落實“物理核心素養”的教學策略
——以粵教版“作用力與反作用力”為例

董友軍 馬北河 朱建平

(1. 順德區容山中學,廣東 佛山 528303; 2. 廣州市海珠區教育發展中心,廣東 廣州 510310; 3. 佛山市教育局教研室,廣東 佛山 528000)

教育部公布的2017版《普通高中物理課程標準》指出,物理學科核心素養主要包括“物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任”4個方面,其中物理觀念主要包括“物質觀念、運動與相互作用觀念、能量觀念”等要素;科學思維主要包括“模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新”等要素;科學探究主要包括“問題、證據、解釋、交流”等要素;科學態度與責任主要包括“科學本質、科學態度、社會責任”等要素．學生通過高中三年物理的學習,可以初步形成正確的價值觀念、養成優良的必備品格、煉成厚實的關鍵能力．如何在課堂教學中落實物理核心素養?它既是當前物理教學的現實問題,也是當前物理教研的理論問題．筆者在落實物理核心素養的教學實踐過程中,得到一些啟發,總結為三大策略,寫出來與大家分享,權當拋磚引玉．

1 基于核心素養的教學設計,是落實物理核心素養的前提

古人云,“凡事預則立,不預則廢”,要想落實物理核心素養,就要根據物理核心素養的4個方面進行教學設計．教學設計是教學的整體思路,它指引著教學的整個過程,使教學更有目的、更有效果．

1.1 根據核心素養,確定教學目標

根據高中物理核心素養的要求,確定“作用力和反作用力”這一節的教學目標如下.

(1) 物理觀念.

教師創設“手拍桌子”、“地面行走”、“磁鐵小車”實驗,先讓學生說出自己的感受和觀察到的現象,后引導學生分析感受和現象背后蘊藏的規律．在輕松的課堂交流中,讓學生逐漸形成“運動與相互作用觀念”素養．

(2) 科學思維.

教師引導學生用自己的語言總結以上3個實驗的規律,建構作用力和反作用力的概念．在探究作用力與反作用力等大反向過程中,引導學生質疑．在得出牛頓第三定律的內容后,教師設置“拔河比賽”“以卵擊石”實驗,引導學生把實際情境轉換成物理模型,并運用物理規律進行分析．通過以上過程,培養學生“模型建構”、“質疑創新”素養．

(3) 科學探究.

為了定量說明作用力和反作用力,教師準備實驗器材,主要包括彈簧測力計和力傳感器,把學生分成幾個小組,各小組學生自己設計實驗方案、分工合作、觀察現象、總結規律,探究出作用力和反作用力“等大”、“反向”、“共線”的特點，并給各小組交流展示的機會,各小組成員可以相互提問與解答,養成合作與交流的習慣,學生在這樣的過程中,逐漸形成“科學探究”素養．

(4) 科學態度與責任.

教師用力傳感器創設“以卵擊石”實驗,讓學生看到雞蛋碰石頭的力與石頭碰雞蛋的力大小相等;教師創設“磁針實驗”,讓學生看到甲磁針對乙磁針的吸引力與乙磁針對甲磁針的吸引力“反向”“共線”．通過以上兩個實驗,讓學生認識到,物理規律是基于實驗探究的正確結論,需要嚴謹認真的態度和實事求是的精神,培養“科學本質”“科學態度”素養．

1.2 創設師生活動,明確設計意圖

在設計教學過程中,有“教師活動”、“學生活動”、“設計意圖”,讓整個教學過程思路清晰、分工明確、針對性強,便于課堂教學實施,如表1．

表1 教學設計過程表

2 基于創新實驗的課堂教學,是落實物理核心素養的靈魂

物理核心素養4個方面,淺層分析相互獨立,深層研究聚焦創新,如圖2所示． “物理觀念”、“科學思維”、“科學探究”是創新的基礎,它們互相影響、彼此促進; “科學態度與責任”起到協調作用,協調“物理觀念”、“科學思維”、“科學探究”與“創新”的關系,讓“創新”成果與社會和環境可以協調發展;“創新”是根本目的,通過培養學生物理核心素養,讓學生具有創新意識和創新能力．中華人民共和國義務教育法第34條中明確規定:“注重培養學生獨立思考能力、創新能力和實踐能力,促進學生全面發展”．筆者在創新實驗過程中,依據“化微觀為宏觀”、“化抽象為具體”、“化定性為定量”等思路,創設了很多新穎實驗,引導學生觀察,激發學生思考,不僅活躍了課堂氣氛,也激發了學生思維,從而有效地培養了學生的物理核心素養，如圖1．

圖1 物理核心素養課深層理解圖

2.1 創設“毛刷實驗”——化微觀為宏觀

人在地面正常行走,地面對人的摩擦力向前,同時人對地面摩擦力向后,由于地面和人都是發生微小形變,無法觀察,為了增加學生感性認識,同時也是為了增加物理知識的可信度,筆者設置了毛刷鞋,展示地面對人的摩擦力向前;設置毛刷地面,展示人對地面的摩擦力向后．

2.2 創設“磁針實驗”——化抽象為具體

圖2 磁針實驗圖

為了說明作用力和反作用力在同一直線,筆者設計了“磁針實驗”,在圓上畫出多條直徑,一個強磁針放在圓心處,另一個強磁針放在圓周上,沿著圓周緩緩移動強磁針,通過強磁針的異名磁極相互吸引,學生很容易發現兩個強磁針的磁力方向總是相反,且在一條直線上,如圖2所示．

2.3 創設“卵石實驗”——化定性為定量

很多教師上課都講到雞蛋碰石頭,雖然雞蛋碎而石頭不碎,但雞蛋對石頭的力和石頭對雞蛋的力是作用力和反作用力,由牛頓第三定律得出雞蛋對石頭的力與石頭對雞蛋的力大小相等,這樣的定性解釋,沒有實驗數據可以驗證,說服力不強,學生們只能被動接受．筆者把雞蛋固定在一個力傳感器上,把另一個力傳感器的金屬拉鉤當作石頭,讓它們進行碰撞,通過觀看力傳感器的數值,非常直觀地得出雞蛋對石頭的力和石頭對雞蛋的力總是大小相等．通過力傳感器數據的展示,不但讓學生“誠服”,而且讓學生“心悅”,同時也激發了學生學習物理的興趣,可謂一舉三得．

3 基于學生主體的教學理念,是落實物理核心素養的保證

現代教學理論指出，在教學過程中,要始終體現學生的主體地位,教師應充分發揮學生在學習過程中的主動性和積極性,激發學生的學習興趣,營造寬松和諧的氛圍．“學生主體”主要表現在3個方面:學生是學習活動的主體,是主動的發現者、探索者,是主體得以確立的內在依據;學生是個體身心發展的主體,是個性社會化的主體,具有自主性、能動性、創造性等主體性品質;學生在教學過程中是主體化的客體,是由教到不教、由教育走向自我教育的主體．只有學生才是教學的主體,教師是教學的客體．不過,教師是客體并不等同于只起非決定性作用,學生是主體也并不意味著都起決定性作用,它們在教學過程的不同階段分別起決定性作用(如表2)．筆者在課堂教學中,主要以“學生小組討論”“學生動手探究”等方式進行教學,對落實物理核心素養,起到了良好的效果．

表2

(1) 學生小組討論．海森堡說:“科學植根于討論之中”．在課堂教學中引入小組討論,能夠激發學生思考和培養學生表達．如在 “比較一對平衡力與一對作用力和反作用力的相同點和不同點”,筆者就采用了小組討論．為了使小組討論更有針對性,筆者設計了如表3,引導學生積極思考、相互討論、各自表達,同時用自己的語言填寫相關內容,從而促進學生對一對作用力和反作用力與一對平衡力的深刻認識．教師這樣組織教學,把學生從客體地位變換到主體地位、從幕后推到臺前,易于激發學生主動學習、積極思考的意識,有利于培養學生良好的思維習慣和創新能力,使學生真正成為學習的主人,起到了培養學生物理核心素養的作用．

表3

(2) 學生動手探究．“紙上得來終覺淺,絕知此事要躬行”,學生動手探究,是物理教學最重要的方式,也是培養學生物理核心素養重要途徑．筆者分配給學生兩個彈簧測力計,兩個拉力傳感器,讓學生動手探究出作用力與反作用力大小相等、方向相反、同時產生、同時變化、同時消失．通過學生動手探究,增強了學生的動手能力,同時也加深了牛頓第三定律的理解及其應用,有效地培養了學生的物理核心素養．

“路漫漫其修遠兮,吾將上下而求索”,落實物理核心素養,既是課標的要求,更是時代的呼喚．作為一線物理教師,應該把“物理核心素養”銘記于心中，落實在課堂．