核心素養下培養物理學科能力的實踐與探索

【摘要】基于新課標對中學生物理核心素養的要求，聚焦于科學思維的培養，文章探討了通過實驗探究提升學習理解能力、發展遷移創新能力及培養解決問題能力的教學實踐與探索。通過觀察記憶、概括論證等策略強化實驗探究；創設情境、學科融合與項目學習激發科學思維；結合社會責任，提升學生抓取關鍵、假設推理及綜合應用能力，旨在全面促進學生物理學科素養的發展。

【關鍵詞】核心素養；中學物理；科學思維

隨著教育改革的持續深化，核心素養的培育已躍升為中小學教育的核心使命，它強調的是學生需掌握的那些能夠支撐其終身發展及適應社會變遷的必備品格與核心能力。物理學科，作為自然科學領域的關鍵組成部分，在塑造學生核心素養的過程中發揮著舉足輕重的作用。因此，如何有效提升學生的物理學科能力，并進一步優化物理教學質量，成為當前教育領域亟待解決的重要課題。

一、指向實驗探究，提升學習理解能力

1.觀察記憶，分析相互作用

通過觀察實驗現象并精確記錄數據，結合敏銳的記憶力和深邃的思維能力，教師能夠深入剖析物體間復雜而微妙的相互作用及影響，進而更透徹地理解物理學的原理與規律。

以“壓強”的實驗學習為例，教師精心準備了形狀各異的小塊，包括圓形、方形和三角形。這些設計旨在確保實驗的多樣性與全面性，使學生能夠在多種條件下觀察壓強變化。為了保證實驗的準確性，教師將高精度的壓力傳感器穩固放置在預設的位置，以保持實驗條件的恒定與一致。在嚴格控制的實驗條件下，教師引導學生依次將不同形狀、不同面積的小塊輕輕置于傳感器之上，同時一絲不茍地記錄每次實驗中壓強的精確數值。在實驗進行過程中，學生被鼓勵積極參與每一步操作，從調整小塊的位置到仔細讀取傳感器上的數據，確保每一次測量的精確性。在這個過程中，教師也特別強調了實驗現象的細致觀察與數據記錄的重要性，幫助學生理解如何通過系統化的方法進行科學研究。學生通過這個過程，深入分析了不同形狀、大小、質量的物體與壓力傳感器之間錯綜復雜的相互作用。令人振奮的是，學生驚喜地發現，當壓力保持恒定時，壓強會隨著接觸面積的減小而顯著增大。這一發現不僅使學生感到驚奇，還加深了他們對壓強概念及其物理本質的理解。

2.概括論證，尋求潛在規律

通過對海量實驗數據的深入剖析與嚴謹論證，科學家們致力于揭示隱藏在復雜物理現象背后的根本規律與原理，學生能夠從紛繁的實驗數據中提煉出一般性規律，進而驗證并修正現有理論，有力推動物理學的前沿發展。

在做“壓強”相關的實驗中，教師通過細致觀察，發現了液體壓強在不同條件下變化的趨勢。他們不僅僅是觀察，還深入研究液體壓強與液體深度、液體密度之間的內在聯系，并將這些復雜的關系進行了精心概括。這些總結出的規律猶如鑰匙，能夠解鎖眾多壓強相關問題的方法。例如，它們可以用于精確計算特定液體的深度或密度，幫助學生在處理與液體有關的問題時更加得心應手。實驗的過程不僅僅是對已有理論的驗證，更是新知識的孵化器。通過實驗，學生能夠直觀地看到，液體中的壓強不僅受液體自身特性的影響，如密度和深度，還與放置在液體中的物體質量息息相關。這一發現如同在理論與實踐之間架起了一座堅實的橋梁，使抽象的物理概念變得生動和易于理解。更進一步地，教師鼓勵學生將壓強的概念跨領域應用，比如，在建筑工程中，通過分析地基所受的壓強，確保結構的安全性與穩定性。這不僅展示了物理學原理在解決實際問題中的廣泛適用性，也使學生具備了更深刻的洞察力，理解如何將學術理論應用在現實世界中。

3.關聯整合，搭建知識體系

知識整合是一個深層次的認知過程，它致力于將各個孤立的知識點通過其內在的邏輯關聯和相互聯系緊密地編織在一起，從而構筑起一個既完整又系統的知識體系框架。

教師可以通過將“壓強”與流體靜力學等其他物理學關鍵領域相融合，來構建一個全面而深入的知識網絡。在流體靜力學的廣闊背景下，學生探索了液體與氣體在靜止狀態下的獨特性質，而壓強，作為這一領域中的核心要素，其產生根源、影響因素（如液體深度、密度及重力）均與流體靜力學的基本原理息息相關。通過將這些看似分散實則緊密相連的概念進行有機整合，學生能夠更加透徹地理解壓強與流體靜力學之間的動態關系，進而把握住這一物理現象的本質。進一步地，將壓強與其他物理概念和現象建立聯系，不僅能夠搭建起一個涵蓋流體靜力學應用領域的綜合知識體系，還能夠極大地拓寬教師的認知視野，使學生能夠更加全面、深入地把握壓強的實質及其在實際中的應用。

二、聚焦科學思維，發展遷移創新能力

1.創設情境，引導直覺聯想

創設情境，引導直覺聯想，是一種高效的教學策略，其核心在于通過精心設計的場景激發學生的聯想與思考，進而促進他們對知識的深刻理解和靈活應用。

以“電流”這一章節的教學為例，教師可以巧妙地將抽象概念融入日常生活情境之中，比如借助家庭用電的場景來揭開電流的神秘面紗。通過描述人們輕觸開關瞬間，電能如何像隱形的河流，從電站源頭經由密布的電線網絡，潺潺流向各式家用電器，教師鼓勵學生運用直覺，將這一過程想象成水流自水龍頭汩汩而出，滋養著洗衣機或噴泉等生動畫面，以此加深對電流本質的理解。為了進一步鞏固這一認知，教師可引入電流表實驗，讓學生親眼見證指針隨著電流的涌動而偏轉，通過觀察指針的指向與擺幅，直觀感受電流從正極流向負極的自然法則，以及電流強度的直觀體現。同時，利用精心繪制的電路示意圖，展示電流在閉合回路中的循環流動，使學生在圖形的輔助下，形象把握電流的流動規律。創設這樣生動具體的電流學習情境，不僅極大地提升了學生的理解能力，使他們能夠更加牢固地掌握電流的核心概念，而且這一教學策略還賦予了學習更多的互動性與實踐性。

2.學科融合，拓展切入視角

將物理學與其他學科進行跨界融合，鼓勵學生跳出傳統學科界限，從多元視角審視和研究物理學問題，從而拓寬認知視野，深化對物理原理的理解。

在學生學習并掌握電流的基本概念后，教師可以創新性地引入生活中常見的水流現象，作為輔助理解電流特性的直觀模型。引導學生想象家中自來水通過水管流動的情景，將其與電流在導線中的流動進行類比。首先，讓學生思考水流的速度與電流的強度之間的相似之處，即兩者都描述了“流動”的快慢或強弱。接著，利用家庭中調節水龍頭開關來改變水流大小的經驗，類比電路中通過調整電阻或電壓來改變電流的大小。為了進一步加深理解，教師可以設計一個簡單的實驗：使用不同直徑的水管模擬不同電阻的導線，觀察并記錄水流通過時的變化，與電路中電流的變化進行對比。通過這樣的實踐操作，學生不僅能直觀感受到電流強度與大小的區別，還能理解到電阻（類似水管直徑的限制）對電流（水流）的影響。這種跨學科的類比和實踐活動，不僅增強了學生對電流特性的直觀感知，還促進了他們科學思維的發展，學會了在不同情境下遷移和應用所學知識，從而培養了面對問題時能夠從多角度出發，尋找創新解決方案的能力。

3.項目學習，建構認知模型

教師通過實施項目制學習，可以為學生構建一個穩固而深入的物理學認知模型，使他們能夠更透徹地理解和掌握物理學的核心概念與基本原理。參與項目制學習不僅促使學生將抽象的理論知識融入具體實踐情境，還為他們提供了直接觀察和感知物理現象的機會，進而促進個性化認知模型的構建。

在復習電流這一章節時，教師先為學生鋪墊必要的基礎知識，介紹諸如電源、導線等基本電路元件及其功能。隨后，學生被劃分為若干小組，每組需獨立設計并搭建一個簡易電路。在這一實踐過程中，學生需細致考慮電源與元件的連接方式，以及如何通過調整電阻來精準調控燈泡的亮度。同時，教師鼓勵學生進行細致的觀察與記錄，通過對比分析實驗數據與現象，他們開始逐步構建起關于電流的認知模型，對電流強度及電路中各元件的協同作用有了更為直觀和深刻的認識。項目尾聲，教師組織學生進行反思討論，分享各自在電路搭建過程中的心得體會與新發現，通過小組間的互動交流，學生的認知模型得到進一步豐富與深化。通過參與項目制學習，學生不僅能夠通過親身實踐牢固掌握電流等物理學概念，還能在互動討論中不斷拓展思維，深化認知。

三、基于社會責任，培養解決問題能力

1.抓取關鍵，梳理邏輯關系

精準把握核心概念與基本原理，并條分縷析地構建它們之間的邏輯橋梁及推理路徑，是透徹理解并靈活運用物理學知識的基石。

在探討重力和摩擦力這兩個基礎概念時，教師首先明確闡述了它們的本質定義和影響機制。重力是地球對物體的吸引力，而摩擦力是物體接觸面間阻礙相對運動的力。雖然兩者來源不同，但都直接影響物體運動狀態。為幫助學生理解這些概念的關系，教師設計了一個生活化的實驗：在斜面上滾動小球。學生觀察小球從靜止到加速滾動，然后停下的過程。在此過程中，教師引導學生注意小球為什么會滾動，以及最終為什么會停下來。通過這個實驗，學生能夠直觀感受到重力使小球沿斜面滾動，而摩擦力則是導致小球最終停止的重要因素。在實驗后，教師鼓勵學生以小組為單位討論：改變斜面傾角和表面材料后，小球的運動狀態有何不同。這一過程幫助學生理解摩擦力大小和接觸面材質、斜面傾角等因素的關系。教師接著通過問題引導：為什么不同材質的斜面對小球的運動有不同影響？當學生思考并討論之后，教師總結指出，粗糙的表面會增加摩擦力，減緩小球運動。借助生活實例，如行走在不同地面上的行人，學生更加深入地理解摩擦力的作用。這種教學策略，通過抓住重力和摩擦力兩個核心概念，將其運用于實際情景中，幫助學生建立起概念間的邏輯聯系。

2.縱橫比較，進行假設推理

縱橫比較與假設推理，作為一種深入探索物理現象的教學手段，旨在通過對比不同尺度、不同情境下的物理現象，以及基于這些對比提出并驗證假設，來深化學生對物理原理的理解與解釋。

為了幫助學生理解電流與壓強概念之間的類比，教師設計了一個探究活動，幫助學生通過直觀的比較和假設推理來探索這一聯系。首先，教師引導學生觀察一個簡單水管系統，解釋水流在水管中的流動可類比于電流在電路中的流動，其中水泵推動水流就像電壓推動電流。通過這個類比，學生可以直觀理解電壓對電流的驅動作用。接著，教師為學生準備了串聯和并聯的電路實驗裝置。在串聯電路中，學生觀察到通過每個電阻的電流相同，這類似于一條單一的水管，水流通過同一個路徑。在并聯電路中，學生發現每個分支都有不同的電流，這如同水管的多個分支，其中水流量可以不同。通過這一觀察，學生能夠理解電流在不同電路中的分布特點。然后，教師引導學生從電壓角度進行探索。在串聯電路中，他們測量每個電阻兩端的電壓，發現這些電壓值相加后等于電源總電壓。這類似于幾個不同高度的水池逐級降低水壓，最終把所有水壓加起來等于總水壓。在并聯電路中，每個電阻兩端的電壓都是相等的，這就像每個分支的水管都連接在同一水源，因此水壓相同。通過這些探索和類比教學，學生通過假設推理理解了：電壓類似于推動力，電流則類似于水流。串聯和并聯的關系讓學生進一步明白了物理現象間的共性和差異。最終，通過生動的類比和比較教學方法，學生不僅能夠理解電流與壓強的相似性，也加深了對串聯和并聯電路中電流和電壓特性的理解。

3.綜合應用，設計可行方案

綜合應用與設計可行方案，是物理學學習中至關重要的一環，它要求學生將所學的物理知識與技能融會貫通，針對實際問題、需求或挑戰，構思并設計出切實可行的解決方案。

在深化電流與壓強知識點的學習過程中，教師可以向學生提出一個富有挑戰性的任務：如何利用電流與壓強的基本原理，設計出一個能夠根據環境光線強弱自動調節燈光亮度的系統。首先，引導學生思考如何利用光敏電阻這一關鍵元件，通過電路連接來精準感知周圍光線的變化。學生需發揮創意，設計出一個能夠根據光敏電阻阻值變化而自動調節電流的電路，從而實現對燈泡亮度的精準控制。在此過程中，學生可以考慮引入可調電阻、電位器或變壓器等元器件，以實現對電流的靈活調節。接下來，鼓勵學生進行實驗與測試，通過觀察燈泡亮度的變化，驗證所設計方案的可行性與實效性。他們應在不同的光照條件下，對電路的反應及燈泡亮度的變化進行細致觀察，并根據實際情況調整電路參數，以達到預期的效果。通過這種綜合應用與設計可行方案的學習方法使學生深刻領悟到物理學的實際應用價值，為他們未來解決各類實際問題提供有力的思路與方法支持。

隨著科學技術的日新月異與社會的持續變遷，物理學科的應用范疇與深遠意義正不斷得到拓展與深化。在此背景下，教師應當著重提升學生的綜合學習能力，著力培養他們的科學創新思維及有效解決實際問題的能力，以適應未來社會的多元化需求。在未來，物理教學將呈現更加多維化、綜合化的趨勢，學生將有機會從更多元、更深入的角度學習和掌握物理知識。因此，教師必須致力于為學生提供更為廣闊的學習空間，設計更具意義的學習體驗，讓他們在探索物理世界的奧秘中不斷成長。

【參考文獻】

[1]梁德玲.新課標背景下例析初中物理作業設計優化策略[J].理科愛好者，2022（06）.

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