以物理核心素養為導向的高中物理教學策略

虞小倩

摘 要：隨著新課改的不斷進行和實施，特別是新高考的改革，原有的以學科知識為主線的應試教育已然不適用。教師以物理核心素養為導向的教學顯得尤為重要，以物理核心素養為導向的教學要求教師深刻認識和理解學科核心素養的內涵，重視在教學中培養學生物理核心素養，改革當前物理課堂教學模式，實現物理核心素養導向的教學。

關鍵詞：核心素養；導向；課堂教學

一、認識和理解物理核心素養的內涵

物理核心素養是學科育人價值的集中體現，是學生通過高中物理學習而逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關鍵能力。物理學科核心素養主要包括“物理觀念”“科學思維”“科學探究”“科學態度與責任”四個方面。通過高中物理課程的教學，應在義務教育的基礎上，進一步促進學生物理學科核心素養的養成和發展，應達到以下目標。一是形成物質觀念、運動與相互作用觀念、能量觀念等，能用其解釋自然現象和解決實際問題。二是具有建構模型的意識和能力；能運用科學思維方法，從定性和定量兩個方面對相關問題進行科學推理、找出規律、形成結論；具有使用科學證據的意識和評估科學證據的能力，能運用證據對研究的問題進行描述、解釋和預測；具有批判性思維的意識，能基于證據大膽質疑，從不同角度思考問題，追求科技創新。三是具有科學探究意識，能在觀察和實驗中發現問題、提出合理猜想與假設；具有設計探究方案，使用不同方法和手段分析、處理信息，描述并解釋探究結果和變化趨勢；具有交流的意愿與能力，能準確表述、評估和反思探究過程與結果。四是能正確認識科學的本質；具有學習和研究物理的好奇心與求知欲，能主動與他人合作，尊重他人，能基于證據和邏輯發表自己的見解，實事求是，不迷信權威；關心國內外科技發展現狀與趨勢，了解物理研究和物理成果的應用應遵循道德規范，認識科學、技術、社會、環境的關系，具有保護環境、節約資源、促進可持續發展的責任。傳統的應試教育注重知識的學習，忽視能力的培養，學生的學習過程是被動機械的，學生雖然掌握了物理知識，能力卻沒有得到很好發展。面對新課標對學生的培養要求和新高考的改革，應試教學無法實現物理核心素養的培養目標。通常被動機械學習的學生往往出現“一聽就會，一做就廢”的狀況，無法從情境中走出來，構建模型困難或是面對實驗探究無從下手。以物理核心素養為導向的教學才是當前適應新課標和新高考的正確選擇。

二、以物理核心素養為導向的高中物理教學策略

（一）概念建構的過程，需要遵循認知心理學規律

瑞士心理學家皮亞杰認為：人的發生認識的發展涉及圖式、同化、順應、平衡四個方面。圖式指的是人腦中已有的知識經驗的網絡，是主體內部的一種動態的、可變的認知結構；同化指的是把環境因素納入主體已有的圖式中，來加強和豐富主體的認知結構；順應指的是改變主體認知結構以適應環境的變化；平衡指的是原有的圖式可以同化新知識經驗時，在心理上便會感到平衡，否則就感到失衡。對個體而言，在心理狀態失衡時，將產生一種內驅力，驅動個體改變或調適原有圖式，形成新圖式。教學應不斷促使學生產生這種失衡引發認知沖突，以改善教學效果。

例如：“加速度”概念的構建，學生在初中已經學習了速度的概念，理解運動快慢的描述方法，包括速度的比值定義法，腦中存在關于速度和速度變化快慢的日常經驗和零散事實，比如汽車百公里加速時間存在差異等；通過汽車啟動過程和飛機起飛過程的速度變化的真實情境，感受到速度變化以及速度變化快慢的區別。提出怎樣描述速度變化的快慢。通過速度概念建構過程遷移和類比，學生比較容易接受加速度的定義。通過實驗探究進一步強化對加速度的理解。

加速度探究實

創設真實情境：籃球以10m/s的速度水平撞擊籃板后，以8m/s的速度反向彈回。若籃球與籃板接觸的時間為0.1s，求籃球在這段時間內的加速度[1]。加深學生對加速度概念和矢量的認識。創設問題情境討論：速度大加速度一定大嗎？速度變化量大，加速度一定大嗎？速度為零加速度一定為零嗎？加速度為負值的直線運動，一定是減速運動嗎？速度方向不變，加速度方向也不變嗎？加速度不斷減小，速度也不斷減小嗎？不斷讓學生發生認知沖突。學生經歷多次不同角度的認知沖突，通過列舉大量真實情境論證以上問題，走出對加速度理解的誤區。提出讓學生將這些誤區進行分類：第一類對加速度正負號理解誤區；第二類對加速度大小理解誤區；第三類對加速度和速度方向關系的理解誤區；第四類對動態變化加速度理解誤區。對每一類誤區的深刻總結和認識，最后內化為對加速度的概念理解。學生經歷物理概念的建立過程，明確概念的內涵和外延，重視混淆易錯概念的區別，在概念建構的過程中經歷圖式、同化、順應、平衡的過程，形成科學的物理觀念，鍛煉了學生的科學思維，培養學生的科學態度，發展學生學習能力。

（二）在知識建構中凸顯過程性

以物理核心素養為導向的教學主要不是靠傳授，而是要靠學生自己去經歷和體驗，不能把學生當作知識的接受者，要讓學生主動投入知識建構的全過程。規律的發現和概念的建構過程是曲折而復雜的，要讓學生體驗到這一點，就得在教學中設計相應建構過程，使學生在知識建構過程中領略探究的精神。教材可以呈現學科知識，但不能全面呈現科學探究的精神和智慧，學生很難通過教材直接獲得科學思維的提升。因此，課堂教學就要避免單純的知識傳授，努力創設真實的物理情境，設計知識的形成過程，使課堂教學既要重結果，更要重過程。為了讓學生在課堂教學中經歷知識形成過程體驗、知識應用過程體驗等，就需要精心設計，用心落實[2]。

例如：學習滑動摩擦力，學生在初中已經對滑動摩擦力有了初步的認識，知道滑動摩擦力發生在接觸面粗糙的情況下，阻礙相對運動。雖然學生在初二就學過相對運動的概念，但將相對運動遷移到滑動摩擦力中會發生混淆。導入新課的時候，讓學生摩擦雙手，摩擦桌面、課本等感受摩擦力。讓學生撫摸桌面書本、臉頰等，感受撫摸與摩擦的區別。學生通過體驗得出摩擦力產生的條件是接觸、擠壓、相對運動。摩擦力的作用是阻礙相對運動。由于初中所涉及的滑動摩擦力是以一動一靜模型的情境，但高中將更全面，所以要將相對運動搞清楚。創設問題情境：什么是相對運動，如何判斷相對運動。構建模型情境：板塊模型。1.讓木塊在靜止的板上滑行。2.木塊靜止，讓下板滑行。3.木塊和木板都向前滑行，木塊更快。4.木塊和木板都向前滑行，木板更快。5.木塊和木板分別向相反方向滑行。6.木塊和木板一樣快，向前滑行。通過討論總結速度不相等的兩個物體相對運動。創設問題情境：運動的物體是否受到滑動摩擦力？靜止的物體是否受到滑動摩擦力？滑動摩擦力的方向與運動方向相反一定是阻力，阻礙物體的運動？構建真實情境：粉筆在黑板上寫字，傳送帶輸送煤塊在傳送帶上留下劃痕，根據力的作用是相互的，體驗相互滑動摩擦。得出靜止和運動的物體都可能受到滑動摩擦力。演示在可滑動的黑板寫字時，帶動黑板往前運動。在一疊書底下抽取書本時可以帶出其他書本，掃地把垃圾帶動往前運動等。體驗滑動摩擦力阻礙相對運動，不阻礙運動，促進運動提供動力，摩擦力方向與運動方向相同。在課堂教學中經歷知識形成過程體驗、知識應用過程體驗等，讓學生全面深刻理解滑動摩擦力。

（三）改變實驗教學培養科學探究能力

實驗教學一直是中學物理教學的重要組成部分。新課程標準強調要讓學生經歷科學探究的過程，掌握科學探究方法，鍛煉學生的科學思維，形成科學的態度。物理實驗教學能夠很好地實現這個目標。然而教材中所設計的實驗多為驗證實驗，有的名為“探究”但并不是“真探究”。這種“偽探究”對于學生科學思維的鍛煉，科學探究能力的培養還處在較低層面。因此要改變物理實驗教學——以問題為導向的探究性學習。問題源于教材卻不局限于教材，實驗教學應以教材中的實驗為基礎，從實際出發指導實驗，通過學生自主實驗，體驗科學探究的實驗過程，并根據學生實驗中遇到的真實情況，創設新的問題情境，啟發學生深層次的思考、討論，并提出創新的實驗方案，激發學生強烈的創新意識，鍛煉學生的探究能力，形成科學態度。

例如：學生在探究小燈泡的伏安特性實驗中，按照教材的指導完成實驗，是在所給的所有儀器完好無損，電源為新電源無發熱等理想條件下完成實驗數據的采集。但現實情況是實驗室準備的器材不是全新的，有的儀器可能有損壞，多個班級輪流實驗，使用時間長會發熱，滑動變阻器來回調動，測量時間過長，造成誤差等。很多的現實問題在教材和試題中沒有呈現出來。針對學生實驗面臨的實際問題，教師可以在學生探究實驗過程中提出以下問題，引導學生進行實驗步驟的創新：1.你能確保你使用的器材都是完好無損的嗎？如何連接電路可以快速排查出損壞的器材。設計意圖：讓學生通過動手嘗試發現，電路器材越多越難排查，應從少到多逐一排查。2.能否在按照原理圖連接的過程中進行排查，節省時間。設計意圖：得到最優化的方法。3.實驗原理圖為分壓接法，需要重新拆連限流式？設計意圖：引導學生認清分壓式和限流式連接的區別，培養學生理論結合實際，訓練學生的實操能力。4.連好電路后，如何讓電壓從零開始測量，你連接的滑動變阻器應滑向哪端。設計意圖：通過問題將理論與實踐相結合，理解分壓式電路的工作原理。5.測量時，回測會導致實驗誤差變大，你是如何做到不回測的？設計意圖：滑動變阻器的調節具有很大的不確定性，因而實驗數據也是有很大的隨機性，測量的數據不一定能像表格給數據那么好看，但依然要保證數據的準確性，不能去杜撰或拼湊數據。培養學生科學態度和責任。通過創設問題情境的實驗探究，學生經歷了問題—設計—探究—分析—交流，在實驗探究和問題解決中思維層次不斷提升。在實驗結束后教師還可以讓學生討論交流在實驗過程中遇到的問題，如何解決問題。或是在實驗過程中存在的疑惑和錯誤等。在經驗的總結和交流中，開拓學生的科學思維，提升學生的科學素養。

（四）重視數學知識在高中物理教學中正遷移

高中物理的學習經常要利用數學知識進行分析、理解，而學生對數學知識的掌握和應用情況直接影響對物理的理解。在實際教學中發現，學生在單純的數學環境下可以將數學知識應用得很好，但將數學知識正遷移到物理情境中理解概念和解決實際問題的能力就比較薄弱。大部分物理教師認為數學知識的講解是數學教師的事，不是物理教師擅長的而忽視數學方法在物理教學中的滲透，導致在教學中遇到涉及數學知識時，經常一筆帶過，讓學生課后自行體會數學知識在物理學習上的應用。這恰恰錯過了數學知識在物理教學中正遷移最好的契機。重視數學知識在高中物理教學的正遷移有助于學生對物理概念、物理規律的理解。例如：在數學中出現的變化率的概念，將變化率的理解遷移到物理的加速度的概念學習以及法拉第電磁感應定律的學習，有助于學生快速對速度變化率和磁通量變化率的理解。在學習探究勻變速直線運動的規律中，推導位移公式就用到了數學中的分割、以直代曲、作和、逼近的積分思想[3]。（見圖1）

圖1 勻變速直線運動的位移與時間的關系

在探究勻變速直線運動規律時，學生對在連續相等時間內的位移差為一個定值的直線運動為勻變速直線運動的推論理解十分困難。盡管通過實驗探究得到的紙帶進行等時分割，并貼在同一水平面上的方法讓學生觀察和測量得出推論，學生對連續相等時間內位移為一定值的理解還是不盡理想。（見圖2）

圖2

但是在高三總復習時，學生有過數學中等差數列的知識，將這一推論用等差數列來理解就變得十分容易。此外將數學的一次函數圖像知識遷移到物理實驗數據圖像中，結合物理知識的相關公式進行變形與一次函數的斜率、橫縱截距一一對應，面對看不懂的圖像問題就迎刃而解了。物理中還時常遇到臨界問題，也是可以通過數學函數的最值、不等式的知識進行求解。用代數的思維解決物理的問題是一種常規思維，因此數理不分家。

（五）走出情境建構物理模型，落實核心素養培養目標

隨著2017版高中物理課程標準的頒布，高考的評價體系發生了巨大的變革。高考評價體系將考查內容定位為應對生活實踐、應對未來的學習或者高等教育的學習，聚焦于在面對生活實踐或學習探索情境中的問題時所需要的知識和能力，即將在科學素養導向確定應考查學科的必備知識和關鍵的能力。其中關鍵能力包括：理解能力、推理論證能力、實驗探究能力、模型建構能力、創新能力。模型建構能力和創新能力是根據物理教學實際和時代發展要求提出的新的能力。模型建構能力是物理培養學生關鍵能力之一，對實現核心素養的培養目標具有深刻意義。而現實的情況是學生在學習的過程中，面對熟悉的物理問題，很容易找到解題的思路和解題方法，但面對陌生的物理情境時，卻無從下手。實際上在每個物理情境中都可以構建相應的物理模型。學生只是粗淺地了解一些常見的基本模型，并沒有深入地理解模型的內涵，對物理模型認識不足，導致模型建構能力欠缺，因此，培養學生模型建構能力才能真正地走出情境實現核心素養的培養目標。培養學生的模型建構能力要對基本模型進行分析，深刻挖掘基本模型的內涵，嘗試將基本模型進行延伸重建。例如：環形電流的磁場分布模型，用右手定則可知N極和S極，距離中心越遠，磁場越弱。根據磁感線的特點進行理解環形電流的磁場分布特點：在磁體內部，由S極指向N極。安培定則指的是內部磁場的分布，所以大拇指指向N極，中心磁感線為直線。磁感線是閉合曲線，因此從環形出來的磁感線必彎曲才可能閉合。將環形電流磁場分布模型進行延伸重建。反亥姆霍茲線圈是冷原子實驗室中的科研裝置，結構為一對完全相同的圓形線圈，共軸放置。已知O為裝置中心點，a、b、c、d點到O點的距離相等，直線dOb與線圈軸線重合，直線cOa與軸線垂直，現兩線圈內通入大小相等方向相反的電流，探究O.a.b.c.d五點的磁場強度特點。對于陌生的情境引導學生要大膽嘗試，小心求證。建立關聯，電流與磁場的關系，通電導向周圍分布磁場，明確需要用到磁感線分布來探究。大膽嘗試將兩個環形電流分開，一個環形電流的磁場分布明確。再重新建構兩個環形電流的磁場情況。由于磁場是矢量應遵循矢量疊加原理，故將兩個環形電流的磁場進行疊加，得出中心點的合磁場為零。兩個環形電流在a、c兩點處的磁感線都是彎曲的，故矢量疊加，發現a、c兩點處磁場強度大小相等，方向相反。而b、d兩點在直線磁感線上離線圈越近磁場越強，只要進行代數疊加，b、d兩點磁場強度也是大小相等方向相反。（見圖3）

環形電流的磁場 ? ? ? ? 反亥姆霍茲線圈

圖3

（六）開展學生課外課題研究活動，開拓核心素養培養新途徑

課外課題研究是學生在學科領域或跨學科領域選擇性研究專題，以獨立或小組合作的方式進行的探究性、研究性的學習過程。課外課題的研究問題由學生自主提出，課題的內容由學生自己決定，時間安排由學生自主調節，學生通過經歷了完整的研究過程，全面提升課題研究能力。通過課外課題研究，學生具有學習和研究物理的好奇心與求知欲，能主動與他人合作，尊重他人，實事求是，不迷信權威；關心國內外科技發展現狀與趨勢，了解物理研究和物理成果的應用應遵循道德規范，認識科學、技術、社會、環境的關系，具有保護環境、節約資源、促進可持續發展的責任。培養學生科學探究能力，鍛煉學生科學思維，形成科學觀念，進一步促進學生物理學科核心素養的養成和發展。課外課題研究跟課堂的科學探究具有很好的互補性，課外的課題研究應該與課堂科學探究得到同等的重視。傳統的課外課題研究行為只停留在查找資料、歸納信息的底層次的探究上，相當于知識內容的重構，研究成果缺乏創造性。研究的內容大都圍繞知識本身進行，缺乏自己的探究證據，學生的研究能力沒有得到發展。高中教師如何指導學生開展課題研究沒有相關教材指導參考，也沒有具有代表性和創造性的研究案例作為示范。要以核心素養為目標開展學生課外課題研究活動，要注意避開以上的問題。選擇課題應來源于生活的真實情境，又要有相關的物理原理作為支撐，還要具有實驗探究的路徑。這樣的課外課題研究不僅增強了理論聯系實際的意義，又促進科學思維能力的發展。根據課題相關的物理原理支撐，創設合理的科學探究實驗進行探究，記錄實驗數據進行實驗數據分析，得出結論。通過交流討論進一步驗證科學探究實驗，提出創造性的建議和意見，彌補實驗過程的不足。

結束語

總之，我國的課程改革提出教育的根本任務是立德樹人，全面發展學生的核心素養，核心素養并不像傳統的教育教學目標一樣能夠相對容易實現，核心素養是學生將所學的科學文化知識內化于個人思想、能力品質上的體現，想要學生真正具有心智、內涵和生命體有機構成的學科核心素養，就要顛覆現行的教學方法和學習方式，促進教學真正進入真實的復雜情境中。

參考文獻

[1]廖伯琴.普通高中物理教科書（物理必修第一冊）[M].濟南：山東科學技術出版社，2019.

[2]林明華.高中物理教學中科學思維教育的落實[J].物理教學探討，2018，36（10）：1-4.

[3]李錚.數學知識在高中物理教學中正遷移的策略[J].福建基礎教育研究，2020（4）：110-112.