初中物理學科關鍵能力培養方略

顧文權

摘要：學科核心素養是一種內在品質，在應對現實情境時表現為解決問題的能力，即學科關鍵能力。對于學生來說，學科關鍵能力是在其經歷學科學習的過程中逐步形成的，是適應個人終身發展和社會發展需要的必備能力。以《壓強》一課為例，闡述培養物理學科關鍵能力的教學策略：從表象中提取本質特征，發展概括理解能力;設計與評估，發展實驗探究能力;分析與解釋，提升實踐應用能力;解決問題，提升求實創新能力。

關鍵詞：初中物理 學科關鍵能力 教學策略 壓強

學科核心素養是一種內在品質，在應對現實情境時表現為解決問題的能力，即學科關鍵能力。對于學生來說，學科關鍵能力是在其經歷學科學習的過程中逐步形成的，是適應個人終身發展和社會發展需要的必備能力。江蘇省于2015年啟動了“義務教育學科核心素養與關鍵能力研究”項目，將初中物理學科關鍵能力分解為概括理解、實驗探究、實踐應用和求實創新四個方面。下面以蘇科版初中物理八年級下冊《壓強》一課為例，闡釋筆者關于初中物理學科關鍵能力培養的思考與實踐。

一、從表象中提取本質特征，發展概括理解能力

（一）發展概括能力

為了探索和揭示復雜物理現象的本質規律，必須根據研究對象或問題的特點，在觀察的基礎上，對主要的、本質的因素進行考察研究，抽象其共同的、本質的屬性，這正是物理概念的形成過程。而這一形成過程，有賴于大量事實所構筑的科學情境，以幫助學生聚合離散的知識與技能，并揭示與內容相關的概念。

本節課，筆者提供了三種不同的場景，要求學生畫出“運動員對平衡木的作用力”（如圖1）、“錘子對釘子的作用力”（如圖2）、“斜面上的物體對斜面的作用力”（如圖3），并思考它們的共同特征。三個力產生的原因各不相同，有的由重力引起，有的由敲擊產生，但這些都只是表象。筆者引導學生回到力的三要素（大小、方向、作用點）上審視，歸納發現：這三個力的共同點是都垂直作用于物體間的接觸面，并指向受壓物體。這種力給它一個名稱叫“壓力”。此概念中的“垂直作用于物體間的接觸面”“指向受壓物體”，都是學生對事實歸納形成的本質特征，這樣得出“壓力”的概念是基于學生概括的，是科學的。

（二）發展理解能力

在教學過程中，教師需注意引導學生對相似的概念、規律進行辨析比較，以使學生深刻地理解物理概念的內涵和外延、物理規律的適用條件和適用范圍，從而真正掌握物理知識。

為了進一步認識壓力，需要與重力加以比較、辨析。本節課，筆者引導學生通過觀察舉出反例和正例：圖2中鐵釘對墻壁的壓力就與鐵釘所受的重力無關;斜面上的物體對斜面的壓力也不等于其重力（如圖3）;而通過二力平衡、相互作用可以推知，只有靜止在水平面上的物體對水平面的壓力等于重力（如圖1）。

從“壓力”概念發展到“壓強”概念有較大的躍遷，也可以在比較與辨析中達成目標。如下頁表1所示，分別將磚塊按（1）（2）（3）三種方式擺放，它們對水平面的壓力相等嗎？將它們放置在鋪滿軟泥的水平面，軟泥形變的程度相同嗎？這說明了什么？學生觀察實驗現象后思考發現：（1）（2）壓力相同，（3）壓力最大;（2）（3）下方的軟泥形變程度比較接近，（1）下方的軟泥形變程度最小。得到結論：壓力大時，壓力的作用效果不一定大，還與受力面積有關。筆者進一步提問：沒有軟泥，能比較壓力的作用效果嗎？引導學生通過類比速度概念，換算成單位受力面積所受的壓力或者單位壓力所占的受力面積來比較，即用比值法來定義壓強。經歷“壓強”概念的建立過程后，學生對壓強、壓力的區別會有更深的認識，同時感受到壓強是比壓力更大的概念，盡管它更抽象，但它能更深刻地描述壓力的作用效果。

二、設計與評估，發展實驗探究能力

實驗探究是人們了解自然、獲得科學知識的主要方法，也是提出科學問題，形成猜想和假設，獲取和處理信息，基于證據得出結論并做出解釋，以及對科學探究過程和結果進行交流、評估、反思的能力。

本節課探究的是“壓力作用效果與哪些因素有關”。首先，體驗“指、掌頂（壓）球”（如圖4）和“雙指壓筆”（如圖5）的實驗，學生很容易發現壓力的作用效果是不同的。與什么有關呢？問題自然就提出來了。隨后通過增加力度以及“指與掌”“筆尖與筆尾”的對比，猜想壓力的作用效果可能與壓力大小和受力面積大小有關。

在“設計實驗”階段，通過提供多樣化的探究器材供學生選擇，來增進學生對探究的理解。本環節的教學活動體現一定的開放性，學生自行選擇器材設計實驗，并操作驗證，最后面向全班匯報探究過程與結論。學生匯報時，圍繞以下三個問題：選什么器材作為受壓表面？怎樣改變壓力（或受力面積）？根據現象得出的結論是什么？同一方案不重復匯報，鼓勵學生有創新設計。學生匯報中，如果方案不嚴謹，可由組內成員補充完善，或由其他小組做出點評。

為了加深學生對控制變量的理解，可以設計以下活動評估實驗方案：

評估1——某小組選擇了大小不同的兩個木塊，平放在海綿上，發現形變程度幾乎相同，由此說明壓力的作用效果與受力面積無關，你對此做何評價？（不正確，因為沒有控制壓力大小相等，同時有兩個變量。）

評估2——某小組將同一物塊先后壓在海綿表面、木板表面，發現形變程度不同，由此得出壓力的作用效果與受壓材料有關，你對此做何評價？（不正確，應選同一物體作為研究對象，觀察壓力對它的作用效果。）

上述實驗探究側重于“實驗設計”和“實驗評估”，鼓勵學生根據實驗目的設計出多種實驗方案，并評估其合理性。在其他實驗中，可以根據需要側重于實驗探究的其他要素。日積月累，可以幫助學生實現實驗探究能力的整體提升。

三、分析與解釋，提升實踐應用能力

實踐應用是在應用物理知識解釋自然現象和解決實際問題中表現出來的能力。教師要善于利用物理教學內容的特點，培養學生解釋現象、解決問題的良好習慣——分清楚概念，弄明白對象，思維要有邏輯，步驟要有條理，說話要有證據……這些意識和習慣是提升實踐應用能力的基石。

本節課，筆者先出示冰面救援的情境，讓學生思考救援方案：考慮到冰面能承受的壓強有限，應減小壓力、增大受力面積，所以應派出體重較輕的消防員趴在軟墊上。學生探討出方案后，筆者再出示圖6，讓學生體會到知識在實踐中的應用價值。諸如此類的還有“科技館中，小明躺在釘板上安然無恙”（如圖7）等生活場景。

四、解決問題，提升求實創新能力

求實創新是指學生在學習知識與解決問題的過程中要有證據意識，能夠合理地進行知識遷移從而產生新的思考和發現，具有質疑和實證、遷移的能力。通過對物理現象的如實觀察、描述，可以培養學生的實證意識;通過運用已有知識，產生新穎、獨特的問題解決方法，可以培養學生的創新品質。

本節課最后，筆者提出探究活動——估測人站立時對地面的壓強。根據前面所學，估測壓強要知道人對地面的壓力和地面的受力面積。那么，如何估測人對地面的壓力？人正常直立時對地面的壓力就等于重力。如何估測地面的受力面積？有學生提出，把腳底近似看作長方形，測出腳長和腳寬，但這樣的近似，誤差太大。有學生提出，將腳印踩在坐標紙上，通過數格子得到近似面積，并且格子越小，估測就越精確。其他學生紛紛對此方案表示贊同，并根據此方案完成了估測。在學生完成估測后，筆者進行總結拓展：（1）在刑偵工作中，根據腳印發現嫌疑人形體特征，也是有科學依據的——利用類似剛剛數格子的方法可以估算出嫌疑人的體重，再根據腳長可估算出嫌疑人的身高。（2）在科學史上，這種測量面積的方法也有重要應用——1916年，美國實驗物理學家密立根曾通過測量油膜面積計算出了分子直徑，巧妙地利用宏觀手段解決了看似難以完成的微觀測量。

參考文獻：

[1] 義務教育學科核心素養與關鍵能力研究項目組.義務教育學科核心素養·關鍵能力——測評與教學（初中物理）[M].南京：江蘇鳳凰科學技術出版社，2018.