物理學(xué)科核心素養(yǎng)視角下的深度學(xué)習(xí)
——以“光的直線傳播”的教學(xué)為例

翟 磊

(北京市朝陽區(qū)教育研究中心，北京 100021)

作為一線物理教師，如何圍繞物理學(xué)科核心素養(yǎng)進(jìn)行有效的課堂活動(dòng)設(shè)計(jì)？如何在活動(dòng)中有效提升學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)？筆者以人教版8年級(jí)“光的直線傳播”一課的教學(xué)為例，從物理學(xué)科核心素養(yǎng)的4個(gè)方面出發(fā)，談?wù)勎覀兊膶?shí)踐探索，為一線教師提供一些借鑒.

1 利用知識(shí)遷移，助力學(xué)生形成物理觀念

以“光的直線傳播”為例，從“物理觀念”的角度來看，光的直線傳播現(xiàn)象屬于物理觀念中運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念，是整個(gè)中學(xué)物理學(xué)習(xí)過程中波動(dòng)現(xiàn)象的重要前置內(nèi)容.而聲波現(xiàn)象與光的直線傳播現(xiàn)象屬于同一“物理觀念”并起到同等的作用.基于“物理觀念”，可以將學(xué)生學(xué)習(xí)聲的傳播過程的方法遷移到光的直線傳播的學(xué)習(xí)過程中，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注兩者之間的內(nèi)在聯(lián)系.

在聲現(xiàn)象的學(xué)習(xí)中，教師通常從固體、液體、氣體3種介質(zhì)出發(fā)，通過實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生達(dá)成介質(zhì)中能傳聲的共識(shí)，具體過程歸納如表1.并通過真空鈴實(shí)驗(yàn)引發(fā)思考，進(jìn)一步完善了介質(zhì)能夠傳聲，且傳聲需要介質(zhì)的結(jié)論.在此基礎(chǔ)上，討論聲音在這3種介質(zhì)中傳播的方式，引入聲波與聲速.學(xué)生在聲現(xiàn)象中經(jīng)歷了完整的聲的傳播的探究過程，這是學(xué)生對(duì)于波動(dòng)傳播學(xué)習(xí)很好的知識(shí)基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn).

在“光的直線傳播”一節(jié)中，通過對(duì)照聲的傳播的學(xué)習(xí)過程，引導(dǎo)學(xué)生思考光能否在固、液、氣介質(zhì)中傳播，達(dá)成共識(shí)后，學(xué)生自然會(huì)通過遷移聲音的傳播條件的學(xué)習(xí)過程，提出操作性更強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)方案，即探究光在固、液、氣介質(zhì)中是否沿直線傳播，如表2.

表1 聲的傳播實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)過程

表2 光的直線傳播實(shí)驗(yàn)前置學(xué)習(xí)過程

學(xué)生還可以通過與真空鈴實(shí)驗(yàn)建立聯(lián)系，提出光能否在真空中傳播，光傳播是否需要介質(zhì)等問題，并在解決這些問題的過程中，對(duì)于初中階段接觸到的兩種波動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行區(qū)分和聯(lián)系，如表3，為學(xué)生學(xué)習(xí)波動(dòng)現(xiàn)象，理解機(jī)械波與電磁波的不同埋下伏筆.

表3 聲與光傳播的不同

綜上所述，教師在設(shè)計(jì)學(xué)生活動(dòng)時(shí)，不應(yīng)只關(guān)注“物理知識(shí)”的傳授，而應(yīng)該從這部分知識(shí)對(duì)于學(xué)生“物理觀念”的形成的作用出發(fā)，關(guān)注同一觀念下知識(shí)間相互的聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生形成相關(guān)概念的知識(shí)遷移，引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)完整的知識(shí)體系.

2 引導(dǎo)學(xué)生深入體驗(yàn)和理解物理模型的建立過程，深化科學(xué)思維

“科學(xué)思維”中的模型建構(gòu)往往是初中物理教師們所忽略的.如何基于經(jīng)驗(yàn)事實(shí)建構(gòu)物理模型呢？以“光線”這一物理模型為例，通常我們?cè)诮虒W(xué)中都會(huì)問學(xué)生這樣一個(gè)問題：“光線”是實(shí)際存在的嗎？生活中和媒體里大量的不準(zhǔn)確的生活用語使得學(xué)生錯(cuò)誤地將所看到的光等同于“光線”，而教師課堂上的說明和介紹又無法引起學(xué)生認(rèn)知的沖突，學(xué)生堅(jiān)持認(rèn)為他看到的就是一條條“光線”.我們不妨重新審視一下我們的教學(xué)過程，找出學(xué)生的癥結(jié)所在.

為了引入“光線”這一模型，我們會(huì)讓學(xué)生用圖畫來描繪出他在光的直線傳播實(shí)驗(yàn)中看到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，如圖1所示.然后引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注光的傳播方向，這樣我們就得到了一條帶箭頭的直線——“光線”.而我們?yōu)榱俗寣W(xué)生將“光線”與光區(qū)分開，我們往往引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注“光線”的箭頭，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注實(shí)際的光是不存在箭頭的.但顯然這樣的刺激是不足以讓全部學(xué)生扭轉(zhuǎn)他們的思維定式的，這也沒有體現(xiàn)出我們建構(gòu)“光線”的意義.

圖1 光在水中的傳播現(xiàn)象和圖示

如何讓學(xué)生建立“光線”模型，并理解模型法的物理意義呢？筆者認(rèn)為教師需要引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注模型與其代表的實(shí)際物體之間的聯(lián)系和區(qū)別，真正的去理解建構(gòu)模型的意義.在課上為了讓學(xué)生了解什么是模型，我們可以利用生活中常見的模型與符號(hào)去引導(dǎo)學(xué)生形成遷移，比如我們可以問學(xué)生：圖2中畫的是什么？在學(xué)生形成“是太陽”的共識(shí)后，繼續(xù)追問：這是真的太陽嗎？學(xué)生會(huì)說不是；最后引發(fā)學(xué)生思考：那你為什么認(rèn)為它能代表圖3的太陽？由此讓學(xué)生通過抽象的思維方式，體會(huì)建立反映客觀事物本質(zhì)特征的模型的過程.

圖2 太陽的“模型”

圖3 太陽

圖4 風(fēng)的“模型”

當(dāng)然，我們還可以給學(xué)生更多的實(shí)例，例如圖4中風(fēng)的“模型”，讓學(xué)生充分體會(huì)建構(gòu)模型的意義，利用建構(gòu)模型的過程提升學(xué)生的“科學(xué)思維”.

3 構(gòu)建合理科學(xué)探究思路，助力學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)階

“科學(xué)探究”是學(xué)生進(jìn)行物理學(xué)習(xí)的重要方法，是學(xué)生建立“物理觀念”、提升“科學(xué)思維”、養(yǎng)成“科學(xué)態(tài)度和責(zé)任”的重要途徑.

以“光的直線傳播”為例，本課的重點(diǎn)在于學(xué)生通過學(xué)習(xí)建立“光在同種均勻介質(zhì)中沿直線傳播”這一規(guī)律，通常是采用實(shí)驗(yàn)的方式來引導(dǎo)學(xué)生建立規(guī)律，實(shí)驗(yàn)過程整理如表4.

表4 傳統(tǒng)課堂“光在同種均勻介質(zhì)中沿直線傳播”建立過程

表5 聲的傳播建立過程

上文提出，“光的直線傳播”與“聲音的傳播”有著諸多聯(lián)系，將表4與表5對(duì)比發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在建立傳播概念時(shí)，應(yīng)當(dāng)經(jīng)歷從能否傳播到如何傳播的進(jìn)階，所以筆者利用“科學(xué)探究”的思路，建立了表6中完整探究過程，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷完整的學(xué)習(xí)進(jìn)階過程.

表6 利用“科學(xué)探究”方法構(gòu)建“光的傳播”過程

圖5 光的直線傳播實(shí)例

圖6 光的折射實(shí)驗(yàn)

圖7 糖水實(shí)驗(yàn)

我們可以看出，合理的設(shè)置“科學(xué)探究”過程，可以為學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)階提供更多的平臺(tái)和助力，并且在“實(shí)驗(yàn)探究”中每一個(gè)實(shí)驗(yàn)與舉例(筆者在這里更加推崇利用實(shí)驗(yàn))都是一次提升學(xué)生“科學(xué)思維”的機(jī)會(huì).通過基于進(jìn)階的學(xué)習(xí)過程，使學(xué)生能夠更好理解學(xué)科知識(shí)的本質(zhì)與聯(lián)系，形成更加完整和準(zhǔn)確的“物理觀念”.

4 追本溯源，學(xué)以致用，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”與三維目標(biāo)中“情感 態(tài)度 價(jià)值觀”維度相似，更多的是一種潛移默化的精神層面的養(yǎng)成，也是“立德樹人”教育本質(zhì)的體現(xiàn).教師在教學(xué)過程中，對(duì)于“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”的體現(xiàn)往往不明確，甚至不知道如何體現(xiàn).筆者認(rèn)為，“學(xué)以致用”是物理學(xué)科本質(zhì)和態(tài)度的很好體現(xiàn).

學(xué)生如果體會(huì)不到知識(shí)在實(shí)際生活中的應(yīng)用價(jià)值，就很難激發(fā)學(xué)生探索知識(shí)、利用知識(shí)的內(nèi)在動(dòng)力.以“光的直線傳播”為例，筆者受到“慣性”這一課的啟發(fā)，想到一個(gè)問題——如果沒有光，我們的生活是怎樣的？并以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)了如下的活動(dòng)引入新課：學(xué)生進(jìn)入黑暗的實(shí)驗(yàn)室，體驗(yàn)沒有光的生活；學(xué)生得到光源后，再次進(jìn)入黑暗的實(shí)驗(yàn)室.學(xué)生通過兩次實(shí)驗(yàn)的對(duì)比體會(huì)光在我們生活中的作用.從這個(gè)活動(dòng)中學(xué)生即可以體會(huì)光源的必要性，也能夠體會(huì)光的傳播的重要性，同時(shí)還可以引發(fā)學(xué)生對(duì)于生活中失明人士的感同身受，培養(yǎng)學(xué)生關(guān)心他人的責(zé)任感.

物理學(xué)史也是很好的養(yǎng)成“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”的材料.以“光沿直線傳播”為例，教師可以與上面提到的引課的活動(dòng)結(jié)合，介紹光源的發(fā)展史，介紹光源發(fā)展中重要的科學(xué)貢獻(xiàn)，如愛迪生與燈泡，或者介紹光源發(fā)展對(duì)人類生活的影響，如囊螢映雪的故事，激發(fā)學(xué)生關(guān)注科學(xué)與人類發(fā)展的責(zé)任感，激發(fā)學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)的動(dòng)力.再比如，教師可以引導(dǎo)學(xué)生閱讀人類關(guān)于光的傳播的研究的物理學(xué)史材料，比如光傳播是否需要介質(zhì)的爭論、邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)與以太，甚至光是波還是粒子的爭論等等，為將來高中的物理學(xué)習(xí)激發(fā)興趣，埋下伏筆.