淺談基于核心素養的物理課堂教學

葉成貴

摘 要：核心素養是三維目標的繼承與發展，體現了物理學科文化層面的教學，以物理知識為載體，超越對知識的理解，引導學生科學思維，形成物理觀念。本文以閉合電路歐姆定律教學為例，淺談物理觀念、科學思維、科學探究以及科學態度與責任的落實。

關鍵詞：核心素養；課堂教學；物理觀念；科學思維；科學探究 科學態度

2014年3月《教育部關于全面深化課程改革，落實立德樹人根本任務的意見》首次提出了“核心素養”的概念，提出學生發展核心素養體系，明確學生應具備的適應終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力，突出強調個人修養、社會關愛、國家情懷，更加注重自主發展、合作參與、創新實踐[ 1 ]。對物理學科而言，筆者認為物理學科核心素養是“三維目標”繼承與發展。從以知識為中心，到2003年《高中物理課程標準》中提出了物理教學的三維目標，涉及知識，更重知識的形成過程，同時促進學生“情感態度和價值觀”的發展。物理學科核心素養，相對于三維目標而言，提升到“物理觀念、科學思維、實驗探究、科學態度與責任”，體現了物理學科文化層面的教學，以物理知識為載體，超越對知識的理解，引導學生科學思維，形成物理觀念。當學生忘記物理知識本身的之后，還能夠用物理的思維、方法、觀念來解決問題，才是物理學科教育意義之所在。

下面以閉合電路歐姆定律的教學為例，淺談物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度在教學過程中的落實，希望以此來拋磚引玉，共同探討。`

從“三維目標”知識層面上升到物理觀念層面，從基本物理知識、概念、規律、方法在頭腦中的提煉和升華，是課堂教學的任務。在高中學習的過程中要形成經典物質觀念、運動觀念、相互作用觀念以及能量觀念等，并能用以解釋相關物理現象和實際問題。

1 創設情境，形成觀念

1.1 提出問題，引起學生注意

問題1：如圖1所示，采用5路并聯相同燈泡，逐一閉合開關，觀察燈泡亮度變化。

學生或不暇思索，燈泡亮度不發生變化，據初中知識“電源電壓不變”，燈泡亮度不變；有的學生或猶豫不決，不敢作答。

問題2：剛才的預判與結果會不會一致呢？

學生有的肯定、有的疑問、有的好奇，燈泡亮暗有沒有變化，要以事實說話。進行演示時，讓學生觀察電路結構，用新電池組：逐個閉合開關的過程中亮度基本不變，或變化不明顯這與學生前概念基本相吻合。換舊電池組：開關逐個閉合的過程中，燈泡逐步變暗。并且全部開關閉合后，用新電池組時全部燈泡比用舊電池組時亮。

1.2 矛盾沖突，對形成新知識產生興趣與期待

與前概念沖突，從而激發學生的求知欲望，電路不變，只是改變電池的情況下，現象發生改變，那么問題肯定出在電池上。如此導入課堂，引導學生比較發現問題、解決問題，培養學生觀察能力，科學思維能力。

1.3 形成觀念：相互作用觀念，形成全電路觀念，以及相關概念構建

顯然，對電路的解讀上不應該局限于部分電路，應該具有全局觀，明確電路全部要素之間的相互作用。

全電路（即閉合電路）：由電源、用電器、開關、導線等構成完整的電路稱為全電路或閉合電路。閉合電路分為外電路和內電路。

外電路：電源外部的電路叫外電路，對應外電路電阻叫外電阻，用R表示，外路兩端的電壓為外電壓，也就是電源兩極間的電壓，也叫路端電壓。

問題3：長時間使用手機，手機會出現什么情況？（發熱、溫度升高）

問題4：為什么電池會發熱呢？

電池溫度會升高，說明部分電能轉化成了內能，表明內電路也存在電阻，這電阻稱為內阻，用r表示，內電阻上的電壓稱為內電壓。

問題5：閉合電路的電流方向怎么表示？

外電路，電流從正極到負極，即從高電勢到低電勢；內電路，電流從負極到正極，即從低電勢到高電勢。

2 聯合思維，科學探究

從“三維目標”過程與方法上升到物理觀念形成過程中的科學思維與實驗探究，科學思維是物理認識方式，以及科學思維方法的內化；是學生基于事實證據和科學推理的質疑、批判，提出創新性見解的能力品質。 主要包括模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新等要素[ 2 ]。實驗探究是提出物理問題，基于證據的猜想和假設，獲取證據和處理信息，并形成對實驗探究過程和結果進行分析、交流、評估、反思的能力。

從“三維目標”情感態度與價值觀到科學態度與責任，具體落實到正確的態度與責任感，主要包括科學本質，科學態度，STSE等要素。

2.1 基于問題猜想和假設

問題6：在閉合電路中，路端電壓與外電阻之間有什么關系呢？

燈泡變暗，說明燈泡兩端電壓減小；并聯的支路越多，電阻越小。也是基于電路模型進行科學推理、定性分析。

2.2 獲取證據處理信息

實驗裝置介紹：自制簡易等效電源，內阻10Ω，（6V恒壓學生電源和10Ω定值電阻串聯）；電阻箱；電流表。

引導學生進行電路設計，學生基于串并聯電路的特點，以及電流表電壓表改裝，通過思維很容易完成實驗電路設計。師生交流確定方案可行性。

2.3 數據分析科學思維

利用問題串進行科學探究，①電流的變化與外電阻有什么關系？②路端電壓與外電阻什么關系？③隨著外電阻的變化，內電壓又將如何變化？④內電壓與外電壓有什么關系？

形成知識：在靜電場中，只有在電場力做功的情況下，電場力做正功，動能增加，電勢能減少，總能量不變（即E=EK+EP）。那么同樣道理在上述實驗中，外電阻增大，引起外電壓增大，內電壓減小，從數據上看U內+U外基本保持不變，是一恒量。基于數字分析，誤差是一種必然，特別是指針電表誤差將更大，引導學生科學對待，不可一筆帶過“誤差允許范圍”。

物理學中，恒量通常都有特定的物理意義，如電場中某點E=F/q是一常數表征電場本身的性質，對一電容器C=Q/U是一常數表征電容器本身的性質，顯然此處恒量反應電源本身的性質。在物理上，引入新的物理概念電動勢，展示各種型號1.5V干電池，2V蓄電池，3.8V手機鋰電池等，并用電壓表直接進行測量電池兩端的電壓，顯示電壓表數值基本與相應電池上標注電動勢接近。對于農村薄弱校而言，對電動勢概念簡化教學，不予電動勢下定義，明確兩個特征：①電動勢表征電源將其他形式的能轉化為電能的本領，電動勢越大轉化本領越強；②電動勢等于電源沒有接入用電器時兩極間的電壓，可用電壓表直接接電源兩極近似測量，接入電路后，電動勢等于內外電壓之和。

在部分電路中歐姆定律描述這一部分電流、電阻、電壓之間的關系，那么在閉合電路中，這些物理量之間又有什么關系呢？（進行閉合電路歐姆定律的教與學……第二課時從能量角度加以理解加深）

3 交流討論科學認識

用新舊電池情況下，5個燈泡都點亮的時，為什么新電池組對應的燈泡更亮（如圖3），你能否用閉合電路歐姆定律加以解釋？同組之間進行交流討論，并進行匯報。

引導學生從兩個方面交流該問題①新舊電池組對比；②對于舊電池組，開關逐個閉合時，各個小燈泡將會逐步變暗。對于兩種情況的交流討論的過程中，加深對閉合電路歐姆定律的初步理解。對于新舊電池對比的過程中，引導學生認識電池，將化學能轉化為電能的過程中，為不可逆的化學反應，并將使得電池內阻增大，有興趣的學生可以收集相關資料進行論證。強調廢舊電池不能亂扔，易造成鎘中毒，從這個方面也能達到科學態度與責任的滲透。

總之，核心素養的提升，不是告訴學生概念、規律，然后進行刷題就完事，而是在教與學的過程中慢慢形成[ 3 ]。對于知識而言，集中式的訓練刷題，對應試來講容易見成效。而這種方式，學生忘記物理知識之后，剩下的只有物理的恐懼。而在科學思維、科學探究的過程中形成物理觀念，當學生對知識遺忘之后，還會有物理思想方法的影子存在，這才是物理老師的責任。

參考文獻：

[1]樊蘭君. 基于“物理學科核心素養”下的課堂教學思考[J].陜西教育報，2017（1）.

[2]張新華.教學設計視角：關注學生的物理核心素養[J] .物理教學，2016（5）.

[3]林明華.高中物理核心素養的內涵與培養途徑 [J].福建教育研究，2016 （2）.