核心素養下板書對科學思維培養的實例研究

【摘要】本篇從科學思維的角度來設計和論述“電容器的電容”的板書，探討核心素養下板書對科學思維的培養，分析科學思維特點與教學內容。通過實驗將抽象知識形象化，運用科學思維方法分析推理，展示于板書，發揮板書在教學中的重要作用，為新課改下板書育人提供參考。

【關鍵詞】板書；科學思維；電容器；電容

科學思維是物理學科核心素養的重要組成部分，板書是課堂教學的基本要求和重要組成部分，發揮著不可替代的作用，好的板書不僅是知識的再現和傳授，激發興趣，培養學習方法，提高學習效率，也能增強分析推理能力和科學思維能力，所以板書對于培養物理學科的核心素養能發揮重要作用。

一、科學思維的特點和要求

科學思維是具有意識的人腦對科學事物（包括科學對象、科學現象、科學過程、科學事實等）的本質屬性、內在規律及事物之間的相互聯系和關系的間接與概括的反映，是物理學科核心素養的核心內容。物理學科的學習內容和研究對象就是各種運動規律和物質基本結構，也是使用實驗和運用思維的自然科學，所以科學思維也是物理學知識重要的組成部分和關鍵的教學內容。

根據《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》的規定將模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新這四點列為科學思維的主要組成部分，因此在物理教學活動中要培養學生的科學思維能力，必須要將這四點有效地融入物理教學活動中，對學生進行潛移默化的引導和培養，對教師來說這四點也是物理課堂教學的重要教學內容和不可缺少的教學環節。

二、教學內容的分析與設計

電容器是電子技術和電工技術中一種重要的元器件，有著廣泛的使用。電容是描述電容器本身性質的重要物理量，根據新課標和教學參考的指導和要求，電容知識是本節內容的教學重點，同時也是教學的難點，本節的另一個教學難點是電容器的充電、放電的過程。

為了突破本節的兩個教學難點，根據教材中提供的實驗方案來設計實驗，將抽象的內容用實驗的方式直觀呈現，以感性認識促成學生主動探索，降低學生理解的難度和學習的難度，并且能根據實驗現象得出一般規律，也是有利于學生以證據支撐觀點的科學思維的培養。同時這樣的設計也是符合新課標對物理學科核心素養的要求。下面就具體的教學環節和內容設計如下：

1.課堂引入。容器能夠儲存水，電荷能不能利用“容器”儲存起來？快速引出電容器這一節的教學內容。

2.概念名稱。展示多種成品電容器和自制電容器，對電容器的結構和作用進行分析，說明電容器的符號，關于電容器的兩個重要參數電容和耐壓值，則后移放在電容知識點之后進行補充。

3.充、放電實驗。參考教材上的實驗電路圖，展示實驗的電路圖如圖1所示，并要求思考以下的問題：（1）分別接通開關S1、S2，電容器充電/放電？（2）電流表中電流的方向？（3）電容器上下極板電性？電量如何變化？（4）電流表示數I如何變化？（5）電壓表示數U如何變化？（6）能量如何轉化？

根據上述的實驗裝置進行實驗，學生能夠初步觀察到充、放電的過程中電流和電壓的變化情況，逐步建構電容器充、放電模型。

4.實驗分析。結合學生對問題的思考，對比觀察到的實驗現象，會對學生之前的認識形成不小的沖擊，有利于接下來引導學生分析、推導或判斷電流方向和大小，電容器帶電量、電壓、電場強度的變化情況，這也是培養學生科學思維的重要方法和途徑，并將分析的結果進行板書，形成知識體系。

5.數字化實驗。使用電流傳感器和電壓傳感器代替靈敏電流表和數字電壓表，演示電容器充、放電的實驗，能快速采集實驗數據，進行定量分析，并以圖象的形式快速直觀呈現，有效從定性過渡到定量研究，也是對傳統的電表實驗的補充和升級，同時也是對之前的實驗結果進行進一步科學論證。

6.電容實驗。這是本節教學內容的重點，也是難點內容。首先提出問題，激發思考，引導學生設計實驗方案，必要時讓學生參考教材中的實驗電路圖，如圖2所示，分析實驗原理，即A和B是兩個完全相同的電容器，利用平分法原理進行實驗，觀察并記錄電容器的帶電量與電壓的相關數據，最后對數據進行分析和推理，得出結論。

7.電容器的電容。根據實驗現象和實驗數據畫出Q-U圖象，對圖象進行分析和推理，并結合以前學習比值法定義物理量，引出相關概念和知識點的教學，并對重點知識點進行板書，從而與上述實驗構成完整的體系。

三、教學內容的板書設計

板書設計是指教師在課堂教學中利用黑板或屏幕以簡潔、凝練的文字、符號、圖表等形象、直觀的視覺形式傳遞信息的教學行為。根據板書和板書設計的特點和要求，以及本節內容的實際教學需要，可以將教學內容分成四個大的知識點來進行設計，分別為：電容器，電容器充、放電規律，電容器的電容，常用電容器。若采用常用的提綱式，則知識結構清晰、層次分明，學生看了一目了然，每個大的模塊下再分成若干個小的知識點，設計思路與教學思路和步驟相一致，便于學生理清邏輯關系和對知識點的理解。這四個部分的板書設計分別為：

1.“電容器”部分如圖3所示。該部分并不是教學的重難點，主要讓學生觀察、認識電容器的構造，建構電容器模型，所以根據講授內容分別板書構造、作用和符號，至于電容器的重要指標是放在講完電容知識點之后補充說明再進行板書，前后呼應構成完整的知識結構。

2.“電容器的充、放電規律”部分的板書如圖4所示。這是本節教學的難點，日常生活中學生沒有觀察過充、放電現象，也無法直接觀察電荷的運動和電場的變化，需要通過實驗測量的電流和電壓，根據電流和電壓的變化推理、分析抽象且不可測量的電荷量和能量的變化，建構電容器充、放電規律的模型。

3.“電容”部分的板書如下頁圖5所示。該部分是教學的重點也是難點內容，原因有：第一，電容這一概念抽象，學生感性認識少。第二，電容器的帶電量無法直接觀察或測量。第三，從方法、能力上有較高要求，通過數據分析利用比值法定義物理量電容。在板書的內容上必須有效突出教學的重點內容，且通過圖像突破理解上的難點，同時也能夠體現科學研究的方法和科學思維。

4.“常見電容器”部分的板書設計如下頁圖6所示。本部分是讓學生了解常用的電容器，課標要求不高，知識點比較簡單，使用框架圖進行概括和分類，知識結構清楚，邏輯清晰，易理解和掌握，有助于培養科學思維。

以上板書設計從內容關系上則是分解結構式，根據知識內容分成四個模塊，每個模塊再分成若干個知識點，可培養學生的連鎖性思維和結構性思維能力。不過這樣的設計致使每個模塊的知識點相對獨立，沒有形成統一、嚴密的整體結構，缺乏章節內知識點的系統性，可以利用思維導圖和概念圖的形式建構各知識點，使各部分通過連線相互關聯，更有利于科學思維的開發和訓練。其板書設計如圖7所示。

圖7是結合思維導圖和概念圖的特點來進行設計，思維導圖本身就是一種科學的思維方式，對學生科學思維的培養起著潛移默化的作用。另外還將多個圖形有機融合到板書設計中，通過連線將各部分連接成整體，構成完整的知識體系，既符合各知識點的邏輯順序，也符合物理學的科學思維，利于知識的學習和思維的培養。

四、對科學思維的培養和啟示

科學思維是高中物理四大核心素養之一，是從物理學視角對客觀事物的本質屬性、內在規律及相互關系的認識方式，是基于經驗事實建構理想模型的抽象概括過程，是分析綜合、推理論證等方法的內化，是基于事實證據和科學推理對不同觀點和結論提出質疑、批判，進而提出創造性見解的能力與品質。

本節中關于電容器充、放電規律和電容的知識非常抽象，通過設計多個實驗將抽象的內容形象化展示出來，并通過實驗現象分析和推理事物的本質規律，從而創建模型，加深對概念、過程和系統的理解。科學思維的基本方法（分析與綜合、抽象與概括、比較與分類、邏輯與推理）也充分應用于本節的教學過程中，這些方法不可能在課堂的教學過程中完全用語言文字來解釋或說明，但可以通過恰當的板書設計將這些方法形象地展示出來，培養學生的科學思維能力。

板書設計是教學設計的重要組成部分，能充分反映教師的教學思路和教學內容，一位優秀的教師必然會充分利用黑板這一現成教輔工具。好的板書具有以下的功能和作用：首先能充分體現教師的教學意圖，教授或培養學生學科方面的知識、能力和方法；其次板書的內容一定是教學的重點內容，有助于強化學習的效果；再次板書的結構設計體現教學內容的結構關系和邏輯關系，引導學生科學思維、推理和論證；最后板書能直觀形象展示內容和方法，便于提高學生的注意力和課堂教學的效果。

特別是在新一輪課改的推動和要求下，教師需要充分開發和利用板書在教育教學方面的育人作用，特別在培養學生物理學科的核心素養方面要發揮其應有的作用。

【參考文獻】

[1]廖伯琴.普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）解讀（2020年版）[M].北京：高等教育出版社，2020.

[2]吳燕.板書，永不磨滅的身影——淺談板書在高中英語閱讀課讀后活動中的“支架”[J].校園英語，2018（03）.

（基金項目：本文系海南省教育科學規劃專項課題“高中物理板書設計與應用的課例研究”的研究成果，課題編號為QJH202310120）