立足物理科學(xué)方法，提升物理核心素養(yǎng)

摘 要：物理科學(xué)方法是提升學(xué)生物理核心素養(yǎng)的主要方法之一。利用物理科學(xué)方法可推動學(xué)生物理觀念的建立，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展，優(yōu)化學(xué)生科學(xué)探究的過程，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，從而提升學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。文章梳理了高中物理必修一中的物理科學(xué)方法，對立足物理科學(xué)方法提升學(xué)生物理核心素養(yǎng)的路徑進(jìn)行了探討，并提出了一些教學(xué)建議。

關(guān)鍵詞：物理；科學(xué)方法；物理核心素養(yǎng)

基金項目：新疆物理基礎(chǔ)教育項目“立足民族文化探討新疆地區(qū)維吾爾族物理基礎(chǔ)教育薄弱成因”（項目編號：SLGYCX2218）。

作者簡介：趙 麗（1997—），女，陜西理工大學(xué)在讀研究生。

任亞杰（1964—），男，陜西理工大學(xué)。

李 玥（1998—），女，陜西理工大學(xué)在讀研究生。

科學(xué)方法是指人在認(rèn)識、改造世界的過程中運用的符合科學(xué)原則的所有途徑和手段。物理科學(xué)方法是指研究物理問題、描述物理現(xiàn)象、實施物理實驗、總結(jié)和檢驗物理規(guī)律所應(yīng)用的各種方法［1］?！镀胀ǜ咧形锢碚n程標(biāo)準(zhǔn)》明確提出，要在豐富學(xué)生知識儲備、發(fā)展學(xué)生多方能力的同時，不斷提升學(xué)生的物理核心素養(yǎng)［2］。

一、問題的提出

物理是一門科學(xué)，其科學(xué)性質(zhì)決定了教師在物理教學(xué)過程中，不可避免地需要借助各種物理科學(xué)方法（如實驗法、觀察法、歸納法、類比法等）來完成教學(xué)活動，刻板、灌輸式教學(xué)只會讓學(xué)生產(chǎn)生“物理難學(xué)、難學(xué)物理”的主觀感受。部分教師在物理教學(xué)過程中容易忽視概念的建立、規(guī)律的歸納、實驗的探究等重要過程，不能合理高效地利用物理科學(xué)方法來輔助教學(xué)，只重視知識、答題技巧的傳授，忽視了知識的建構(gòu)過程，這不利于學(xué)生物理核心素養(yǎng)的提升。

二、物理科學(xué)方法與物理核心素養(yǎng)

落實立德樹人理念，培養(yǎng)和提升學(xué)生物理核心素養(yǎng)，需要教師從教學(xué)的每一個活動入手。物理現(xiàn)象的描述、物理概念的建立、物理實驗的實施、物理規(guī)律的歸納與總結(jié)等都離不開物理科學(xué)方法。掌握物理科學(xué)方法對學(xué)生物理價值觀的初步形成、科學(xué)思想能力的初步發(fā)展、科學(xué)探究能力的提升和社會責(zé)任意識的初步養(yǎng)成等都有著積極的影響。

（一） 高中物理必修一中的物理科學(xué)方法

高中物理必修一的學(xué)習(xí)，可以讓學(xué)生體會高中物理的邏輯性，感受物理知識的建構(gòu)過程，提升學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。在教學(xué)過程中涉及的物理科學(xué)方法共有以下十三種：理想化的物理模型，如質(zhì)點、勻速直線運動；比值定義法，如速度、加速度；直接定義法，如彈力、重力；實驗法，如測量平均速度與瞬時速度、探究小車速度隨時間變化的規(guī)律、探究作用力與反作用力的關(guān)系、探究力的合成與分解；演示法，如觀察靜摩擦力的大小隨拉力的變化；演繹推理法，如自由落體運動、牛頓第一定律；歸納法，如牛頓第二定律；控制變量法，如探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系；圖像法，如x-t圖、v-t圖、a-t圖；極限法，如用平均速度代替瞬時速度；微元法，如利用v-t圖的面積了解位移的大小；放大法，如利用平面鏡來觀察桌面的微小形變；等效法，如探究力的合成與分解。

（二） 物理核心素養(yǎng)

核心素養(yǎng)是指個人在現(xiàn)代知識社會環(huán)境中應(yīng)具備的能適應(yīng)個人和社會發(fā)展需要的核心素質(zhì)，包含專業(yè)知識、技術(shù)能力以及心態(tài)［3］。物理核心素養(yǎng)包含基本物理觀念、科學(xué)的思維、科學(xué)的探索精神、科學(xué)的態(tài)度和責(zé)任。物理課程教學(xué)不僅要使每個學(xué)生都掌握一定的中學(xué)物理專業(yè)知識和物理專業(yè)技能，還要兼顧學(xué)生思維能力的發(fā)展、創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)和社會責(zé)任意識的形成，這樣才能逐步實現(xiàn)提高當(dāng)代中學(xué)生物理核心素養(yǎng)這一課程目標(biāo)。

（三） 物理科學(xué)方法與物理核心素養(yǎng)的關(guān)聯(lián)

物理科學(xué)方法與物理核心素養(yǎng)的關(guān)聯(lián)如圖1所示。

三、利用物理科學(xué)方法提升學(xué)生物理核心素養(yǎng)

（一）借助物理科學(xué)方法推動物理觀念的建立

在物理教學(xué)中，物理知識是建立物理觀念的重要載體，由于物理自身的學(xué)科性質(zhì)，學(xué)生在知識建構(gòu)的過程中不可忽視物理科學(xué)方法的重要作用。教師有效運用物理科學(xué)方法可推動學(xué)生物理觀念的建立。

物體的運動可以通過物體表象的運動狀態(tài)和自身受力的情況兩種方式來描述，因此我們可以在力和運動之間建立起定性、定量的關(guān)系。在描述物理運動時，教師首先可給出“質(zhì)點”這一理想化的物理模型；接著，利用比值定義法定義速度和加速度，利用直接定義法定義重力、彈力和摩擦力；最后，通過實驗法探究得到運動與相互作用之間的關(guān)系。當(dāng)研究對象的大小、外形等可以被忽略時，我們便可將研究對象視為質(zhì)點。如研究地球公轉(zhuǎn)時，我們便可將地球視為質(zhì)點，而研究地球自轉(zhuǎn)時則不可將其視為質(zhì)點。教學(xué)時教師要讓學(xué)生厘清理想化物理模型這一物理科學(xué)方法，以加深其對質(zhì)點概念的理解。部分學(xué)生在理解速度和加速度的內(nèi)容時存在問題，如認(rèn)為加速度與速度成正比、速度大的物體加速度一定大等。為了更精確地描述物體的運動，教師應(yīng)利用比值定義法定義速度和加速度，幫助學(xué)生厘清邏輯思路，建立物理概念。在學(xué)習(xí)力的知識后，我們明白了物體運動狀態(tài)改變的本質(zhì)原因是力，因此，我們可利用實驗法對力與運動情況進(jìn)行定量研究，得出牛頓第二定律，從本質(zhì)上區(qū)分加速度的定義式與決定式，這有利于學(xué)生知識體系的建構(gòu)和物理觀念的建立。

（二）借助物理科學(xué)方法促進(jìn)科學(xué)思維的發(fā)展

在物理學(xué)中，科學(xué)思維是指學(xué)生在了解基本物理概念、弄清基本物理規(guī)律和本質(zhì)的思維過程中所運用的科學(xué)方式方法。因為物理學(xué)本身就屬于一門邏輯性相對較強的自然科學(xué)，所以在教學(xué)過程中，教師要培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維、發(fā)散思維及逆向思維。而有效借助物理科學(xué)方法讓學(xué)生認(rèn)清事物之間的本質(zhì)聯(lián)系與規(guī)律，可促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展。

在物理學(xué)中，除了必不可少的實驗，推理和歸納也是物理體系中較為重要的兩種物理科學(xué)方法。部分學(xué)者認(rèn)為我國傳統(tǒng)文化里就較為欠缺這兩種物理科學(xué)方法，導(dǎo)致知識長時間停留在經(jīng)驗實操上，未能上升到理論體系層面。伽利略利用科學(xué)推理得出結(jié)論：輕重不同的物體下落速度是一樣的，力不是維持物體運動的原因。伽利略運用科學(xué)推理的方法對物體下落情況進(jìn)行研究，所得結(jié)論推翻了流行近兩千年的亞里士多德的錯誤觀點。在物理教學(xué)過程中，教師除了要讓學(xué)生認(rèn)識自由落體和牛頓第一定律的來源和概念，并掌握相關(guān)應(yīng)用，還應(yīng)從中挖掘提升學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的素材。教師可以通過伽利略借助推理和實驗相結(jié)合的科學(xué)方法推翻亞里士多德錯誤觀點這一過程，讓學(xué)生明白物理科學(xué)方法對物理學(xué)科發(fā)展的重要性。教師在教學(xué)時更應(yīng)授人以漁，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)、領(lǐng)悟物理科學(xué)方法；同時讓學(xué)生明白知識不是絕對的真理，知識是不斷發(fā)展的成果，我們要敢于思考，敢于質(zhì)疑，敢于探究，以此來發(fā)散學(xué)生的思維，提高其創(chuàng)新能力，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展。

（三）借助物理科學(xué)方法優(yōu)化科學(xué)探究的過程

在物理學(xué)中，科學(xué)探究是指對某一物理現(xiàn)象，經(jīng)過一定的實驗探索、數(shù)據(jù)處理、結(jié)果歸納等，得出相關(guān)結(jié)論的研究過程。隨著科學(xué)的發(fā)展，物理學(xué)科理論體系得以不斷拓展和完善，這些都離不開伽利略、第谷、開普勒、牛頓、胡克等人的不斷實驗和努力探究。在進(jìn)行科學(xué)探究的過程中，我們要運用科學(xué)的方法。在物理教學(xué)中，利用物理科學(xué)方法讓學(xué)生進(jìn)行相關(guān)科學(xué)探究，可優(yōu)化學(xué)生的探究過程，提升學(xué)生物理核心素養(yǎng)。

雞蛋碰石頭，石頭毫發(fā)無損，雞蛋卻慘不忍睹，作用力與反作用力存在怎樣的關(guān)系？拉伸彈簧，彈簧伸長，發(fā)生形變，拉伸彈簧產(chǎn)生彈力與形變量存在怎樣的關(guān)系？不同質(zhì)量的物體受不同的力，運動狀態(tài)怎樣改變？如何定量探究運動與力之間的關(guān)系？在物理教學(xué)中，驗證物理結(jié)論、探究物理規(guī)律或關(guān)系一般采用實驗法，因此，教師可以通過實驗探究讓學(xué)生明晰物理問題，設(shè)計合理的實驗過程，科學(xué)分析實驗數(shù)據(jù)，最后得出實驗探究結(jié)論。利用實驗法，首先我們要明確實驗?zāi)康模魑锢韱栴}，如探究作用力與反作用力之間的關(guān)系、彈力與形變量之間的關(guān)系等。其次，我們要合理設(shè)計實驗，借助彈簧測力計等對力進(jìn)行定量測量，利用兩個測力計可探究作用力與反作用力之間的關(guān)系；借助砝碼與刻度尺對力與拉伸長度進(jìn)行定量測量，可探究彈力與形變量之間的關(guān)系。最后，實施實驗、重復(fù)實驗并記錄實驗數(shù)據(jù)，對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)處理與分析，得出實驗結(jié)論。我們在探究力與運動的關(guān)系時，若涉及多個物理量則可利用控制變量法，以研究不同物理量之間的關(guān)系。在進(jìn)行物理知識教學(xué)時，教師利用這些物理科學(xué)方法，讓學(xué)生明確探究的過程，能使得探究過程更加科學(xué)，更能促進(jìn)學(xué)生能力提升。科學(xué)探究過程也是學(xué)生物理觀念建立、科學(xué)思維完善與發(fā)展的過程，在探究過程中教師應(yīng)注重對物理科學(xué)方法的教授，讓學(xué)生科學(xué)地進(jìn)行實驗，優(yōu)化科學(xué)探究過程，從而提升學(xué)生物理核心素養(yǎng)。

（四）借助物理科學(xué)方法催化科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的形成

在物理學(xué)中，科學(xué)態(tài)度與責(zé)任是指學(xué)生在學(xué)習(xí)和探究物理知識的過程中，形成的正確科學(xué)觀和價值觀，以及高度的責(zé)任感和使命感。在教學(xué)過程中，教師可運用現(xiàn)象觀察、實驗探究、推理與歸納等物理科學(xué)方法讓學(xué)生在掌握知識的基礎(chǔ)上，樹立實事求是、持之以恒的科學(xué)態(tài)度，激發(fā)學(xué)生的社會責(zé)任意識與愛國情懷。

如利用放大法對微小形變進(jìn)行研究，能讓學(xué)生觀察到用手按壓桌子產(chǎn)生微小形變的物理現(xiàn)象，借助該物理科學(xué)方法能讓學(xué)生明白“眼見不一定為實”，在對一件事下結(jié)論時，不能局限于表象，而是需要利用科學(xué)的方法進(jìn)行判斷，對待知識時也應(yīng)秉承科學(xué)的觀念與態(tài)度，辯證思考與對待。又如利用實驗法進(jìn)行實驗探究能培養(yǎng)學(xué)生實事求是、堅持不懈的態(tài)度；通過小組探究性實驗，還能促進(jìn)學(xué)生團(tuán)結(jié)互助，培養(yǎng)學(xué)生的責(zé)任心，一定程度上讓學(xué)生樹立社會責(zé)任意識。教師應(yīng)該重視物理科學(xué)方法，借助物理科學(xué)方法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和愛國情懷。

四、借助物理科學(xué)方法提升學(xué)生物理核心素養(yǎng)的教學(xué)建議

針對物理教學(xué)，我們可以從以下三個方面進(jìn)行考量。首先，要重視對學(xué)生物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。核心素養(yǎng)是物理課程核心教育理念的重要價值體現(xiàn)，是衡量物理教學(xué)效果的評判基礎(chǔ)，重視體現(xiàn)物理核心素養(yǎng)的教育是物理課程教育的任務(wù)、內(nèi)容和目標(biāo)。在課程設(shè)計和教學(xué)實施時，教師應(yīng)圍繞立德樹人、素質(zhì)教育等新教育理念，促進(jìn)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。其次，要重視物理科學(xué)方法的意義與教學(xué)價值。物理科學(xué)方法是構(gòu)建物理知識體系不可或缺的關(guān)鍵元素，教師在設(shè)計教學(xué)活動時，不能忽視物理科學(xué)方法。最后，要重視運用物理科學(xué)方法提升學(xué)生物理核心素養(yǎng)。在教學(xué)前，教師要明確物理科學(xué)方法對學(xué)生建立物理觀念的積極作用，幫助學(xué)生完成知識建構(gòu)；明確不同的物理科學(xué)方法對學(xué)生知識學(xué)習(xí)、思維發(fā)散的促進(jìn)作用，積極運用物理科學(xué)方法培養(yǎng)學(xué)生實事求是、嚴(yán)謹(jǐn)負(fù)責(zé)的科學(xué)態(tài)度；明確物理科學(xué)方法對提升學(xué)生核心素養(yǎng)的積極作用。

結(jié)語

提升學(xué)生物理核心素養(yǎng)的方法有很多種，如創(chuàng)新教學(xué)形式、創(chuàng)設(shè)物理教學(xué)情境、學(xué)科交叉與滲透、運用課內(nèi)課外相結(jié)合的教學(xué)模式、利用網(wǎng)絡(luò)資源等。本文倡導(dǎo)教師在物理教學(xué)過程中重視物理科學(xué)方法，挖掘物理科學(xué)方法的意義與價值，從多個維度提升學(xué)生物理核心素養(yǎng)。

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