng)的內(nèi)涵[J].全球教育展望,2016(4):10-23.

9 韓耀強(qiáng).巧用趣味實(shí)驗(yàn)成就有效課堂[J].物理教師，2010，31(6)：13-15.

10 辛濤,姜宇,劉霞.我國(guó)義務(wù)教育階段學(xué)生核心素養(yǎng)模型的構(gòu)建[J].北京師范大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版),2013(1):5-11.

11 魯斌, 徐志長(zhǎng), 龔長(zhǎng)流. 提升學(xué)生物理核心素養(yǎng)的教學(xué)探索[J].物理教師,2017(38)：23-27.