基于核心素養(yǎng)的物理課程創(chuàng)新教育的策略
——以高中魯科版教材為例

李新疆

（連江尚德中學，福建 連江 350514）

黨的十九大報告中指出，創(chuàng)新是引領發(fā)展的第一動力，是建設現(xiàn)代化經(jīng)濟體系的戰(zhàn)略支撐。創(chuàng)新的培養(yǎng)在于教育，物理本身就是一種具有實踐性和創(chuàng)造性的學科，在物理學科開展創(chuàng)新教育具有得天獨厚的優(yōu)勢。物理學科的核心素養(yǎng)包括物理觀念、科學思維、科學探究和科學態(tài)度與責任等四個要素。本文基于核心素養(yǎng)的視角談談高中物理課程實施創(chuàng)新教育的策略。

一、鼓勵質(zhì)疑的科學態(tài)度，催生創(chuàng)新動力

清華大學錢學森班首席教授鄭泉水指出：“對科學發(fā)現(xiàn)或技術(shù)創(chuàng)新有著極強的志趣和追求卓越的內(nèi)在動力是創(chuàng)新素養(yǎng)重要維度。”［1］發(fā)現(xiàn)問題并提出問題是創(chuàng)新活動的起步，是創(chuàng)新內(nèi)生動力的體現(xiàn)，而質(zhì)疑是其前提。質(zhì)疑，指帶著否定的觀點或批判性的思維來審視事物并提出疑問，它要求質(zhì)疑者具有不迷信權(quán)威并敢于挑戰(zhàn)權(quán)威的勇氣。因此，鼓勵學生質(zhì)疑是開啟學生創(chuàng)新動力的重要途徑。

（一）鼓勵學生在日常生活觀察中質(zhì)疑。生活是課程知識的形成基礎，物理課程知識源于生活。由于認知與經(jīng)驗的局限性，日常生活中存在著諸多值得質(zhì)疑的事物：公路拐彎處為什么要修成外高內(nèi)低？為什么跳高技術(shù)中的“背越式”會取代“跨越式”？電子鐘的計時原理是什么？微信中的視頻圖像是如何傳遞的？等等，這些既是學生司空見慣但又是學生不明物理的現(xiàn)象。如果學生能提出這些疑問，那么這何以不是一種良好的好奇心或強烈的求知欲望，而這種好奇心或求知欲望往往催生著創(chuàng)新動力。

（二）鼓勵學生在課程學習中質(zhì)疑。教材是課程學習的藍本，但顧及到學生的認知能力與水平的欠缺，其中不少的物理規(guī)律僅是定性研究，然而在表述方面又是定量描述。如單擺周期規(guī)律，教材實驗僅研究了振動周期與擺角、擺球質(zhì)量、擺長這三個因素關系，然后直接給出單擺周期公式 T=2π g。可以說，幾乎所有的學生對公式中的2π和根號形式都感到茫然，這就是學生值得質(zhì)疑的內(nèi)容。另外，教材中的“空白點”也是學生的質(zhì)疑之處。在儀表讀數(shù)方面，學生以前只掌握了最小刻度為1/10分度的讀數(shù)方法，然而對于諸如最小分度為0.02A的安培表量程和最小分度為0.5V的伏特表量程的估讀就存在著疑問。對于學生的質(zhì)疑，有的可以在課堂內(nèi)解決，有的則可以讓學生在課外自主探索，教育的主要目的是通過質(zhì)疑活動來催生學生的創(chuàng)新動力。

二、融物理觀念于史實，培養(yǎng)創(chuàng)新意識

在課程教學中適當?shù)厝谌肽承┪锢硎穼崳绕涫侨藗冊谔骄堪l(fā)現(xiàn)過程中曲折的經(jīng)歷和另辟蹊徑的突破故事，既可以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識，促使學生認識科學探究與發(fā)現(xiàn)的艱巨性，還可以使學生領悟堅毅力是從事科學創(chuàng)新的必備品質(zhì)。

（一）突破原有傳統(tǒng)觀念。庫侖定律是電學中最基本且又是最重要的物理規(guī)律，它揭開了電學領域定量研究的序幕，其中庫侖扭秤的問世對庫倫定律的驗證起著重要的作用。然而庫侖扭秤的問世并不是一蹴而就，而是庫侖能以富蘭克林的“電荷表面分布”理論為實驗技術(shù)基礎，以普利斯特利的“電荷間作用力與距離平方成反比”的預言為指針，以卡文迪許實驗思想為借鑒，從而巧妙地設計了庫侖定律扭秤實驗。［2］如果教學中融入這些過程史實，那么就可以促

l使學生樹立科學發(fā)現(xiàn)中的團隊合作意識、重視吸納他人研究成果、勇于開拓進取等有關如何創(chuàng)新的各種意識。由此看出，在科學研究中能夠突破原有傳統(tǒng)觀念，勇敢地接受新事物，保持一種創(chuàng)新的思想是非常的重要。

（二）樹立科學觀念意識。庫侖扭秤實驗僅驗證了“庫侖力與電荷間距離平方成反比”的事實，對于“庫侖力與兩電荷電量乘積成正比”的結(jié)論，學生自然會提出質(zhì)疑。當教師指出庫侖是借助牛頓的萬有引力的力學模型而進行類比推理而得到的，那么學生又會樹立科學觀念意識。庫侖扭秤實驗僅是驗證同種電荷間的排斥力，對于異種電荷間的吸引力，教師又可以介紹庫侖借鑒力學單擺模型而類比設計了電擺實驗，并依據(jù)單擺原理來類比推證異種電荷間的庫侖力也與距離平方成反比。［2］這樣的史實融入，既可以強化學生的科學觀念意識，又可以促進學生形成嚴謹?shù)目茖W創(chuàng)新意識。

三、突出實驗科學思維，啟迪創(chuàng)新智慧

突出實驗的科學思維，不僅是物理課程教學的應然要求，也是實施創(chuàng)新教育的重要途徑。

（一）重視引導學生嘗試實驗設計活動。重視實驗設計是新課程標準的基本要求，也是有效增強科學探究精神和思維能力的重要手段。如“摩擦力大小與壓力關系”的研究實驗，學生在初中曾依據(jù)二力平衡原理（滑塊所受的摩擦力等于彈簧秤拉力）做過了定性實驗，學生熟知，能否控制滑塊做勻速運動是該實驗設計的難點。對此，教學中就可以要求學生重新設計新的實驗裝置，以繞開這個難點。如果學生能想到“彈簧秤與滑塊連接并固定，在滑塊下增設一塊木板，在抽動木板中，滑塊保持靜止，從而得到摩擦力等于彈簧秤拉力”的實驗方案，這何以不是一種創(chuàng)新性的實驗設計?

（二）改教材中的定性實驗為定量實驗。物理實驗改革是物理課程教學改革的重要組成部分，新課標要求教學中不能拘泥于教材內(nèi)容，改教材的定性實驗為定量實驗，是根據(jù)教學實際情況創(chuàng)造性使用教材的一種探索，有助于科學思維的培養(yǎng)。如“探究安培力”的定性實驗，教學中就可以引導學生改為定量研究實驗。在實驗設計中，對于如何確定安培力的大小，如何研究安培力大小與導體長度、電流大小、磁感應強度大小這三者之間的關系，課題中會出現(xiàn)各種各樣的方案，有的可能是某種知識與原理的巧妙應用，有的可能僅是一種符合科學原理但又不便于實際操作的思想性方案，等等，這些都能見證學生的思維與智慧得到一定的激發(fā)或啟迪。

四、基于科學探究引導探究，促進創(chuàng)新實踐

前面所說的在實驗教學中引導學生嘗試實驗設計雖是一種創(chuàng)新實踐，但在質(zhì)和量方面還不能滿足創(chuàng)新實踐教育的要求，必要的做法是注重引導學生開展課外自主的探究性學習。

（一）利用教材內(nèi)容的“空白點”開展課外探究。教材由于篇幅限制或編寫意圖的需要往往留下許多“空白”之處，如果教師能抓住這些“空白點”，會給師生留下了廣闊的課外探究空間。如在“測定電源電動勢和內(nèi)阻”實驗中，安培表的內(nèi)接或外接都會給測量結(jié)果帶來系統(tǒng)誤差。教材僅介紹了安培表內(nèi)接或外接測電阻的系統(tǒng)誤差分析方法，其潛在意圖就是要求學生能借助測電阻的誤差分析方法來分析電動勢和內(nèi)阻的測量誤差，這既是教材留下的“空白點”，又是教材在誤差分析方法拓展運用方面的“延伸點”。為促進學生的課外創(chuàng)新實踐，教學中就可以引導學生分析“電動勢和內(nèi)阻的測量誤差原因”并探究消除測量誤差的測量手段與方法。在誤差分析方面，有的學生可能會依據(jù)電路原理并采用數(shù)學形式進行演變或推理，也可能有的學生會采用圖像方法來對誤差進行定性分析。在探究消除系統(tǒng)誤差方面，學生可能會想到改進電路，也可能引入某個參數(shù)已知的電路元件等。

（二）利用教材實驗的“延伸點”模擬科學探究。挖掘高中物理教材實驗“延伸點”的銜接，將教材實驗進行有效整合，是物理實驗探究教學的有效補充和延伸。如學完牛頓運動定律后，引導學生自主探究水平面上“兩滑塊碰撞是否動量守恒”問題。“動量守恒定律”屬于高二下學期學習的選修內(nèi)容，然而對于現(xiàn)階段的學生來說，無疑是一種真實的探究創(chuàng)新。在啟發(fā)引導方面，教師可以提出“你將設計怎樣的實驗裝置”“在重復實驗中如何獲得相同的初速度”“如何確定碰前初速度和碰后速度大小”“能否依據(jù)牛頓運動定律與運動學規(guī)律來論證系統(tǒng)動量守恒”等問題，用以啟發(fā)并促進學生的探究活動。