核心素養理念下高中物理教學實踐探究

王旭茹

(渦陽縣第四中學 安徽亳州 233600)

核心素養理念的提出,順應了當今社會發展的需求,為高中教學應該培養什么樣的人做了解答。物理作為自然科學的基礎學科,在整個教育教學體系中處于較為關鍵的位置,其涉及的知識不僅廣泛而深刻,而且與生產、生活緊密相連,對于促進學生科學核心素養的提升意義重大。而在實際的物理課堂教學中,通篇講授理論性知識、重視學習結果速成的現象依然存在,背離了“以學生為本”的素質教育要求,難以落實物理學科核心素養的培養目標。為此,筆者以發展學生的核心素養為教學出發點,在此基礎之上對物理課堂教學進行內容的調整與方法、途徑的創新,以期實現對物理學科核心素養的培養目標。

一、物理學科核心素養的內涵

物理學科核心素養是核心素養理念在物理學科中的具體化指向,是學科本質和育人價值的體現。核心素養不僅為課程改革指明了方向,也對物理教師的教學設計能力及課堂教學掌控能力提出了更高的要求。《普通高中物理課程標準》指出,物理學科核心素養是學生在學習物理知識的過程中逐漸形成的適應個人終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力,主要包含“物理觀念”“科學思維”“科學探究”“科學態度與責任”四個方面。

二、以核心素養為導向的課堂教學意義重大

以核心素養為導向開展教育教學實踐活動的意義是深遠的。將核心素養理念引入高中課堂,一方面可以有效落實立德樹人根本任務,對于素質教育的進一步推進大有裨益;另一方面能夠促使高中物理課堂順應時代潮流,緊跟課程改革與發展的趨勢,適應物理學科特性與學生身心狀態、學習狀況等具體因素。

從核心素養培育的角度出發,結合物理學科具體內容,思考物理課堂教學的設計,做到理論與實踐相結合,可以進一步優化高中物理教學,同時有助于學生以下三個方面的成長。一為科學素養的提升。學生在習得物理知識與技能的同時,也能夠認識到一些生活現象的本質,并將知識應用到日常生活中去解決實際問題。知識的遷移運用,可以讓學生保持一定的理性思維,以及善于探究、質疑與批判等良好的學習品質。二為學生自主性的培養。自主性是人作為主體的本質屬性,能夠使學生有效地去管理學習與生活,發展身心,認識與發掘自我價值,深挖自身潛力,從而確定人生的方向。三為社會參與。核心素養強調了科學探究的過程要通過學生交流、評估和論證來實現,因此能夠培養學生團隊協作的精神,有意識地增強學生在活動中的責任感,鍛煉學生處理好自身與社會關系的能力。

三、核心素養培養背景下物理教學實踐的探索

(一)整合知識層級結構,建立物理觀念

物理學科知識具有嚴格的學科邏輯框架,把學科知識有效地貫穿起來,可以幫助學習者更加容易且準確地把握學科知識的整體性和系統性。所以,在物理學科教學設計的過程中,教師要在遵循高中學生的認知規律和認知水平的基礎上,從學科核心素養的角度建立邏輯框架,促使學生完成物理學科知識體系的構建。隨學習范圍的廣大,物理學科概念呈現出一定的層級結構,從基本知識、技能到一般概念,然后再凝練和升華為學科大概念,最后甚至上升到哲學觀點,其中學生認知結構也在不斷提升的過程。

以物理學科中的“圓周運動及其應用”為例來說,底層為基本知識和基本概念,例如線速度、角速度、向心力及萬有引力定律等。第二層是對學科知識進行整合之后,形成物理學科中的核心概念,例如力學概念和運動學概念。第三層是學科大概念,將高中物理學科知識圍繞大概念建構出具有一定邏輯性的知識層級結構,也就是把物理學科不同單元中的知識內容根據內在的邏輯關系科學而合理地鏈接到一起。例如,在必修一和必修二的教材中,主要介紹“力與運動”這一學科大概念,從“力與直線運動”到“力與曲線運動”,從一般運動到特殊運動,其邏輯關系如圖1所示。第四層,根據多個學科知識內容通過整合而得到的概念,也就是物理學和其他學科共通的概念;最后一層是引領其他所有知識的“元認知”,一般情況下,涉及的概念范圍越大,所闡述的知識范圍和內容也就越寬泛,距離學科實際現象就更遠,出現的形式也就越抽象,那么所處的層次就越高。

圖1 力與運動示意圖

以“圓周運動及其應用”教學為例,這一模塊實際上是運動學和動力學知識在曲線運動中的特例,也是對運動學和動力學內容進一步的拓展和延伸。整個單元教學的思路是從生活中認識圓周運動,即理解圓周運動的基本概念、基本知識;接著分析這種運動的受力條件和初速度條件,讓學生對運動與力的關系認識逐步深入;然后緊密聯系生產、生活實際,其中涉及豐富的模型建構和推理過程,進而揭示知識間的聯系以及物理對生活的意義;最后從實際生活延伸到天體運動,從牛頓力學的局限到相對論的建立與發展,完成知識內容的進階過程,完善相互作用與運動的知識體系,整個教學過程是逐漸形成物理觀念的過程。

(二)重視模型構建,提升科學思維

模型構建作為科學思維的要素之一,是學生學習物理的一種重要方法。學業質量水平不僅對構建模型提出了要求,還將模型構建細分成了便于操作的5個水平,可見建模意識和能力的培養對于學生來說有著重要價值。在高中物理知識體系中,物理模型一般有兩種:一是物質結構的模型,這一模型的建立需要經過長期的探索和研究進行論證歸納。二是作用過程的模型,這一模型是根據題型抽象概括出來的,例如小船渡河模型、雙星系統模型等。比如,理想模型是為了便于研究問題而抽象出來的一種理想客體。由于實際物體都具有多種屬性,像形狀、體積和內部結構等,研究起來較為復雜,所以在認識物體的某種特性時,那些與所研究的問題無關的屬性便可以忽略。高中物理在處理與運動相關的問題時引入質點模型,能夠讓問題的解決過程大為簡化,從而便于學生更好地學習應用,也為后面學習“點電荷”模型、理想氣體模型等奠定基礎,同時有利于聯系新舊知識,總結模型結構,促使知識和學習能力的遷移。

(三)優化課堂教學,促進科學探究能力的發展

1.注重實驗教學

在傳統實驗教學中,教師往往只是從理論層面去講授,或者把相關的知識內容、結論等進行概括后直接告知學生,從而達到讓學生會做題的目的。然而這樣的教學方式,往往使學生對實驗原理及過程的認識一知半解,并不能有效提升學生科學探究能力,也讓學生失去了觀察的興趣。要改變這一現狀,教師應以實驗為載體,讓學生積極參與進來,經歷實驗的探究過程,探究現象背后所包含的原理,體會科學探究的方法;而教師在這一過程中只作適當的指導。科學探究始于問題,所以在實驗探究中,教師要善于結合所學內容提出問題,讓學生在深入思考的過程中找出解決問題的思路和方法,并通過實驗檢驗自己的猜想。

2.小組合作交流

高中物理學習中的科學探究更多的是需要通過小組合作完成,小組合作突出了學生才是學習的主體,能夠促進學生由被動接受轉化為主動參與,進而提高學生自主學習以及交流、溝通的能力。然而每個學生能力有所不同,所擅長的領域也不同,這就需要在小組學習中進行合理的分工,有效地促使學生取長補短、共同進步。由于每個學生看問題的角度和理解問題的方式有所不同,以至于每個學生在思考問題的過程中會形成自己對問題獨特的想法。因此,在小組合作學習中教師需要引導并鼓勵學生之間相互交流討論、分析論證,在合作中取得共贏。

例如,在“探究加速度與力、質量的關系”的實驗中,針對如何為小車提供恒定的牽引力這個問題時,可以選擇通過小組討論的方式,讓學生充分交流,提出方案,分析其合理性和可操作性。學生在探究活動中經歷、體驗和感悟,逐步形成科學探究的能力。

(四)基于核心素養,培養科學態度與責任感

1.實事求是地開展實驗,認識科學本質

實驗作為物理教學的重要內容,也是學生學習物理知識的重要渠道,一般需要通過對現象的分析或數據的搜集整理,歸納總結得出一般規律或結論。而在實驗中不可避免地會出現誤差,以至于學生在實驗后得到的結果和所預想的結果出現一定的偏差。教師要強調不能因為和理論結果不同而去修改或者編造實驗現象、數據,應要求學生實事求是地記錄所觀察到的現象和所測得的數據,分析偏差出現的原因,提出相應的改善措施,從而培養學生嚴謹的科學態度。

在“驗證機械能守恒定律”的實驗中,通過測量數據所計算出的物體重力勢能的減小量和動能的增加量并不完全相等,兩者只是很接近,這其中主要是由于受到阻力的影響。對于這些客觀存在的因素,教師要做的就是引導學生實事求是,可以通過分析誤差產生的原因,找出解決辦法,從而在實驗中減小誤差,得出更為準確的結果。

2.將物理學史引入教學,培養學生的科學態度與責任感

物理學的發展史體現了人類探索并逐步認識物理世界的現象、規律和本質的歷程,包含了認識論和方法論。在對物理學史的認識中,學生不僅可以了解物理知識產生、物理規律發現的過程,還能了解到物理觀念的形成不是一蹴而就的,往往需要幾代科學家的努力,且隨著科技的發展進步甚至推翻重建。例如光的本質,一開始牛頓提出的微粒說占據了統治地位,但是后來托馬斯·楊的雙縫干涉實驗和菲涅耳的泊松亮點發展了波動說,波動說便擊敗了微粒說。而到了20世紀,當微粒說基本被拋棄時,愛因斯坦又把它撿回來解釋光電效應。至此,人們才明白光原來具有波粒二象性。

在20世紀初,量子力學的發展史中最有名的便是玻爾和愛因斯坦關于量子力學完備性的論戰,兩位科學家在追求真理時是嚴肅論戰的對手,在生活中又是友情深厚的朋友。這種實事求是、敢于質疑、追求真理的科學態度,有利于感染并激勵學生將這些精神應用到日常的物理學習中。

3.加強STSE教育,密切聯系生活實際

STSE教育的主要目的是給學生創造一個真實的社會環境,將社會發展、環境保護等科學知識與日常生活密切地聯系在一起,既提高了學生對物理的興趣,又為學生拓寬了知識視野,加深對科學前沿知識的認識。通過STSE教學目標與物理課堂教學的融合,促使學生實現物理知識在實際生活中的應用,有益于學生在潛移默化中形成強烈的社會責任感、環保意識以及創新意識,真正促進物理核心素養的養成。

結語

物理學科核心素養是物理學科育人價值的集中體現,其宗旨是將物理學科的觀念、方法、態度等落實到教學中去。因此教師不能再將目光鎖定在傳統的教學和考試中,而應本著學以致用、終身學習的觀念,努力探索適合學生實際發展的創新型教學方式、方法,提升學生的綜合素養,使其終身受益。