指向核心素養(yǎng)的物理教學設(shè)計的優(yōu)化策略與實踐

摘?要：結(jié)合教改實踐，提出了四條物理課堂教學設(shè)計的優(yōu)化策略：讓學習從真實問題真實情景開始;帶著猜想或問題去觀察;用問題引導思維，用猜想推動問題的解決進程;讓思維插上想象的翅膀.學生的課堂表現(xiàn)將因此而不同，學生的科學思維能力將初步達成.

關(guān)鍵詞：物理教學設(shè)計;優(yōu)化策略;問題;猜想;想象

文章編號：1008-4134（2020）01-0045?中圖分類號：G633.7?文獻標識碼：B

作者簡介：李鐵（1968-），男，江蘇無錫人，本科，中學高級教師，中學特級教師，研究方向：高中物理課堂教學.

2017版《普通高中物理課程標準》的頒布揭開了新一輪物理課堂改革的序幕.課程目標從2003版較抽象的三維目標轉(zhuǎn)變成較具體的核心素養(yǎng)，注重培養(yǎng)學科關(guān)鍵能力，對教師的課堂教學設(shè)計的指導更加明確.但物理學科核心素養(yǎng)的形成最終取決于教師課堂教學行為的變化，比如教師是否愿意給時間讓學生獨立思考？給時間、空間讓學生質(zhì)疑交流？教師的教學觀念是否真正地發(fā)生了改變，并把這種變化體現(xiàn)到每堂課的教學設(shè)計中？教學設(shè)計是作用于課堂教學的最直接方式，其中的精妙設(shè)計變化能促進學生的反思與提高，也最能促進教師教學觀念的變化.那么，新課程背景下，促進學生核心素養(yǎng)形成的課堂教學設(shè)計，正發(fā)生著哪些變化呢？

1?讓學習從真實問題或真實情景開始

真實問題或真實情景能極大地激發(fā)物理學習的興趣，激發(fā)認知沖突，形成強烈的學習動機.讓課堂從真實問題開始，讓學生把實際問題抽象成物理問題，能培養(yǎng)學生主動發(fā)現(xiàn)問題的能力、抽象思維能力.在問題背景的導引下，學生能主動尋找解決問題的方法，培養(yǎng)科學思維能力，增強實踐意識.

例如，在學習全電路歐姆定律時，教師這樣設(shè)計引入：（1）用電壓表測量一節(jié)干電池的電壓約“1.5V”（2）出示小燈泡，查明其額定電壓“1.2V”，同時提問，用該干電池對該燈泡供電，燈泡亮嗎？學生給出預期答案（亮）.（3）實驗觀察：結(jié)果燈泡不亮.這樣的實驗引入與學生的前認識產(chǎn)生強烈的沖突，令學生困惑.學生不禁要問：電源兩端的電壓哪里去了？電源兩端的電壓是變化的嗎？用實驗很好地突破了學生的思維定勢（初中認為電源兩端的電壓是不變的），也為本堂課的后續(xù)學習指明了方向.

用真實問題或真實情景引入，要關(guān)注其有效性適切性，不能僅看熱鬧，要與本堂課的內(nèi)容相關(guān)，而且最好是經(jīng)過本堂課的學習，能夠解決引入的問題.在學習磁揚對運動電荷作用力的時候，很多教師用極光引入課題，引入時五光十色，但本堂課的后續(xù)學習與極光無關(guān)聯(lián)，到本堂課結(jié)束，也不能解決極光形成問題.對本堂課而言，這樣的情景是無效的，甚至對本堂課的學習起到了干擾作用.

2?帶著猜想或問題去觀察

觀察是發(fā)現(xiàn)之源，要培養(yǎng)學生觀察的習慣、觀察的意識，在觀察的時候，能主動發(fā)現(xiàn)問題，并對問題的解決帶著預設(shè)再觀察、再實驗，讓學生逐步學會科學探究的一般流程與方法.高中課堂演示的大部分實驗，學生通常有一定感性認識，對實驗研究的目的，也比較明確，學生對實驗的結(jié)果，有合理但可能是錯誤的預期.在觀察之前，讓學生有一個合理假設(shè)，一方面能發(fā)現(xiàn)存在的問題，另一方面也能使后面的觀察更專注、更有目的性.

例如，在講超重與失重的時候，大部分老師通常的講法是：（1）看錄像，在電梯上放一個臺秤稱重物的重量，觀察電梯上升運動，再觀察電梯下降運動，記錄臺秤示數(shù)變化;（2）根據(jù)觀察完成表格：記錄速度方向、加速度方向、臺秤的讀數(shù);（3）根據(jù)表格總結(jié)超重失重的條件;（4）最后用牛頓第二定律做定量討論.上述教學流程是：觀察→總結(jié)→思考.上述教學設(shè)計把學生當成一張白紙，壓制了學生的思維，由于觀察中少了思考，不利于學生自主地、創(chuàng)造性地解決問題.換一個講法就是說，課堂學習氣氛不同，學生參與狀態(tài)就完全不同：（1）帶著問題去觀察，首先提問：電梯從底樓上升到頂樓，臺秤的示數(shù)是否變化？談?wù)勛约旱目捶?（2）學生提出自己的假設(shè)或分析，課堂變活了，教師則如實記錄;（3）學生根據(jù)自己的假設(shè)，自己設(shè)計需要的表格，同學之間的表格可以不一樣，如部分同學可能只記錄加速度的方向與臺秤的讀數(shù);（4）每位同學帶著自己的假設(shè)去觀察，目的明確，觀察更有效;（5）從牛頓第二定律的角度總結(jié)超重與失重.這樣的設(shè)計流程是：問題→猜想→觀察→反思.學生在自我思考、自我創(chuàng)造，在自我否定之否定中不斷提高.

又如在講授楞次定律的時候，教師通常直接演示磁鐵插入螺線管的實驗，讓學生觀察，然后師生一起總結(jié)感應(yīng)電流的方向與哪些因素有關(guān).學生對結(jié)果表示認同，或者認為實驗結(jié)果很平淡無奇.教學流程是：觀察→總結(jié).換一個教學過程，學生的表現(xiàn)會完全不同：（1）出示磁極及螺線管電流表閉合回路，這套裝置前二節(jié)課已經(jīng)多次使用，學生有足夠的感性認識;（2）提出問題：猜想感應(yīng)電流方向與什么因素有關(guān)？（3）學生做合理猜想，教師如實記錄磁鐵的磁場方向，可是大部分學生說不出“磁通量的變化”;（4）學生帶著問題去觀察，觀察目的明確，學生很快就發(fā)現(xiàn)了假設(shè)中的問題;（5）學生修證假設(shè)，得到結(jié)論，認識升華了.該教學流程是：問題→猜想→觀察→反思.學生觀察非常專注，同時很快發(fā)現(xiàn)了存在的問題，提高了學習效率.

帶著猜想去觀察，猜想可以是不完備的，也可以是片面的，甚至是錯誤的，只要相對學生現(xiàn)有的認識是合理的，就是一個很好的假設(shè).這樣的假設(shè)，能及時發(fā)現(xiàn)學生的思維障礙，觀察目的明確，對學生的思維起到很好的引導作用，學習的有效性及課堂的效益也將得到提高.

3?用問題引導思維，用猜想推動問題的解決進程

物理學習的目的之一是為了解決問題.要把問題的提出、問題的解決變成一條明線.要讓學生自己發(fā)現(xiàn)問題，并對問題解決有一個預期猜想，再圍繞問題的解決，去尋找解決問題所需的知識方法，用問題與猜想推進課堂的進程，進而培養(yǎng)學生分析與解決問題的能力.這樣，課程標準所倡導的“觀察、假設(shè)、實驗”的科學探究的方法，才能落到實處.

例如，在理論探究洛倫茲力的大小時，人教版課本分下面四步提出問題：一根通電導線長度為L，放在勻強磁場B中，電流I垂直于磁場B：（1）寫出電流的微觀表達式.學生不知道為什么要寫？（2）寫出長為vt導線受到的安培力.（3）求出每個電子受到的力，即洛倫茲力.課本在這里加了一個說明：許多中間量，如n、v、s、t等都應(yīng)不再出現(xiàn).該教學流程是：問題1→問題2→問題3.筆者稱這種問題鏈為導航式問題鏈.設(shè)置導航式問題鏈，等同于視學生為木偶，學生只要按部就班，很快就得到結(jié)論，但學生缺乏思維碰撞，缺乏對舊知識的主動回憶和新問題的理性思考，學生知其然但不知其所以然，學生獲得知識的過程是膚淺的，表現(xiàn)為學生課后知識再現(xiàn)率很差.但如果用問題與猜想作引導，學生的表現(xiàn)就完全不同，下面是筆者的實踐 ：（1）猜想：電荷電量為q，以速度v在磁場B中運動，其受到磁場的洛倫茲力與哪些因素有關(guān)？并給出定性結(jié)果;（2）猜想：通電導線受到磁場的安培力與導線中每個運動電荷受到磁場的洛倫茲力是什么關(guān)系;（3）一根通電導線，放在勻強磁場B中，電流方向垂直于B，其中電子的電量為e，電子的定向移動速度為v，求解每個運動電子受到的洛倫茲力？（4）你能否設(shè)計實驗驗證上述公式的正確性？該教學流程是：情景→猜想1→猜想2→問題解決.這樣的設(shè)計有合理的猜想作為指引，學生的思維方向明確，在解決問題的過程中，學生能主動回憶已學知識，進行積極的自我反思與自我建構(gòu)、自我動態(tài)生成，學生的輸出遠遠大于教師對學生的輸入.

猜想是創(chuàng)新的起點，教師在平時的課堂教學中，要多給學生猜想的機會，培養(yǎng)猜想的習慣，同時要注意讓猜想建立在一定的事實基礎(chǔ)上，讓猜想遵循認識規(guī)律，而不是胡猜亂猜.如在研究碰撞中的不變量（動量守恒）時，課本上的做法是：（1）用氣墊導軌實驗獲得數(shù)據(jù);（2）對碰撞的規(guī)律作各種各樣的猜測，各種猜測組合達到四種以上;（3）用數(shù)據(jù)來逐一驗證猜想的正確性.該教學流程是：問題→多種猜測→實驗驗證.這就是典型的胡猜亂猜，估計教師也沒幾個人用這樣的教法.我們的做法是遵循認識規(guī)律，從特殊過程入手，并由此提出一般性猜想，再用實驗驗證一般猜想的正確性.該教學過程為：（1）用氣墊導軌做特殊典型的碰撞實驗：①質(zhì)量為m的運動物體碰撞質(zhì)量為m的靜止物體，發(fā)生完全非彈性碰撞，由實驗發(fā)現(xiàn)碰撞前后的規(guī)律性;②質(zhì)量為m的運動物體碰撞質(zhì)量為2m的靜止物體，發(fā)生完全非彈性碰撞，由實檢發(fā)現(xiàn)碰撞前后的規(guī)律性;③質(zhì)量為2m的運動物體碰撞質(zhì)量為m的靜止物體，發(fā)生完全非彈性碰撞，由實驗發(fā)現(xiàn)碰撞前后的規(guī)律性;（2）由以上實驗事實對碰撞的規(guī)律進行一般性猜想;（3）用氣墊導軌實驗：驗證猜想在一般情況下的正確性.該教學流程為：特例實驗→提出一般猜想→實驗驗證.從簡單典型的問題入手，進而尋找一般的規(guī)律性，這本身就是一種重要的研究方法.讓猜想滿足認知規(guī)律，學生思維清晰，表現(xiàn)出很強的創(chuàng)造力，課堂效益也得到提高.

4?讓思維插上想象的翅膀

愛因斯坦說過：想象力概括著世界上的一切，推動著進步，是知識進化的源泉.想象力是科學研究中的實在因素，質(zhì)疑能力、創(chuàng)新能力由此而生.當物理過程的實驗條件現(xiàn)實中無法滿足時，或邏輯推理的前提假設(shè)可能有誤時，或在學習宏觀與微觀領(lǐng)域的內(nèi)容時，可以用想象完成理想實驗，得出結(jié)論.如建立牛頓第一定律的理想斜面實驗.在講光速不變時，我們引入愛因斯坦的追光實驗，讓學生想象，如果用伽利略速度變換公式，我們的速度可以等于光速甚至超光速，你將看到什么生活現(xiàn)象.學生的想象力被充分激發(fā)了，課堂活躍了.

培養(yǎng)學生豐富的想象力首先要保護學生的好奇心，平時要耐心回答學生提出的各種問題，同時要豐富學生用于想象的表象儲備，積累必要的知識經(jīng)驗，使學生的想象有豐富的感性認識做支撐.如在學習氣體分子的運動特點時，由于氣體分子看不見摸不著，似乎知識只能靠灌輸.我們首先通過幾個問題，讓其它分子運動的整體圖景盡可能直觀化，然后借助想象幫助學生建立氣體分子運動的圖景.教師設(shè)計下面3個問題：①氣體分子間距多大？（約10-9m）②對氧氣分子，0℃時分子運動的平均速率約為300m/s，估算每個氧氣分子的碰撞周期及碰撞頻率？（T=10-9/300≈10-10s，f=1/T≈1010Hz=100億次/秒）③想象每個氣體分子的運動圖景？學生在上述3個問題的引導下，借助想象順利完成氣體分子運動特點的自我建構(gòu).

高中物理學習的目標是培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng).關(guān)注實際問題是形成物理觀念、進行模型建構(gòu)的必由之路.以問題為中心，基于現(xiàn)有的認識提出假設(shè)或大膽合理想象，并由此推進學習進程，這正是科學探究的學習方法的具體體現(xiàn).學生的科學推理能力、質(zhì)疑創(chuàng)新能力將得到不斷發(fā)展，并將最終促成科學思維的學科培養(yǎng)目標的達成.

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準[M].北京：人民教育出版社，2018.

（收稿日期：2019-10-01）