初探如何培育具有高中物理核心素養的人

孔令月

【摘 要】愛因斯曾說過，教育就是忘記了在學校所學的一切之后剩下的東西。物理教學希望給學生剩下的是什么？物理學研究的事實和結論可能被學生忘記，但物理學研究的思想方法、研究態度、研究能力一定能夠長久地支持學生的學習、生活和工作，是不會“還給”物理教師的。這些被學生終身保持的，成為他們行為習慣的就是一個人的核心素養和品質，培養具有高中物理學科核心素養的人才是高中物理教學的價值所在。

【關鍵詞】培育；高中物理；核心素養；人

一、高中物理核心素養

余文森教授認為就一門學科而言，核心素養是核心知識、核心能力、核心品格的綜合體現，它是對三維目標的整合、提煉與升華。學科核心素養倡導下的教學要求通過過程與方法獲取學科知識的同時，形成學科能力，塑造學科品格，這些才是對人的發展終生受用的素養。教育部下發了《普通高中物理課程標準修訂稿》內部征求意見稿，明確提出了高中物理核心素養及相關要求，它主要由“物理觀念”、“科學思維”、“實驗探究”、“科學態度與責任”等四個方面的要素構成。在新的國際形勢下，核心素養是素質教育、三維目標、全面發展、綜合素質的強化版、升級版、轉型版，更是其“聚焦版”。促使提升和培養適應學科學習、終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力的人。

二、在物理概念、規律等的教學中培育具有物理觀念素養的人

“物理觀念”主要指高中物理中重要的觀點、概念、規律，比如運動觀念、能量觀念、守恒觀念、相互作用觀念等，它是物理概念、規律的在頭腦中的提煉與升華。物理教學過程不應該只是向學生“灌輸”事實和結論的過程，而是應該幫助學生借助物理學家研究自然界的思想方法，自主探索、建構物理學科核心概念，并逐步將這些思想和方法內化成自身的行為習慣，形成良好的科學品質。以物理核心概念統領物理教學，可以幫助師生從紛雜的事實、概念、規律、定理、公式中跳出來，站在更高的位置上培育具有物理觀念素養的人。

例如，點電荷的概念僅靠教師的講授是難以掌握的，只有將其置于一定的應用情境中，才會顯得生動和有意義。

A.線度比相互之間的距離小得多的帶電體稱為點電荷，B.討論氫原子中的質子和電子的相互作用時，質子和電子可視為點電荷，C.兩個相距很遠的帶電球體可以視為點電荷，D.可以忽略形狀和大小的帶電體可視為點電荷。

上面四種說法都是對點電荷概念的理解和延伸，其中A是核心概念，是實際電荷抽象出的理想化模型，B、C、D等是次位概念，是點電荷概念在具體情境中的解讀，是事實性的結論。我們的教學活動不能停留在僅讓學生記住一些物理學事實，而是要關注通過事實抽象提出的核心概念，教師可以圍繞“帶電體的線度遠小于電荷間的距離”開展教學，討論B、C、D三種情況下能否將電荷看成質點，培養學生敏銳鑒別的思維。點電荷是實際帶電體的抽象和近似，它是建立具有普遍意義的基本規律的不可或缺的理想模型，又是把復雜多樣的實際問題轉化或分解為基本問題時必不可少的分析手段。例如，庫侖定律、洛倫茲力公式的建立，帶電體產生的電場以及帶電體之間相互作用的定量研究，試驗電荷的引入等等，都離不開點電荷。從而更深層次的理解“點電荷”的概念和“理想化模型”，并將這種“忽略次要因素”的思維觀念遷移到工作和生活中，大大增強了學生的適應能力。

三、在物理模型、推理論證等的教學中培育具有科學思維素養的人

科學思維主要指高中物理中重要的思維方法、良好的思維品質和能力，包括建模的思想、理想化方法、分析綜合、抽象概括、批判性思維、創造性思維、推理論證等，這也是高中物理技能培養的重點。

物理課堂教學應該為學生創新真實、復雜的問題情境，鼓勵并引導學生剖析問題、簡化問題、建立物理模型，并運用適當的方法解決問題。例如，理想實驗是一種科學思維“實驗”，理想實驗與真實實驗相結合往往能取得出其不意的成功。伽利略研究發現了落體運動規律后進一步尋求地面上物體的運動規律。他在實驗中觀察到讓金屬球從斜面滾，再滾上與之對稱的斜面，則球所到達的高度略低于開始下滾的高度。他通過思考分析認為是由于摩擦的結果，假如能完全消除摩擦，金屬球就可能達到起始的高度。進而推想如完全沒有摩擦，不管第二個斜面傾角多大，球能達到的高度與從第一個斜面開始下滾時的高度相等，而且第二個斜面的傾角越小，小球在斜面上滾動的距離越長。如果第二個斜面傾角為零，球永遠達不到起始高度，將以均勻的速度在無限長平面上永遠運動下去。在真實實驗基礎上所作的理想實驗，是無法實現的思維實驗，但它是具有可靠性的。正是這種思維實驗導致了伽利略慣性定律的發現，從根本上否定了統治人類歷史兩千多年的亞里斯多德的力是維持物體運動的錯誤觀點。

從實驗到理想實驗是一種科學思維，同樣從觀察實驗現象推理規律、概念、公式等的形成與運用都能很好的培育學生的科學思維，如牛頓主要依靠歸納法得出牛頓定律，歐姆則根據類比得出部分電路的歐姆定律等等，只要教學中能夠高度重視，學生的科學思維素養就能得到迅速提升。

四、在物理實驗的教學中培育具有探究精神素養的人

實驗探究主要指高中物理通過實驗提出物理問題，形成猜想和假設，獲取和處理信息，基于證據得出結論并做出解釋，以及對實驗探究過程和結果進行交流、評估、反思的能力。在物理實驗教學中要注重培育具有探究精神素養的人。

科學家研究問題的關鍵，是能夠在紛繁復雜的表象下發現問題的關鍵，在此基礎上建構物理模型、設計方案、解決問題。實驗探究教學的價值應該是培養學生利用實驗探究的方法獲取知識、研究解決生活中遇到問題的能力，促進學生真正理解科學探究的精髓。例如，牛頓第二定律的實驗探究教學中中，教師提出典型問題：探究力與物體運動加速度之間的定量關系。不但要求學生在猜想假設、實驗設計、實驗操作的基礎上，根據所測量的物理量進行分析，最終得到科學的結論。而且要進一步給學生提出問題：拉力大小的確定存在什么問題、如何有效平衡摩擦力、該實驗成功的關鍵是什么、實驗數據存在誤差的原因是什么等等，引發學生對現有結論的反思和質疑，才能真正培養出具有實驗探究能力和探究精神的人。

五、在物理學史的再現及各類科技活動中培育具有科學態度與責任素養的人

科學態度與責任主要指對待科學的態度與價值觀，包括能正確認識科學的本質，具有學習和研究物理的好奇心與求知欲，能主動與他人合作，學會用物理的眼光來觀察世界，解決問題等，在教學中注重應用物理學史及各類科技活動培育學生的科學態度與責任。

科學家楊振寧曾將他取得成功的奧秘歸結為：“要站在問題開始的地方，要面對原始的問題，而不要淹沒在文獻的海洋里……”這給我們物理教學極大的啟示：教學中教師要向學生展現物理概念的形成過程、物理規律的發現過程，以及物理問題的解決過程，為學生創設真實的情境，描繪物理學家探索科學的歡樂與痛苦、成功與失敗，體驗真實的科學精神。使學生在精神上受到感染、情操得到陶冶，意志得到磨煉，鑒賞力得到提高，正確理解人和自然的關系，正確理解人與社會的關系，并產生強烈的感情，形成對美和善的辨別力和追求熱情，提升學生的科學態度和責任。例如，教科書通過比較亞里士多德和伽利略的不同觀點來介紹牛頓第一定律的發現過程，教材寫道：“這個‘錯誤竟維持了近兩千年。直至三百多年前，伽利略才……”直接從教科書上呈現亞里士多德的錯誤觀點，強調伽利略勇于質疑的科學精神和牛頓“站在巨人肩膀上”總結得出牛頓第一定律的偉大成就。這樣的教學過程會給學生造成“古人真笨”的印象，無法理解為什么“兩千年無人反駁”，更無法理解“站在巨人肩膀上”的含義，以至于本應該充滿生機活力的物理教學變得機械、沉悶和程式化，缺乏情感與靈性的自然流露。查看更多的歷史資料我們發現，在伽利略之前，就有許多學者對亞里士多德的觀點進行了批判，如希帕克斯、菲洛波諾、布里丹、奧雷斯姆、和達芬奇等，尤其是伽利略的哲學老師博納米科和貝內代蒂提出了“沖力”的概念，為伽利略的“臨門一腳”奠定了良好的基礎。物理教學中如果忽略二千年中曲折的研究過程，學生就無從認識誰是“巨人”，無法領悟伽利略、笛卡兒和牛頓的偉大所在。

用開講座、小制作、小論文活動來激發學習物理興趣，拓寬學生的知識面，培養分析、解決問題的能力。講座、小制作、小論文的內容可以根據教學內容和學生的特點選擇合適的題材，如與生產生活相關并且有廣泛應用的物理知識，與社會發展有著重大關系的物理知識，與科學，技術有關的社會熱點問題，物理學發展的成就及前沿問題，生活用品的小改進等等。通過這些活動，既可培養學生的社會責任感，也使學生人文素養得到了提高。

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