思維型課堂:培育物理學科核心素養的有效途徑

任虎虎

(江蘇省太倉高級中學,江蘇 太倉 215411)

思維型課堂:培育物理學科核心素養的有效途徑

任虎虎

(江蘇省太倉高級中學,江蘇 太倉 215411)

物理學是一門以實驗為基礎、理性思維為中心的學科．思維型課堂是指向能力培養的課堂教學模式．本文從什么是思維型課堂和物理學科核心素養?為什么思維型課堂能有效培育物理學科核心素養?怎么樣借助思維型課堂培育物理學科核心素養?3個維度闡述筆者的一點愚見．

思維型課堂;物理學科核心素養;內化;應用遷移;社會

1 什么是思維型課堂和物理學科核心素養

1.1 思維型課堂

思維型課堂的核心是學生的思維活動,它強調以誘發認知沖突為特征的教學引入、以自主建構為特征的教學過程、以思維監控為特征的教學反思和以靈活運用為特征的教學遷移．

通過認知沖突,旨在激發學生的學習動機,動機是維持學生學習活動的心理動因．自主建構包括認知建構和社會建構,認知建構強調學習是學習者積極主動建構的過程;社會建構強調:師生互動、生生互動是課堂教學中最基本、最重要的人際關系,互動不僅應關注情感互動、行為互動,更應關注思維互動．思維監控是指學習者對自己探究或問題解決的過程進行總結、反思和評價,思維監控有助于控制和規范學習者的思考過程,有助于學生形成自己的思維策略．應用遷移是指將已經獲得的知識、方法應用在新的問題情境中,解決新問題的過程．

1.2 物理學科核心素養

物理學科核心素養是指學生在接受物理教育過程中逐步形成的,適應個人終身學習和社會發展所需要的科學基礎知識、關鍵能力,是學生通過物理學習內化的帶有物理學科特性的品質．包括:物理觀念、科學思維、實驗探究和科學態度和責任四個方面．物理學科核心素養是核心素養的重要組成部分,對其他學科核心素養的發展具有促進作用．

2 為什么思維型課堂能有效培育物理學科核心素養

培育物理學科核心素養就是要提升學生未來適應社會發展所需要的關鍵能力,如學習能力、問題解決能力、批判性思維能力等．而思維型課堂就是指向能力培養的課堂教學模式,思維型課堂旨在通過營造富于思考的課堂,教會學生如何去思考,而不僅僅是教會思考的內容,促進學生學會學習,培養學生的問題解決能力、創造性思維和批判性思維能力．

學科核心素養的培養最終肯定要落實到課堂中,思維型課堂可以為物理學科核心素養的培育提供肥沃的土壤．通過認知沖突、自主建構、思維監控和應用遷移4個環節可以很好地促進物質觀念、運動觀念、相互作用觀念、能量觀念等物理觀念的形成,同時也可以促進模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新等科學思維的發展．在思維監控環節,教師可以對學生的探究或問題解決的過程小結和評價,也可以讓學生相互評價,更重要的是要引導學習者進行自我總結、反思和評價．通過師生、生生、自我評價內化物理觀念和思維方法．在應用遷移環節,通過創設待解決的真實問題情境,將物理從課堂遷移到社會,從而達到提升能力,有效培育物理學科核心素養的目的．

3 怎么樣借助思維型課堂培育物理學科核心素養

從思維型課堂教學模式的四個特征出發:通過認知沖突和自主建構促進物理觀念的形成;以學生的思維活動為中心促進科學思維的發展;以思維監控為手段促進物理知識和思想的內化;通過應用遷移達到有效培育物理學科核心素養的目的．

3.1 通過認知沖突和自主建構促進物理觀念的形成

認知沖突是學生已有的認知結構與當前學習情境之間存在的暫時性矛盾,通常表現為學生已有的知識經驗與新知之間存在某種差距而導致的心理失衡,認知沖突會激起學生強烈的學習動機．通過認知建構可以促進對物理知識的深度理解,讓學生親歷概念、規律的探究過程,促進物理觀念的形成．社會建構強調課堂互動,在課堂互動中,通過師生或生生質疑、問難、辯論等過程,學生的推理能力、論證能力都會得到發展．

教學案例:為了促進相互作用觀念的形成,筆者創設了一個實際情境,制造認知沖突,引發自主建構．

讓班級體重最大的男生和體重最小的男生在講臺上進行手拉手拔河比賽,結果體重大的學生獲得了“勝利”,教師提出問題:是不是體重大的學生給體重小的學生的力大呢?班級絕大多數學生回答:是的．接下來,教師拿出一個四輪的滑板,讓體重大的學生站在滑板上,重新進行拔河比賽,這次發現體重小的學生獲得了“勝利”,教師提出問題:是不是體重小的學生力氣變大了呢?此時學生陷入認知沖突中．教師接下來引導學生小組討論,這兩位學生給對方的力到底什么關系,提出自己的猜想,然后設計實驗驗證自己的猜想,進行自主建構．從而促進相互作用觀念的形成和發展．

3.2 以學生的思維活動為中心促進科學思維的發展

課堂上,處于教師注意中心的并不是自己的講述,而是學生的思維發展情況．學生的思維活動是課堂教學的中心．在教學中,要有意識地對學生進行思維方法訓練,提供應用科學方法研究問題的機會,從而改善學生的思維結構和思維品質,促進學生模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新等科學思維的發展．

教學案例:如圖1所示,對于伽利略的斜面實驗,筆者認為應該讓學生重演伽利略的思維過程,提供給學生應用科學方法研究問題的機會,讓學生經歷“提出問題—分析問題—解決問題”的全過程,促進科學思維的發展．

圖1

設置情景:將一個小球從離地面1 m的高度自由釋放,讓一個學生用秒表記錄小球下落的時間,重復做3次實驗,并把3次的實驗結果寫在黑板上, 3次的結果偏差很大,學生自己進而會提出問題:為什么偏差會這么大?

師:請小組內交流討論產生這一結果的原因是什么?

生:根據自由落體運動的知識,小球下落的時間只有0.45 s,而人的反應時間要0.2 s左右．

師:伽利略生活的年代沒有秒表可以用,只能靠滴水計時．想象一下,如果你是伽利略,該如何驗證小球通過的位移和時間的平方成正比這一關系呢?現在再請各小組交流討論．

生:增加下降的高度．

師:很好,這方法可以,在高度確定的情況下,如何來驗證呢?大家再討論一下．

接下來學生開始推理分析:高度確定,要增加時間,只能減小加速度,需要把斜面．經歷這樣的過程,學生不僅能感受到斜面實驗的精妙,不愧為世界十大最美麗物理實驗之一,還能更好地體驗和領會到伽利略開創的“實驗+思維+數學”的科學思維．

3.3 以思維監控為手段促進物理知識和思想的內化

引導學生對別人、自己探究或問題解決的過程進行總結、反思和評價,不僅能認清知識脈絡,而且能促進認知圖示的發展,在探究階段能理清科學知識的形成過程,而在反思、評價階段能內化科學方法、形成學生自己的思維策略,教會學生如何去思考、分析,提升推理、分析等能力．

圖2

案例分析:如圖2所示,平行導軌置于磁感應強度為B的勻強磁場中(方向向里),間距為L,左端電阻為R,其余電阻不計,導軌右端接一電容為C的電容器．現有一長2L的金屬棒ab放在導軌上,ab以a為軸順時針以ω轉過90°的過程中,通過R的電荷量為多少?

這道習題難度較大,在講評過程中充分利用思維監控促進對推理能力、分析能力和問題解決能力的提升．

首先讓一位能解決這個問題的學生上講臺講解他的方法和解決過程．

其次讓一位之前未能解決這個問題的學生回答:“剛才這位學生講的哪一句話或哪一點對你的影響或幫助最大?請說一說”．通過這個問題促進學生相互間進行正向評價．

最后再引導學生反思:解決這個問題的關鍵性步驟有哪些?你是怎么想到的(對能解決的學生)或如何才能想到這些步驟(對未能解決的學生)?

在探究或問題解決的過程,通過上面的3個過程,不僅能很好地幫助學生理解知識,還能促進物理思想方法的內化,培養能力．

3.4 通過應用遷移達到有效培育物理學科核心素養的目的

在應用遷移環節,通過創設待解決的真實問題情境,將物理知識、思維方法從課堂遷移到社會,也只有指向社會,才能更加有效地培育學生的物理學科核心素養．

案例分析:在學習了電磁感應和交變電流的知識后,正值學校研究性學習課題的選題階段,于是指導班級幾名學生確定了研究性學習課題“小型風力發電機的原理和研制”,指導學生上網查閱資料和實地考察(本地區正好有制造風力發電機的上市公司)了解風力發電機的原理和構造．在此基礎上,讓學生利用假期時間制作一個小型風力發電機,帶到學校來展示,要求能讓額定電壓為1.5V的小燈泡發光．

物理教師可以通過綜合實踐課程或研究性學習等,創設待解決的真實問題情境,從而將知識延伸到技術、將課堂延伸到社會,達到有效培育物理學科核心素養的目的．

1 林欽,陳峰,宋靜.關于核心素養導向的中學物理教學的思考[J].課程·教材·教法,2015(12)：90-95.

2 任虎虎,趙強.“思維型”課堂的基本特征及構建策略[J].物理教學,2016(6)：9-11.

3 曹義才.基于核心素養導向的中學物理實驗教學表現性評價[J].物理教師，2016(7)：9-11.

2016-11-28)