在課堂教學中培養學生核心素養

四川 寇大武

注重知行合一、學以致用，有自主探究和發現、解決問題的意識和能力是物理教學的關鍵，中學物理教學要致力于培養學生物理觀念、科學探究、科學思維、科學態度和責任等物理核心素養。

2022年1月10日，教育部印發的《普通高中學校辦學質量評價指南》指出：堅持以習近平新時代中國特色社會主義思想為指導，全面貫徹黨的教育方針，健全立德樹人的落實機制，引領升華教育教學改革，全面提高普通高中辦學質量，遵循教育規律和人才成長規律，培養德智體美勞全面發展的社會主義建設者和接班人。要培養學生：“注重知行合一、學以致用，有自主探究和發現、解決問題的意識和能力。”教學的主陣地在課堂，如何在課堂上有效提高學生的物理觀念、科學探究、科學思維、科學態度和責任等物理核心素養是關鍵。

一、營造教學情境，激發思維活力

《學記》中有言“故安其學而親其師，樂其友而信其道。是以雖離師輔而不反也。”強調了學生的遷移能力，學生親近師長，樂于與群眾交朋友，雖然遠離了教師，卻仍然可以學習。《論語·為政》中“學而不思則罔，思而不學則殆”強調了學生的思考能力，學習應該是知識的內化過程。意大利教育家瑪利婭·蒙臺梭利則認為“我聽過了，我就忘了；我看見了，我就記得了；我做過了，我就理解了”，強調了動手能力的重要性。從古至今，從國內到國外，教學采取的形式可以是多樣的，教學的核心在于學生，只有學生“親其師”才能“思其道”，只有“我做過了”才能“悟其道”。因此，物理課堂教學應以實驗為基礎，通過實驗教學提出問題，通過課堂學習，解決問題，最后形成物理觀念。如下以《超重與失重》中部分教學片斷為例簡要說明。

1.1 實踐體驗，感受超重現象

將彈簧測力計豎直放置，末端固定重物，如圖1所示。

圖1 彈簧測力計與重物

實踐體驗：請同學們小組合作完成實驗

1.1.1 讓彈簧測力計和重物處于靜止狀態，記下彈簧測力計的讀數

1.1.2 讓彈簧測力計和重物緩慢勻速上升，記下彈簧測力計的讀數

1.1.3 讓彈簧測力計和重物豎直向上做加速直線運動，觀察彈簧測力計的讀數，讀數會變大還是變小？

實驗現象：當彈簧測力計和重物豎直向上做加速直線運動時，觀察彈簧測力計的讀數會變大(激發學生興趣，思考現象產生的原因)。

設計意圖：通過分組實驗，讓學生切身感受向上加速的物體，拉力會大于重力，形成基本物理概念，超重就是指物體對支持物(或懸掛物)的作用力大于物體所受重力的現象。激發學生學習興趣，大膽地運用牛頓第二定律解釋現象，有利于培養學生運用所學知識解決實際問題的能力。

任務驅動：是否是向上運動的物體就一定會處于超重狀態呢？是否有同學注意觀察彈簧測力計在即將停止時的實驗現象？

1.2 建立模型，分析超重、失重現象的原因

將力學傳感器(如圖2所示)與數據采集器連接，數據采集器與電腦連接。將重物固定在力學傳感器下端，運行相關軟件。

圖2 力學傳感器

實驗探究：請一名同學將力學傳感器和重物一起由靜止向上加速，通過軟件描繪圖像(如圖3所示)，其他同學觀察實驗圖像，思考圖像變化產生的原因。

圖3 向上加速實驗圖像

實驗現象：在力學傳感器和重物一起由靜止向上加速的過程中，力學傳感器測量出拉力先要大于重力，而后又要小于重力。

任務驅動：向上加速過程中會出現拉力先大于重力，而后又小于重力的現象的原因。

建立模型：對重物受力分析(如圖4所示)。

圖4 重物受力分析

分析推理：由牛頓第二定律可得F-mg=ma，當F>mg時，物體處于超重狀態，加速度a方向向上。物體向上運動，初速度v0方向向上，加速度a方向也向上，則物體向上加速運動；當即將停止運動時，物體處于減速階段，速度v方向仍向上，但加速度a方向向下，由牛頓第二定律可得mg-F=ma，則F

建構知識：物體是處于超重狀態還是失重狀態，決定因素不是物體的運動方向，而是物體的加速度方向，當物體具有向上的加速度時處于超重狀態，物體具有向下的加速度時處于失重狀態。

設計意圖：通過實驗探究，引導學生運用牛頓第二定律解決問題，通過建立模型，從受力分析的角度解決超重與失重概念的難點，有助于培養學生的科學探究能力和科學思維能力。

二、精心設計課堂提問，細分思維層次

物理學習中，學生的最近發展區在哪里？學生的學習難點在哪里？學生需要什么樣的腳手架？教師可以通過有效設計課堂提問來搭建這些腳手架，這些問題應該具有層次性、關聯性、邏輯性和創造性。

例如《楞次定律》中，教師提出的具有層次的問題：1.靈敏電流計電流的流入方向與輸入電流方向的關系。2.在螺線管中電流的方向是順時針還是逆時針。3.同學們覺得感應電流的方向取決于哪些因素。4.可不可以引入一個和“中介”感應電流產生的磁場。5.能把剛剛總結的規律歸納成一句話嗎。

設計意圖：其中問題1與問題2是為右手螺旋定則做鋪墊；問題3引導學生分析感應電流的方向取決于哪些因素，根據實驗數據，提出自己的猜想；問題4引導學生思考感應電流產生的磁場這一關鍵“中間量”，問題5則是對規律的最終總結。本節課屬于實驗規律探究課，需要的是根據實驗現象，發現實驗規律，得出實驗結論。

三、創設認知沖突，培養創造能力

質疑的行為大致可以分為兩個層次，一是對知識了解不夠，無法解決具體問題，提出疑問，這是低層次的；二是發現所觀察到的現象與已有認知不吻合，或者發現其與已有認知之間不能自洽，從而對現有認知的科學性和合理性提出疑問，以至于萌發出新的猜想，這是高層次的。應倡導高層次的質疑行為，物理學的重大發現都是由高層次的質疑行為引發的。發現、質疑、猜想、分析、設計，都是創造的基本要素，課堂上讓學生經歷這些行為，就是在培養創造能力。

例如將一玻璃缸裝水后放在臺秤上，將一綁有小鐵塊的塑料小球放入水底，外部用一個電磁鐵吸住。記錄斷電后小球上浮過程中，臺秤示數與斷電前的變化，并進行理論分析。

設計意圖：在完成實驗前，絕大多數學生認為加速上升的小球處在了超重的狀態，因此他們會認為臺秤示數會增大。但是實際的實驗結果卻與他們的分析完全相反。正是利用了這種完全相反的答案來形成強烈的反差，讓學生產生質疑，在問題的驅動下，進行猜想和分析，最終了解到是加速上升的塑料小球與加速下降的水共同作用后讓示數變小。學生通過對現有認知的科學性和合理性提出疑問，通過萌發出新的猜想，真正的在體驗、質疑和探究中形成科學思維。

四、為題目創設實驗模型，培養建模能力

如圖5所示，在光盤下掛一物體，如圖6所示，在水槽中裝滿水，四周用紙板遮住(防止從側面看到水下的物體)，將光盤置于水中，從水面上觀察，能否看到物體。改變物體與光盤中心的距離，能否看到物體。

圖5

圖6

建立模型如圖7所示，計算過程如下：

圖7

設計意圖：通過以下的實驗步驟提出問題。①在圓形水槽中裝滿水，四周用紙板遮住，放入光盤；②用攝像頭代替“眼睛”，可以發現在水面上任何位置都看不到物體。提出問題：看不見能否代表沒有呢？請同學們猜一猜到底有什么樣的物體；③取下四周紙板，用攝像頭代替“眼睛”，發現光盤下有物體，提出問題：為什么有物體，剛剛從水面上看不到，從側面卻能看到；④改變物體距離光盤中心的距離，用攝像頭代替“眼睛”，可以發現從水面能夠看到物體，提出問題：改變物體與光盤中心的距離，我們實現了從不能看到物體到能看到物體的轉變，請問這個距離的臨界值是多少？學生通過對模型的轉換，建立光的全反射模型，提升學生的科學建模能力。

五、總結