優化物理教學過程 培育學科核心素養

駱文洲　傅可欽

[摘要]山東大學附屬中學趙勇校長曾說：教育如同養樹，養樹在“養根”，只有養“根”，才能長得壯實了，參天大樹才能長成，自然碩果累累。何為“根”？為何“養根”？如何“養好根”？這是當前高中物理教師急需深入思考和實踐的問題。

[關鍵詞]實驗教學 核心素養

何謂核心素養？華東師范大學崔允都教授說：核心是相對外圍而言的，有兩層意思：一是關鍵，是指個體在21世紀生存、生活、工作、就業等最為關鍵的素養；二是共同，是指課程設計所面對的某一群體所需要的共同素養。而核心素養是個體在知識經濟、信息化時代面對復雜的、不確定性的現實生活情境時，運用所學的知識、觀念、思想、方法，解決真實的問題所表現出來的關鍵能力與必備品格。何謂高中物理核心素養？它是高中學生學習物理知識過程中逐步形成的“物理觀念與應用”“科學思維與創新”“科學探究與實踐”“科學態度與責任”，用以適應自身終身學習和改造社會發展需要的特有品質。本文就如何通過優化高中物理教學過程，談談對高中物理學科核心素養的培育。

一、物理觀念與應用是物理核心素養的基石。要求物理教學以實驗為基礎

德國物理學家馮·勞厄曾經說過，教育所給予人們的無非是當一切已學過的東西都忘記后所剩下來的東西。那么什么是“剩下來的東西”呢？應該是學生學習物理知識的基礎上獲得的概括性認識，即物理基本觀念，如自然觀、物質觀、時空觀、運動觀、守恒觀、物理價值觀等。清華大學宋心琦教授曾精辟地指出，學生能牢固地、準確地，哪怕只是定性地建立起基本的物理觀念，應當是中學物理教學的第一目標。因此，中學物理教學應該從“知識為本”轉向“觀念建構”。那么又該如何進行“觀念構建”的教學呢？通過“體驗”加“感悟”才能將知識轉化為觀念，而“體驗”加“感悟”最好的載體便是精彩紛呈的演示實驗、學生實驗和課外實驗等。這樣的教學學生主動性強、參與度高、合作性強，對概念建立、規律理解更加深刻，是充滿生命活力的教學，是回歸物理科學本質的教學。

比如，一個具備“運動觀”的學生，當他面對運動問題時，會自覺地觀察物體運動的位移、速度、加速度等，并加以分析，解釋問題或解決問題。以人教版高中物理必修1第二章第二節《勻變速直線運動的速度與時間的關系》為例，教學最后可在教師主導下讓學生完成這樣一個任務：研究小車的運動——分析電磁打點計時器的原理。教學設計如下：

教師先演示小車下滑，設置情景，繼而提問學生如何研究小車的運動？

學生：小車的運動快慢和s、t有關，只需測出s和t即可，再由v=s/t求得速度。

教師：有無其他方案可以研究？比如，假想把小車加長，某人在某位置每隔1s作一標記點（在小車經過的位置上）。那么這些點能否反映出小車的運動情況呢？

學生：把小車加長是不現實的，也是沒有必要的。不過，我們要達到這樣的目的，只要用一個很簡單的方法即可：在小車的尾部拖上一條紙帶——“你走你的路，我打我的點”。這樣，小車的運動信息就在紙帶上“記錄下來”了。

練習：甲同學用手代替小車，勻速拉動紙帶；乙同學左手拿秒表，每隔1 s打一點；右手手腕緊靠桌面，并且筆要拿豎直；打第一個點標上0，后面依次標上1、2、3…，求出1到6計數點的速度v。還可以改變拉動紙帶的速度，如加速、減速、忽快忽慢，再研究小車的運動情況。

教師：剛才練習中，同學們其實已經發明了一種新的實驗儀器“打點計時器”，只不過，是“人工”的。如果我們用交流電做電源，利用電磁原理，每秒打50次，就可以改進為“電磁打點計時器”。

二、科學思維與創新是物理核心素養的中心。要求物理教學以思維為中心

牛頓曾說過，如果我看得更遠一點的話，是因為我站在巨人的肩膀上。這句話從哲學層面理解是繼承與創新的關系。繼承時，應該是舊有理論中合理的部分，而不應該盲目地完全摒棄或全盤收納；創新時，也不是空手起家或一蹴而就的，而是在對舊有理論持有正確態度的基礎上，進行科學思維。“科學思維”主要包括模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新等要素。縱觀物理學史，每一次重大創新都是建立在此前的認識之上的，在明確問題之后，對實驗事實進行分析，進行新的觀察和理論研究，提出新的模型和假說。而新的模型或假說又在實驗中接受檢驗，正確的被肯定，經不起檢驗的被否定，在新的基礎上再提出新的學說。

以人教版高中物理選修3-5第十八章第二節《原子的核式結構模型》為例，棗糕模型不能解釋盧瑟福發現的a粒子散射實驗，于是盧瑟福在其基礎上提出了核式結構模型。鑒于此，本課教學應該抓住“四個環節”以“問題為驅動、思維為中心”開展教學：電子的發現一湯姆孫棗糕模型一a粒子散射實驗一核式結構模型。以“a粒子散射實驗”環節為例，驅動教學的四大問題為：

（1）為何用？闡明“a粒子散射實驗”的研究動機；

（2）如何做？介紹“a粒子散射實驗”的操作過程；

（3）有何得？說明“a粒子散射實驗”的實驗現象；

（4）有何獲？展示“a粒子散射實驗”的研究成果。

顯然，以“問題為驅動、思維為中心”進行教學，有利于學生學習科學家研究微觀世界的科學思維方法，有利于激發學生的科學思維，優化學生的思維品質，引導學生沿著科學家的足跡經歷創新過程，從而培養學生的創新精神。

三、科學探究與實踐是物理核心素養的關鍵。要求物理教學以過程為主線

科學探究包括提出物理問題，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，重在以科學的態度、科學的精神、科學的方法、科學的思維進行自主、合作的探究，這樣可以讓學生親身體驗探究自然規律的過程，感悟自然界的和諧美和統一美。否則就是假探究、偽探究，實驗于是也變成了驗證性的實驗了。以人教版高中物理選修3—5第十六章第一節《實驗：探究碰撞中的不變量》為例，科學探究的主要分四個階段，如下圖所示：

顯然，編者想著重突出兩個方面：一是在學習各類實驗探究或思維探究的基礎上進一步強化“探究”理念，二是在學習能量守恒定律的基礎上進一步滲透“守恒”的思想。就本節課而言，首先從車廂碰撞掛鉤、臺球碰撞變速、粒子碰撞轉化等實例中發現問題，激發學生尋求規律的欲望——碰撞前后是否有什么物理量保持不變？此時學生雖有較大好奇心和積極性，但畢竟因為知識有限、能力欠缺等，教學中為了幫助學生沿著正確的方向進行實驗，教材在適當的環節給出了提示或明確說明，如“實驗的基本思路”、“需要考慮的問題”等，這樣有利于教師在課堂教學中幫助學生，活化、深化科學思維。學生根據對實驗器材的熟悉程度和已有知識將會提出不同的實驗方案，教師此時只需積極引導學生注重實驗中的科學思維進行因地制宜的實驗。“不變量”不是“守恒量”，從實驗探究得到的規律是否具有普遍性，需要經得起理論和實踐的檢驗，才能走向普遍性，才能成為規律。這是本節課教學中科學思維的關鍵所在。

四、科學態度與責任是物理核心素養的靈魂。要求物理教學以育人為目標

科學態度是指個體具有的以符合科學的方式待物做事的心向、意識等內心準備狀態和行為意向，它包含理性態度、實證態度、質疑態度、非功利態度等。態度是可以學習的，積極的科學態度是學習的結果，具備科學態度方可擔當，才有責任心。廣西師范學院吳曉莉教授曾說過，科學態度是青少年科學技術普及活動目標體系的核心內容，它表現為追求真理的勇氣、尊重規律、習慣于理性思考等特征，它們構成一個人科學素養的最關鍵部分。正如溫總理在《仰望星空》中所說，我仰望星空，它是那樣遼闊而深邃；那無窮的真理，讓我苦苦地求索、追隨。科學精神和科學態度，是人類破解地球各種危機、走向幸福美好生活的法寶和希望。因此，物理教學不能陷入應試教育的怪圈，而是用物理核心素養來梳理物理培養目標，真正承擔起培育社會主義核心價值觀和落實立德樹人根本任務的重擔。

培養科學態度的基本問題是將對事物的正確認識轉化為相應的科學習慣。在這方面，教師既要發揮主導作用，又要以良好的示范影響學生。因此，教師首先要做到尊重科學、相信科學、運用科學、不搞現代迷信。比如，做演示實驗或解題都要嚴格按照操作規律或解題步驟進行，不拼湊數據，不弄虛作假，對誤差進行實事求是的分析和解釋。這些對學生形成科學世界觀，培養學生科學態度具有不可低估的作用。

以人教版高中物理必修1第二章第五節《伽利略對自由落體的探究》為例，從培養學生科學態度和責任的角度看，本節課具有極其重要的地位。現從宏觀角度審視本節課教學中應該培育的科學態度，如下表。

總而言之，科學態度的培養在教學過程中，應充分利用教材內容，結合物理學史的典型事件，不斷為學生創造培育平臺，如此日積月累，一定能不斷提升學生的科學態度，達到真正育人的目標。