初中物理教學中學生核心素養的培養

【摘要】《義務教育物理課程標準（2022版）》發布以后，培養學生的物理學科核心素養成為物理教學的主要教學任務。作為初中物理教學的主要構成部分，物理規律教學對于培養學生的探究能力、思維能力有著非常重要的意義。文章簡單介紹了物理規律、核心素養這二者的概念，結合“牛頓第一定律”一課的實際教學案例分析初中物理規律教學中落實核心素養的途徑，指出初中物理教師可從創設情境、提出問題、組織實驗等三個角度出發設計教學方案，促進核心素養的落實。

【關鍵詞】初中物理；核心素養；培養；牛頓第一定律

【中圖分類號】G633.7【文獻標志碼】A【文章編號】1004—0463（2023）04—0117—04

初中物理是一門研究物質基本結構、相互作用與運動規律的基礎學科，旨在通過觀察、實驗、論證教學培養初中學生的科學思維能力。然而，目前的初中物理教學仍然存在注入式教學的問題，影響學生的主觀學習體驗。因此，要發揮物理教學的育人作用，就需要教師對傳統的教學方式加以創新，對傳統的教學內容加以補充，從而擴寬學生的學習視野，在潛移默化的過程中培養學生的物理學科核心素養。下面將結合初中物理“牛頓第一定律”一課教學過程，說明核心素養的具體培養策略。

一、相關界定

（一）物理規律教學

物理規律是物質在一定條件下發生變化的規律，涉及物理定律、物理定理、物理原理、物理法則、物理公式等多項內容[1]。物理規律具有事實性、抽象性、概括性的特征，是經過科學觀察、反復實驗、推理論證才能得到的科學產物。物理規律教學是圍繞物理規律而展開的系列教學活動，包括理論描述、理論分析、理論研究、理論應用等多個教學環節。提升物理規律教學質量，對于培養學生正確的物理認知、科學的物理思維、嚴謹的物理觀念有著重要意義。

（二）核心素養

核心素養一詞首次出現在2014年教育部研制印發的《關于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務的意見》一文中，指的是學生應當具備的、不被社會發展所淘汰的關鍵能力與必備品格。《義務教育物理課程標準（2022版）》（以下簡稱課程標準）規定了物理學科核心素養主要由物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任這四部分構成，并對其作出解釋。其中：物理觀念指的是從物理角度出發認識物質、運動與相互作用的一種能力；應用物理學科知識解釋自然現象、解決具體問題的能力。科學思維指的是從物理學科的角度出發認識客觀世界物質的本質屬性、內在規律及相互關系的一種能力；應用物理學科知識抽象物理變化過程、推理物理變化結果的品格。科學探究指的是從客觀的角度觀察、實驗的一種能力，具體包括發現物理問題、提出物理猜想、假設物理條件、設計物理實驗、制定方案、處理信息等多種交流、評估、反思能力。科學態度與責任是一種自覺行為，具體指正確認識科學、技術、社會、環境這四者間關系的能力；正確理解可持續發展對實現中華民族偉大復興使命意義的能力等[2]。

二、物理教學中培養學生核心素養的途徑

（一）利用情境引發思考，形成物理觀念

物理規律是在重復實驗、觀察中總結出的，反映自然界物質特征的結論。它具有一定的抽象性，直接講解物理規律，勢必會導致部分學生不理解，間接影響核心素養的落實成效[3]。具體教學中，教師應考慮到初中學生物理認知的發展情況，綜合學生的基本學情、理解水平、學習潛能設計相應的導學方案，從而增強學生對物理規律的認識與理解，為核心素養的培養奠定基礎。“牛頓第一定律”一課內容安排在“運動的描述”與“力”兩課之后，包括“阻力對物體運動的影響”“牛頓第一定律”“慣性”共三部分內容。在這一課教學中，學生已經完成了機械運動、力學等物理規律的學習，大部分學生具備物理推理、物理抽象的意識。基于這一課的主要教學內容、學生的基本學情，教師可以創設表演情境，通過情境培養學生的物理思維能力。

1.情境表演，深化體驗，增強科學認識。“阻力對物體的影響”是“牛頓第一定律”一課的第一節教學內容，做好該部分內容的教學，有助于學生理解“牛頓第一定律”的物理規律。基于此，教師可先設計生活教學情境，以此拉近學生與物理規律的距離，之后設計表演情境，加強學生對規律內容的理解。

【情境】古希臘的哲學家亞里士多德在兩千多年前提出了“力是使物體運動的原因”這一觀點，并廣為人所接受。在17世紀，伽利略根據實驗結果，提出了另一個觀點：“物體的運動不需要外力的維持。運動的物體之所以會停下來，是因為受到了阻力的影響。”如果你是亞里士多德或伽利略，你會采取什么方法證明自己的觀點是正確的？由此情境拉開表演序幕，讓學生根據自身所演繹的人物提出觀點，給出示例，進行物理探究。如，扮演亞里士多德的學生提出觀點：大家看，講臺上有一個一立方米的正方體箱子，現在沒有任何力施加給它，它保持靜止狀態，但當我給他施加一個推力，箱子開始向前移動，這說明外力具有維持物體運動的功能。扮演伽利略的學生在講桌上將兩個斜面對接起來，讓靜止的小球沿一個斜面滾下來，小球滾上另一個斜面（見圖甲）；減少兩個斜面的坡度，讓靜止的小球從一個斜面滾下來，小球又滾上另一個斜面（見圖乙）；保持一個斜面坡度不變，將第二個斜面變為水平面，小球從斜面滾下來一直在水平面上做直線運動（見圖丙）。

由這一情境，引發學生對兩種觀點的辯證思考，使其產生科學求真的意識，為之后的觀念培養奠定良好基礎。

2.情境延伸，提煉觀點，形成基本觀念。創設教學情境的目的在于拉近學生與物理規律的距離，掃清學生規律學習的認知障礙。呈現具體教學情境之后，教師要提煉情境的本質內容，并提出具體問題，誘發學生深入思考。

根據情境內容，教師可提出如下問題：亞里士多德與伽利略各持怎樣的觀點？你認為誰的觀點正確？為什么？

基于具體問題組織學生聯系過往所學知識探究情境問題，使學生在結合所學物理理論佐證個人觀點，結合具體物理現象驗證個人猜想的過程中逐步形成基本的物理觀念。

情境教學由創設情境、情境討論兩階段內容構成。在創設情境階段，教師通過組織學生表演運動比賽、表演辯論賽的方式加深學生對“力”與“運動”關系的思考，使學生在情境體驗的過程中對二者的關系形成總體認識；在情境討論階段，教師通過提出問題、組織小組討論的方式引發學生對物理現象、物理理論的遞進性思考，引導學生提煉情境中的物理概念與物理規律，繼而強化學生的物理觀念。

（二）模擬演繹引發論證，發展科學思維

科學思維是概括思維、分析思維、抽象思維、推理思維、建模思維、論證思維、質疑思維等多種思維的總稱。教師只有從視、聽兩個維度出發組織教學活動，才能使學生全身心地投入到觀察學習、聆聽學習過程中，從而引發學生的猜想、抽象、推理、論證。在“牛頓第一定律”一課教學中，學生經歷了情境探究之后，對“牛頓第一定律”形成了初步認識，但缺乏對該理論的深度認知與理解，存在淺層學習問題。教師可以在情境教學環節后應用Algodoo for Education demo這一應用程序為學生呈現伽利略的理想實驗，使學生在觀看模擬實驗的過程中理解伽利略的思想，推理出伽利略提出的觀點。

1.建立實驗模型。伽利略的理想實驗內容為：水平面上，設想沒有摩擦，一旦物體具有某一初速度，物體將保持這個速度永遠運動下去，物體的運動不需要力來維持。根據這一理想實驗，教師應用Algodoo for Education demo應用程序建立實驗模型（見模型1、模型2、模型3）。之后，復制粘貼模型，保持小車的初始高度、小車的質量、曲面的弧度等因素不變，只改變小車滑落下平面的阻力大小，為實驗提供理想環境。

2.動畫模擬實驗。完成初始實驗模型的建立之后，教師在應用程序中應用“編輯”工具，改變三個實驗模型中平面的阻力大小：模型1的平面摩擦力值設置為0.030；模型2的平面摩擦力值設置為0.010；模型3平面摩擦力值設置為0。完成設置后，點擊“開始實驗”按鈕，模型中的小車運動起來，且呈現出不同的運動狀態：模型1小車從高處沿曲面滑下后，運動了較短一段距離就停了下來（見模型1結果圖）；模型2小車從高處沿曲面滑下后，運動了較長一段距離就停了下來（見模型2結果圖）；模型3小車從高處沿曲面滑下后，沿平面一直做勻速直線運動，未曾停下來（見模型3結果圖）。

3.學生交流討論。根據動畫模擬實驗結果，教師可提出問題：如果將模型2的平面摩擦力值設置為0.050，那么它停下來的位置可能在哪？如果改為0.005呢？借助問題引導學生回顧實驗內容，使學生意識到，當小車以一定初始速度運動時，其行駛平面的摩擦力越大，所受阻力越大，其行駛距離越近；行駛平面的摩擦力越小，所受阻力越小，其行駛距離越遠；當行駛平面沒有摩擦力，小車也不會受到阻力的作用，會永遠運動下去。這時，學生能夠根據物理實驗模型、物理實驗結果總結物理規律，對伽利略提出的運動觀點、“牛頓第一定律”等物理規律有了進一步理解。

通過建構物理實驗模型、控制物理實驗變量、模擬實驗呈現理想實驗結果加強學生的物理規律學習的感受，使其在廣泛聽、投入看的過程中感知實驗對象物理狀態的變化情況，并從實驗結果中抽象出物理規律，形成良好的科學思維。

（三）利用實驗引發嘗試，促進科學探究

經過情境感知、模擬實驗推理后，大部分學生掌握了“牛頓第一定律”一課的理論內容，也理解了伽利略理想實驗的主要思想、主要操作方法。在此基礎上，教師可以為學生提供小車、斜面、摩擦力不同的平面等實驗器材，讓學生親手操作物理實驗，從而培養學生的實驗猜想、實驗信息獲取、實驗解釋等科學探究能力，確保科學探究素養的培養有效落實到物理教學中。具體操作過程中，教師可組織學生以小組為單位進行實驗探究，并適時提出問題，給予指導，幫助學生順利完成物理實驗。

第一，為了使學生明確物理實驗的探究方向，教師可提出具體問題：你是為了什么做這個實驗的？通過提問使各組學生思考實驗目的，繼而確定實驗研究對象——探究阻力對運動的影響。

第二，實驗探究是一項嚴謹的學習活動，學生必須做好實驗設計，如具體的實驗步驟有哪些，怎樣控制實驗中的變量等等。對此，教師可以在實驗前提出問題，引導學生做好實驗準備。如，你準備用哪些實驗器材？這些實驗器材都有什么作用？本次實驗你需要做哪些準備？怎樣改變水平面的阻力大小？讓學生提前做好實驗器材的準備工作與實驗變量的設計工作，以免在實驗中手忙腳亂，影響實驗效果。

第三，為學生提供實驗記錄表格，使學生將實驗數據準確記錄在表格中，為接下來的實驗分析提供數據支持。

第四，結合實驗數據總結實驗結果。在這一過程中，教師可組織學生對比小車在毛巾、棉布、木板、玻璃這四種材質水平面上的運動情況，引導其得出實驗結論及推理結果：①平面越光滑，小車運動得越遠；②小車受阻力越小，速度減小得越慢，阻力為零時，小車將永遠運動下去。

上述物理實驗中，學生在討論實驗目的時提出了確切的物理問題，在這一過程中培養了問題探究意識；學生在實驗準備階段提出物理猜想并設計了確切的實驗計劃，在這一過程中形成了物理猜想、物理假設意識；學生在操作實驗、記錄實驗數據、結合數據下結論時發現了物理規律，并在這一過程中養成了基于物理事實推理物理結論的科學探究能力。由此可見，通過科學組織物理實驗，能夠保證物理核心素養的有效落實。

（四）利用練習引發聯想，培養科學態度

讓學生理解物理規律的本質內容，認識到物理規律對日常生產、生活的影響，養成嚴謹認真、遵守科學倫理的自覺習慣，是科學態度與責任這一核心素養對初中物理教學提出的主要教學要求。滿足該素養提出的教學要求，是落實該素養的關鍵。以“牛頓第一定律”一課的教學為例，教師可采取如下教學手段將核心素養的培養融入物理教學中：

1.通過呈現典型例題，培養科學本質觀。

【例】：關于牛頓第一定律的理解，下列說法不正確的是（）

A.一切物體都具有慣性

B.物體不受力的作用時，也能運動

C.物體受到力的作用，運動狀態一定改變

D.物體的運動狀態改變，一定是受到了力的作用

參考答案：C

通過呈現與物理規律教學內容有關的習題，使學生從物理的角度反思日常生活中物質的運動狀態、運動本質，使學生在閱讀習題、分析習題、解答習題的過程中養成透過現象看本質的科學本質觀。

2.通過呈現應用案例，培養科學態度。引發學生思考常見現象蘊藏的物理規律，并說明物理現象的具體原理。

綜上所述，要保證物理學科核心素養在物理教學中得到有效落實，需要教師做好教學設計、教學組織與教學評價工作，使學生在明確目標指向下、精彩活動引導下、完善評價指正下形成物理學科核心素養。

參考文獻

[1]張小偉.核心素養視域下初中物理生活化教學策略探究[J].讀寫算，2021（36）：139-140.

[2]蔡紅娟.核心素養視域下的初中物理教學模式[J].試題與研究，2021（35）：125-126.

[3]林聲桔.基于探究式教學提升學生核心素養——以初中物理“光的折射”為例[J].天津教育，2021（34）：95-96.

編輯：張昀