中學(xué)生物理素養(yǎng)的培養(yǎng)

《中國(guó)二十一世紀(jì)教育發(fā)展綱要》明確指出：要全面推出素質(zhì)教育，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科整體素養(yǎng)，提高學(xué)生綜合素質(zhì)，使學(xué)生有能力應(yīng)對(duì)高速發(fā)展的現(xiàn)代社會(huì)的挑戰(zhàn)。因此，對(duì)物理教學(xué)而言，如何培養(yǎng)中學(xué)生物理素養(yǎng)是每個(gè)物理教師所面臨的挑戰(zhàn)，是由傳統(tǒng)應(yīng)試教育教學(xué)向素質(zhì)教育教學(xué)轉(zhuǎn)型遇到的問(wèn)題。為更好地應(yīng)對(duì)上述的問(wèn)題和挑戰(zhàn)，我進(jìn)行了大量的研究和探索，現(xiàn)把如何培養(yǎng)中學(xué)生物理素養(yǎng)的觀點(diǎn)闡述如下。

一、物理素養(yǎng)的界定和形成

1.物理素養(yǎng)的界定

物理素養(yǎng)是指具有強(qiáng)烈的學(xué)科意識(shí)、學(xué)科理念，即對(duì)系統(tǒng)物理概念、定義等基礎(chǔ)知識(shí)的掌握程度；具有學(xué)科的思維方法和解決問(wèn)題的方法，即要具備物理問(wèn)題研究思路和方法的能力、獨(dú)立思考物理問(wèn)題的能力和敏捷反應(yīng)物理現(xiàn)象的能力；具有通過(guò)對(duì)物理知識(shí)的理解、對(duì)物理技能的掌握并付之于實(shí)踐時(shí)謹(jǐn)慎、務(wù)實(shí)、耐心、細(xì)致、持之以恒、不怕失敗的能力，它是學(xué)生在物理學(xué)習(xí)和實(shí)踐活動(dòng)中所應(yīng)具備的基本素養(yǎng)。

2.物理素養(yǎng)的形成

中學(xué)生物理素養(yǎng)的形成需要學(xué)生長(zhǎng)期對(duì)物理概念、公式、定理、定義、規(guī)律有科學(xué)的理解和科學(xué)的認(rèn)識(shí)，掌握與周圍常見(jiàn)事物相關(guān)的科學(xué)知識(shí)，并能應(yīng)用于日常生活，逐漸養(yǎng)成科學(xué)的行為習(xí)慣和生活習(xí)慣；了解科學(xué)探究的過(guò)程和方法，嘗試應(yīng)用于科學(xué)探究活動(dòng)，逐步學(xué)會(huì)科學(xué)地看問(wèn)題、想問(wèn)題，應(yīng)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，并在此基礎(chǔ)上逐漸形成穩(wěn)定的心理品質(zhì)。目前對(duì)于物理學(xué)素養(yǎng)的內(nèi)涵或基本要素，國(guó)內(nèi)外學(xué)者綜合提出“物理學(xué)科素養(yǎng)”應(yīng)該由物理知識(shí)、物理科研過(guò)程、物理學(xué)習(xí)價(jià)值觀以及對(duì)社會(huì)作用四大方面構(gòu)成。目前對(duì)于公眾的學(xué)科素養(yǎng)的評(píng)估，盡管國(guó)際上還沒(méi)有一個(gè)公認(rèn)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，但結(jié)合我國(guó)社會(huì)、教育、文化特點(diǎn)，專家認(rèn)為新世紀(jì)中學(xué)物理素養(yǎng)應(yīng)包括：具有專與博相統(tǒng)一的知識(shí)結(jié)構(gòu)，掌握現(xiàn)代教育理論和學(xué)生身心發(fā)展的規(guī)律，具有物理學(xué)科學(xué)習(xí)的科學(xué)精神（包括質(zhì)疑、探究、合作、實(shí)事求是等精神）、科學(xué)態(tài)度（包括科學(xué)興趣、科學(xué)習(xí)慣、行為意向）和應(yīng)用科學(xué)思想，有較強(qiáng)的學(xué)科科研能力、創(chuàng)新能力、動(dòng)手實(shí)踐能力、綜合使用計(jì)算機(jī)和國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)研究和交流能力及指導(dǎo)科學(xué)學(xué)習(xí)的能力，具有一定的科學(xué)思維方法和科學(xué)的價(jià)值觀，有終身學(xué)習(xí)的意識(shí)，了解學(xué)科技術(shù)對(duì)社會(huì)的影響以及學(xué)科技術(shù)發(fā)展對(duì)人類的創(chuàng)新促進(jìn)作用，從而形成一定層次的科學(xué)的物理素養(yǎng)。

二、中學(xué)生物理素養(yǎng)的培養(yǎng)策略

1.通過(guò)課堂情景、教學(xué)讓學(xué)生描繪出物理模型、洞悉物理情景、形成物理空間思維來(lái)提高物理素養(yǎng)

課堂教學(xué)是教與學(xué)的核心，因此課堂教學(xué)的好壞影響學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。以學(xué)生為主體、生動(dòng)有趣、豐富多彩的課堂教學(xué)使學(xué)生對(duì)物理感興趣，主動(dòng)學(xué)習(xí)、研究物理，使知識(shí)從感性認(rèn)識(shí)過(guò)渡到理性認(rèn)識(shí)，達(dá)到知識(shí)的掌握和提高。在學(xué)習(xí)電學(xué)中的“功率”遇到復(fù)雜物理問(wèn)題時(shí)，教師在教學(xué)中應(yīng)幫助學(xué)生描繪出物理模型、洞悉物理情景，使學(xué)生形成物理空間思維，從而提高物理素養(yǎng)。

【例1】如圖1，在廣闊的宇宙空間存在這樣一個(gè)遠(yuǎn)離其他空間的區(qū)域，以MN為界，上部分的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1，下部分的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2，B1=B0=2B2，方向相同，且磁場(chǎng)區(qū)域足夠大。在距離界線為h的P點(diǎn)有一宇航員處于靜止?fàn)顟B(tài)，宇航員以平行于界線的速度拋出一質(zhì)量為m、帶電量為-q的球，發(fā)現(xiàn)球在界線處速度方向與界線成60°角進(jìn)入下部分磁場(chǎng)，然后當(dāng)宇航員沿與界線平行的直線勻速到達(dá)目標(biāo)Q點(diǎn)時(shí)，剛好又接住球而靜止。求：

（1）小球在兩磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑大小（僅用h表示）和小球的速度；

（2）宇航員的速度（用已知量表示）。

圖1圖2

對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)，很難建立帶電離子在復(fù)合場(chǎng)中的物理模型，弄清帶電離子運(yùn)動(dòng)的物理情景，很難形成解題思維。教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生理解“帶電離子在磁場(chǎng)中只受磁場(chǎng)力的情況下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，因此在磁場(chǎng)B1中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的圓弧軌跡P點(diǎn)的切線的垂線與圓弧軌跡MN邊界交點(diǎn)弧上N點(diǎn)的垂線的交點(diǎn)O1是帶電離子在磁場(chǎng)B1做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的圓心；在磁場(chǎng)B2做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的圓弧軌跡與MN邊界交點(diǎn)N點(diǎn)和M點(diǎn)的弧切線方向的垂線交點(diǎn)O2是帶電離子在磁場(chǎng)B2做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的圓心；經(jīng)過(guò)MN邊界M點(diǎn)后重新進(jìn)入磁場(chǎng)B1，據(jù)對(duì)稱從M點(diǎn)到Q點(diǎn)的勻速圓周運(yùn)動(dòng)的圓心為O3”等物理情景，從而建立如圖2所示的物理模型。從圖2數(shù)學(xué)模型引導(dǎo)學(xué)生知道∠O1NM=30°，∠PO1N=60°，∠NO2M=120°，根據(jù)三角函數(shù)關(guān)系引導(dǎo)學(xué)生推出R1-h=R1cos60°，R1=2h；由qvB=mv2R和B1=2B2推出R2=2R1=4h，由qvB0=mv2R1推出v=2qB0hm。

同理，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)數(shù)學(xué)幾何模型的對(duì)稱性求解宇航員的速度，首先使學(xué)生理解P到Q的距離L=2(R2sin60°-R1sin60°)=23h，粒子由P運(yùn)動(dòng)到Q的時(shí)間

t=T13+2T23=2πm3qB1+4πm3qB2=10πm3qB0

，從而求出宇航員勻速運(yùn)動(dòng)的速度大小：v=Lt=33qB0h5πm

。

通過(guò)這樣的課堂教學(xué)引導(dǎo)，使學(xué)生把課本和課堂知識(shí)運(yùn)用于實(shí)踐，提高建立物理情景和物理模型的能力，使學(xué)生解決物理問(wèn)題由難變易，由復(fù)雜變簡(jiǎn)單，從而形成物理空間思維，提高物理素養(yǎng)。

2.通過(guò)對(duì)物理實(shí)驗(yàn)、物理現(xiàn)象的綜合分析，讓學(xué)生在掌握實(shí)驗(yàn)方法的基礎(chǔ)上總結(jié)驗(yàn)證物理實(shí)驗(yàn)規(guī)律，從而形成物理思維，培養(yǎng)綜合物理思維素養(yǎng)

學(xué)生頭腦中掌握的物理概念和規(guī)律是大腦對(duì)物理現(xiàn)象和物理過(guò)程進(jìn)行分析綜合、抽象概括、推理而形成的，物理實(shí)驗(yàn)是理解概念、掌握規(guī)律的基礎(chǔ)，也是掌握實(shí)驗(yàn)方法、培養(yǎng)綜合物理思維素養(yǎng)的重要手段。

圖3

【例2】如圖3在動(dòng)量守恒定律建立過(guò)程中做探究實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生直接觀察到的現(xiàn)象是：小球從拋物線斜面滑下，若沒(méi)有B球存在，A球落在P點(diǎn)，有B球存在，A球與B球發(fā)生碰撞，A球落在M點(diǎn)，B球落在N點(diǎn)，那么，如何驗(yàn)證A、B球碰撞前后動(dòng)量守恒呢？這里要打通學(xué)生的思維障礙，就要引導(dǎo)學(xué)生描繪理想化的物理圖景，并進(jìn)行推理，引導(dǎo)學(xué)生想象出A球與B球碰撞時(shí)間很短，水平方向摩擦力作用忽略不計(jì)，碰撞后在空中運(yùn)動(dòng)過(guò)程中空氣阻力很小而忽略不計(jì)，所以物體瞬間碰撞時(shí)動(dòng)量守恒。則有：

mAvA＝mAvA′＋mBvB′(1)

由于斜槽末端水平，AB均做平拋運(yùn)動(dòng)，設(shè)入射球未與B球碰撞時(shí)飛出的水平距離OP為sA，在空中運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t，則vA＝sA／t，A球與B球碰撞后飛出的水平距離OM、O′N分別為sA′和sB則vA′＝sA′／t，vB′＝sB／t。由于做平拋運(yùn)動(dòng)的小球落到地面上時(shí)，只要下落的高度相同，飛行的時(shí)間就相同，于是得出：

mAsA＝mAsA′＋mBsB′（2）

接著引導(dǎo)學(xué)生理解若實(shí)驗(yàn)中證得（2）式成立，則（1）式成立，因此動(dòng)量守恒定律被驗(yàn)證。通過(guò)這樣的學(xué)生實(shí)驗(yàn)增強(qiáng)了學(xué)生的好奇心和動(dòng)手能力，也讓學(xué)生理解了物理學(xué)研究的方法，培養(yǎng)了學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)、積極思維、大膽猜測(cè)、嚴(yán)密推理、歸納總結(jié)等物理實(shí)驗(yàn)思維能力，從而提高了學(xué)生的物理素養(yǎng)。

3.綜合實(shí)踐活動(dòng)是培養(yǎng)和提高學(xué)生物理素養(yǎng)的重要途徑

德國(guó)哲學(xué)家費(fèi)希特說(shuō)過(guò)：“所有的理論法則都依賴于實(shí)踐法則；如果只有一條實(shí)踐法則，那么它們就都依賴這一條實(shí)踐法則。”學(xué)習(xí)的素材來(lái)自社會(huì)活動(dòng)，學(xué)習(xí)的結(jié)果服務(wù)于社會(huì)，這就是學(xué)習(xí)的目的；學(xué)習(xí)的主體——學(xué)生生活在現(xiàn)實(shí)社會(huì)環(huán)境中，生活于復(fù)雜的社會(huì)實(shí)踐中，學(xué)生對(duì)社會(huì)和自然之間內(nèi)在聯(lián)系的整體認(rèn)識(shí)與體驗(yàn)程度，親身參與實(shí)踐的積極程度，積累實(shí)踐技巧和學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)的豐富程度，最終影響學(xué)生形成對(duì)環(huán)境的觀察和應(yīng)對(duì)策略、對(duì)社會(huì)和自我的責(zé)任感，形成從自己的周圍生活中主動(dòng)地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并獨(dú)立地解決問(wèn)題的技巧和能力，形成實(shí)踐能力及對(duì)知識(shí)的綜合運(yùn)用和創(chuàng)新能力，養(yǎng)成合作、分享、積極進(jìn)取的素質(zhì)品質(zhì)，從而使理論學(xué)習(xí)和現(xiàn)實(shí)社會(huì)環(huán)境自然進(jìn)行交互作用、得到持續(xù)發(fā)展。

在物理教學(xué)過(guò)程中，教師應(yīng)盡可能地引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行相關(guān)的課外參觀考察活動(dòng)，引進(jìn)大量的綜合實(shí)踐活動(dòng)資源；引導(dǎo)學(xué)生在課堂上獨(dú)立動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，模仿遵循科學(xué)研究的一般過(guò)程，運(yùn)用調(diào)查、測(cè)繪、資料搜集等手段，收集大量的研究資料或事實(shí)資料，采用驗(yàn)證、實(shí)證等研究方法，提高物理素養(yǎng)。

4.重視物理大家精神的陶冶，提高物理素養(yǎng)

教師教學(xué)的目的不僅僅是單純地傳授知識(shí)，還要特別注重引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)學(xué)科真理，繼承學(xué)科大家精神；改變長(zhǎng)期傳統(tǒng)教學(xué)影響學(xué)生的創(chuàng)新能力、重視傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)而輕創(chuàng)新性、重教條經(jīng)驗(yàn)思維而輕邏輯思維的教育模式；學(xué)生學(xué)習(xí)的目的也不是機(jī)械地學(xué)習(xí)課本知識(shí)，簡(jiǎn)單模仿教師的學(xué)習(xí)技能，而是創(chuàng)造性地去學(xué)習(xí)。為此，在教學(xué)中應(yīng)加強(qiáng)滲透愛(ài)迪生的質(zhì)疑精神、法拉第的執(zhí)著精神、愛(ài)因斯坦的創(chuàng)新精神等物理大家精神的陶冶，讓這些物理大家在學(xué)生心中形成偶像，讓物理大家的學(xué)習(xí)精神、科學(xué)研究精神、創(chuàng)新精神、批判精神等影響學(xué)生，達(dá)到陶冶學(xué)生情操的目的，使學(xué)生養(yǎng)成不唯書不唯師、不受傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)的左右、把實(shí)踐作為檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)的習(xí)慣，這是極為重要而基本的物理素養(yǎng)。質(zhì)疑和獨(dú)立思考的素養(yǎng)是學(xué)生創(chuàng)新的基本素養(yǎng)，教學(xué)中要引導(dǎo)鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)“理所當(dāng)然”的想法、習(xí)以為常的現(xiàn)象大膽質(zhì)疑，揭示矛盾，進(jìn)而展開(kāi)課題，探討研究，總結(jié)規(guī)律，決不能讓學(xué)生養(yǎng)成死記硬背、人云亦云的不良習(xí)慣；養(yǎng)成懷疑一切、驗(yàn)證一切，錯(cuò)誤也是一種經(jīng)驗(yàn)的學(xué)習(xí)素養(yǎng)，從而整體提高學(xué)生的物理素養(yǎng)。

總之，中學(xué)生的物理素養(yǎng)，不能只靠課堂上教師的灌輸或單純解題應(yīng)試來(lái)培養(yǎng)，而應(yīng)在實(shí)踐活動(dòng)中，根據(jù)中學(xué)生的特點(diǎn)讓學(xué)生動(dòng)手、動(dòng)腦，促使其積極思考，探索問(wèn)題，培養(yǎng)智力品質(zhì)和技能品質(zhì)，形成抽象的綜合思維能力，從而達(dá)到物理教學(xué)的目的——培養(yǎng)學(xué)生的物理素養(yǎng)。

(責(zé)任編輯黃春香）