運(yùn)用“科學(xué)家故事”培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的實(shí)踐探索

摘 要：文章基于教學(xué)目標(biāo)和教材內(nèi)容的細(xì)致分析，以電磁感應(yīng)現(xiàn)象的教學(xué)過(guò)程為例，實(shí)證研究了運(yùn)用“科學(xué)家故事”培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的積極作用，并對(duì)教學(xué)實(shí)施過(guò)程進(jìn)行了必要的反思。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);科學(xué)家故事;電磁感應(yīng)現(xiàn)象

中圖分類(lèi)號(hào)：G642?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?收稿日期：2018-08-01

課題項(xiàng)目：湖南省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2017年度課題（XJK17CJC001）。

作者簡(jiǎn)介：戴雄英，女，副教授，博士研究生，研究方向：課程與教學(xué)論、材料科學(xué)與工程。

“核心素養(yǎng)”作為一個(gè)舶來(lái)詞，是最近幾年國(guó)內(nèi)外教育領(lǐng)域的高頻詞，其內(nèi)涵為現(xiàn)代公民必須具備的知識(shí)、能力、技能、態(tài)度和價(jià)值的綜合。顯然，教師在核心素養(yǎng)的培養(yǎng)過(guò)程不能僅僅注重知識(shí)的傳授，更重要的是重視學(xué)生的全面發(fā)展。物理學(xué)作為自然科學(xué)的最基礎(chǔ)的學(xué)科之一，在核心素養(yǎng)的培養(yǎng)過(guò)程中占據(jù)了重要地位。物理核心素養(yǎng)主要由物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四個(gè)方面構(gòu)成。其中科學(xué)思維是核心，它主要包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等思維方法。以下筆者以人教版物理選修1-1中第三章《電磁感應(yīng)》中的第一節(jié)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的教學(xué)過(guò)程為例，進(jìn)行實(shí)證研究。

一、教學(xué)目標(biāo)和教材內(nèi)容分析

教學(xué)目標(biāo)如下：①關(guān)注電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，了解相關(guān)的物理學(xué)史;②觀察電磁感應(yīng)現(xiàn)象，知道電磁感應(yīng)和感應(yīng)電流的定義;③經(jīng)歷關(guān)于電流產(chǎn)生條件的探索活動(dòng)，提高學(xué)生的分析、論證能力;④進(jìn)一步認(rèn)識(shí)磁通量的概念，能結(jié)合實(shí)例對(duì)磁通量的變化進(jìn)行定性和定量判斷;⑤學(xué)習(xí)法拉第的科學(xué)探索精神，感悟科學(xué)、技術(shù)和社會(huì)的相互關(guān)系;⑥了解信念和機(jī)遇在科學(xué)發(fā)現(xiàn)中的作用，辯證認(rèn)識(shí)傳統(tǒng)觀念對(duì)科學(xué)發(fā)展的利與弊。

教材主要內(nèi)容分析如下：

（1）劃時(shí)代的發(fā)現(xiàn)。教材從1820年奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)開(kāi)始介紹，簡(jiǎn)要回顧人類(lèi)探索“電生磁”和“磁生電”的歷史背景和探索過(guò)程，重點(diǎn)介紹了科學(xué)家法拉第歷經(jīng)10年的艱苦探索，最終發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的故事。

（2）電磁感應(yīng)現(xiàn)象。教材直接給出了電磁感應(yīng)和感應(yīng)電流的定義。

（3）電磁感應(yīng)的產(chǎn)生條件。教師首先給出了實(shí)驗(yàn)儀器和記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的表格，提問(wèn)讓學(xué)生歸納產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件，然后學(xué)生思考與討論產(chǎn)生“感應(yīng)電流”與“磁通量”的關(guān)系，進(jìn)一步探究感應(yīng)電流與磁通量關(guān)系的實(shí)驗(yàn)。教材設(shè)置了3個(gè)實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)1的內(nèi)容是初中已經(jīng)學(xué)過(guò)的知識(shí)——閉合導(dǎo)體回路的一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電流;實(shí)驗(yàn)2是線圈靜止，磁鐵相對(duì)線圈運(yùn)動(dòng)，閉合導(dǎo)體回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流;實(shí)驗(yàn)3是當(dāng)線圈靜止在磁場(chǎng)中時(shí)，斷開(kāi)或者是接通電路的瞬間以及滑動(dòng)變阻器的滑片，導(dǎo)體回路中也能產(chǎn)生感應(yīng)電流。

（4）大家談（遺憾出自哪里？）。教材在該部分簡(jiǎn)要介紹了安培和科拉頓對(duì)電磁感應(yīng)的探索失敗的原因。

（5）科學(xué)足跡（法拉第與劃時(shí)代的發(fā)現(xiàn)）。該部分用比較長(zhǎng)的篇幅介紹了法拉第的生平、研究背景等。

（6）探索者（搖繩能發(fā)電嗎？）。該部分進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生探索電磁感應(yīng)現(xiàn)象。教材內(nèi)容豐富、形式多樣，既考慮了與初中知識(shí)的銜接，又注重引導(dǎo)學(xué)生層層遞進(jìn)地思考。

二、教學(xué)實(shí)施過(guò)程

據(jù)調(diào)查，對(duì)于這部分內(nèi)容的教學(xué)，教師們主要采用演示實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的條件，注重讓學(xué)生去記憶電磁感應(yīng)現(xiàn)象及其產(chǎn)生條件，然后解題。筆者認(rèn)為，該教學(xué)過(guò)程可以結(jié)合科學(xué)家進(jìn)行科學(xué)探究的過(guò)程和方法進(jìn)行。科學(xué)家探索的一般過(guò)程如下圖所示。

（1）問(wèn)題的提出。教師要求學(xué)生課前預(yù)習(xí)，搜集研究背景資料（主要包括當(dāng)時(shí)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的階段已經(jīng)掌握的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)手段）。探索實(shí)驗(yàn)提倡課前預(yù)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和主動(dòng)獲取信息的能力，同時(shí)，讓學(xué)生置身具體的情境中，理解問(wèn)題的癥結(jié)，領(lǐng)會(huì)科學(xué)家們擺脫已有知識(shí)的束縛，另辟蹊徑，在解決問(wèn)題過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的奇思妙想，學(xué)習(xí)科學(xué)家不迷信權(quán)威的質(zhì)疑精神等。

（2）作出假設(shè)：法拉第等科學(xué)家作出了“磁場(chǎng)也能產(chǎn)生電流”的假設(shè)。

（3）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案：讓學(xué)生四人一組自由組合，提出實(shí)驗(yàn)方案，畫(huà)出電路圖。

（4）驗(yàn)證假設(shè)：讓學(xué)生分組進(jìn)行探索實(shí)驗(yàn)。受初中知識(shí)影響，一般學(xué)生記得產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的條件是“切割磁感線”，所以幾乎所有的組都能從實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證磁場(chǎng)也能產(chǎn)生電流。此時(shí)，教師提問(wèn)：“探索實(shí)驗(yàn)時(shí)哪些情況下無(wú)法觀察到電磁感應(yīng)現(xiàn)象？”并用PPT演示安培、科拉頓和法拉第初期探索失敗的實(shí)驗(yàn)及其時(shí)代背景。引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合自己的時(shí)間探索過(guò)程沿著前人的足跡重新實(shí)踐了一遍法拉第的重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)過(guò)程，著重讓學(xué)生分析法拉第等人前期實(shí)驗(yàn)失敗的原因。為了避免電流磁效應(yīng)的影響，一般檢流計(jì)離實(shí)驗(yàn)裝置比較遠(yuǎn)，不利于觀察動(dòng)態(tài)過(guò)程。最后，自然而然地引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出了電磁感應(yīng)的產(chǎn)生條件——磁通量的變化。在知識(shí)上學(xué)生對(duì)磁生電的概念、條件等的記憶更加深刻，在情感上啟迪學(xué)生，讓他們懂得用已有的經(jīng)驗(yàn)和理論去指導(dǎo)研究工作。這通常是有益的，但是定勢(shì)思維也容易束縛人們的思維。要有質(zhì)疑、批判及勇于實(shí)踐探索的科學(xué)精神，引導(dǎo)學(xué)生明白在科學(xué)研究的道路上沒(méi)有捷徑，獲得成功的訣竅即為不懈的努力（長(zhǎng)達(dá)10年的探索）、敏銳的洞察力、堅(jiān)定的信念。更重要的是學(xué)生在故事的敘述中（大部分學(xué)生都喜歡聽(tīng)故事）潛移默化地接受了萬(wàn)事萬(wàn)物之間有聯(lián)系的觀念，電生磁，磁也能生電。

（5）得出結(jié)論：磁也能生電。經(jīng)過(guò)這樣的教學(xué)過(guò)程得出的結(jié)論，一般學(xué)生都能很好地理解并將其牢記于心。電磁感應(yīng)是電磁學(xué)的核心，揭示了電與磁的全面關(guān)系，讓學(xué)生閱讀“劃時(shí)代的發(fā)現(xiàn)”，并引導(dǎo)學(xué)生想象：如果沒(méi)有發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，我們生活的世界將是什么樣子？引導(dǎo)學(xué)生真正了解電磁感應(yīng)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)的歷史地位。

三、教學(xué)反思

本文精選教學(xué)案例，案例中詳細(xì)地對(duì)教學(xué)目標(biāo)和教材內(nèi)容作了細(xì)致分析，介紹了具體實(shí)施過(guò)程。課堂效果表明學(xué)生能積極參與和主動(dòng)學(xué)習(xí)，課堂氣氛很活躍，在輕松愉快的氛圍中實(shí)現(xiàn)了教學(xué)目標(biāo)，培養(yǎng)了學(xué)生的核心素養(yǎng)。本研究的幾點(diǎn)反思如下。

學(xué)生對(duì)科學(xué)探究的認(rèn)識(shí)應(yīng)該是多層次、多角度的。即學(xué)生不僅學(xué)習(xí)所學(xué)知識(shí)點(diǎn)，更應(yīng)注重探究人類(lèi)對(duì)科學(xué)知識(shí)的認(rèn)識(shí)和探究過(guò)程以及研究方法。我們教師在課堂上應(yīng)該注重鍛煉學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和提出問(wèn)題的能力，對(duì)提問(wèn)的學(xué)生要多加鼓勵(lì)，讓學(xué)生體驗(yàn)到提問(wèn)創(chuàng)新的滿足感，從而在班級(jí)中營(yíng)造良好的學(xué)習(xí)氛圍;鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)研究的物理問(wèn)題有屬于自己的觀點(diǎn)，引導(dǎo)他們從不同的角度思考問(wèn)題，鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)不同的觀點(diǎn)和結(jié)論提出質(zhì)疑和批判，培養(yǎng)他們使用科學(xué)證據(jù)的意識(shí)和評(píng)判科學(xué)證據(jù)的能力，逐漸能基于科學(xué)證據(jù)對(duì)研究的物理問(wèn)題進(jìn)行分析、預(yù)測(cè)。

考慮學(xué)生已有的認(rèn)知水平及科學(xué)史發(fā)展的進(jìn)程，雖然科學(xué)家不參加教學(xué)活動(dòng)，但是，由于物理知識(shí)是科學(xué)家思維活動(dòng)的成果，透過(guò)這些成果可以了解他們的思維過(guò)程，這種成熟的思維過(guò)程——科學(xué)思維方法才是學(xué)生應(yīng)長(zhǎng)期不懈學(xué)習(xí)的。因此，教師在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)科學(xué)地構(gòu)建教學(xué)內(nèi)容，為學(xué)生搭建合理的思維發(fā)展的 “階梯”，從而訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)思維。

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