在物理建模中培育學生的核心素養
——以初中物理電流模型的建立為例

沈 峰

(江蘇省海安市紫石中學 226600)

核心素養背景下，如何培育學生的核心素養并使之落地，是當前教學一線討論得比較熱烈的問題.“傳統初中物理課堂教學，通常是教師直接講解或教師以提問的方式要求學生回答問題，然后再一起做題、講題不斷訓練，提升學生解物理題的能力，這樣做好嗎？”答案自然是不好的，這種刷題式的教學對于物理學科核心素養的培育確實幾無益處.有人對初中物理學科核心素養的要素進行了探究，并提出四個要素：物理認知、科學思維、科學探究和科學品格.從這四個要素的關系來看，可以發現學生的科學探究過程與物理認知過程，應當是核心素養培育的主要過程，而其中學生科學思維的培養則是關鍵，科學品格的形成則更多的是自然結果.

以上述理解結合初中物理優秀的教學傳統，筆者以為物理建模過程，是一個很好的物理學科核心素養培育過程.簡述如下：

一、物理建模過程中核心素養培育的可能性

物理建模在初中物理中不太顯著，實際考查中也不常見，但實際上好多知識的學習過程都是一個建模過程.以電流概念為例，好多人以為電流的概念是在電流的定義學習的時候建立的，而事實上電流的表象是建立于前面的電路知識的學習過程中的.因為電路這一部分有一個重要的學習內容，那就是電路識別問題，而學生在初學電路時，識別電路的最佳方法就是利用建立的電流意向去判斷，具體說就是讓學生想像“電流(這個時候可以不給出‘電流’概念，就基于學生的生活經驗說成是‘電’)從正極出來，然后看是如何流過用電器和開關，再流向負極的”.

這樣的一個意向建立過程，實際上就是電流模型的最初形成過程.分析學生的生活經驗，結合教學實踐，筆者發現這樣的一個電流模型建立過程是可行的：一方面，學生在生活中形成的關于電的認識，使得他們知道“只要有電通過用電器，那用電器就會工作”，這樣的經驗使得學生大腦中有最原始的“電流”表象；另一方面，“電在電路中流動”的表象變成了清晰的模型之后，學生可以借助于自己的想像去判斷電路的連接方式，而且屢試不爽.因此可以認為，只要此時借助于學生的這一意向并使表象清晰化，就可以讓電流模型形成，因而此時不需要給出“電荷的定向運動形成電流”的表述，學生即可以電流模型解決識別電路的問題.

說到底，這個電流建模的過程是從學生認知出發而不是從教材內容的邏輯順序出發的，而這恰恰符合了“要始終以學生為主體，使學生在夯實文化基礎的同時能得到自主發展和提升實踐創新能力”這一認識.

二、電流模型的建立過程中核心素養的培育

那么，在這樣的一個電流模型建立的過程中，學生的物理學科核心素養是如何得到培育的呢？筆者以為這需要分析學生在利用電流意向、形成電流表象、建立電流模型等環節中逐個分析.

如上所說，電流意向實際上是學生在生活中獲得的經驗.在學生的生活中，閉合開關，燈就亮了，這是因為“燈上有電”(多屆的教學現場表明，學生都會用類似的話來解釋)，因此，“有電”與“用電器工作”實際上已經形成了一個對應關系，這一經驗經過思維加工之后，即可以讓學生得到“有電經過用電器，用電器就會工作”這一意向.

這一意向形成之后，還不足以讓表象清晰，表象清晰的過程主要形成于電路識別的過程中.此時，教師可以以講授的方式為學生提供若干個范例，譬如在解釋串、并聯電路中用電器工作特點的時候，跟學生解釋：在串聯電路中，電流只有一條路徑，因此兩個用電器同時開始或停止工作；而在并聯電路中，支路意味著電流有兩個路徑且互不影響，因此兩個用電器的工作情況互不影響……一言以蔽之，在解釋相關現象的時候，以電流為依據進行分析，可以讓學生大腦中電流的意向更為清晰，進一步則可以成為想像表象.

表象形成之后，就可以讓學生自己利用電流表象去識別更為復雜的電路，并完成電路圖與實物圖的互判，即根據電路圖連接實物圖，根據實物圖畫電路圖.這個內容原本就是電路這一章教學的重點，如果沒有清晰的思路，相當一部分學生都會感覺到困難，而有了電流這一工具模型，解決此類問題就比較順利.

要注意的是，以上第三個環節中可以創設一個憤、悱的情境.即教師在帶著學生使用電流模型這一工具之前，都可以讓學生自己先去嘗試去識別電路的連接方式，嘗試用自己的方法去識別.經驗表明，這個環節中，如果教師不特意強調，學生更多的會根據電路圖或實物圖的形狀去判斷，而結果不是出錯就是思路的混亂，總之學生是尋找不到一個有效的辦法來面對各種類型的電路圖或實物圖的.這個時候，教師再跟學生明確電流模型這一工具的使用，學生往往容易獲得一種清晰的認識，從而讓電流表象進一步模型化.

從核心素養培育的角度來看，這個過程中的核心素養培育顯然是一個隱性且有效的過程.說隱性，是因為初中物理教學中本就沒有必要將核心素養掛在口頭上，說有效是因為從調用學生的生活經驗，到初步運用于問題的解決，再到模型化的應用，實際上已經幫學生在大腦中建立了一個電流模型.這個模型的建立讓學生認識到：物理問題的解決，總是要尋找規律性的方法的，而這些方法并非憑空形成的，是需要在自己的生活經驗的基礎上借助于想像與推理，并需要在實踐中進行檢驗的.這樣的認識形成，就是一個完整的物理認知過程，也是科學思維形成的過程，自然也就是物理學科核心素養的形成過程.

三、物理建模應當成為初中物理教學的重點

物理建模是物理教學中的重點，其在初中教學中容易被忽視，更多的因為初中物理概念、規律相對簡單，有時候通過大量的習題訓練，就可以讓學生獲得好的分數.這樣的路徑依賴，實際上使得學生很難形成建模的意識，從而對高中物理學習埋下一些隱患.而從核心素養培育的角度來看，物理建模的過程中，學生的思維量足，形成的物理認識深刻，更可以讓學生形成基于物理過程分析去運用物理規律解決問題的意識與能力，這是刷題所無法替代的.

因此，在初中物理教學中重視建模，尤其是重視核心素養視角下的物理建模，是符合物理教學規律之舉，應當成為物理教學的一個重點.