淺析物理核心素養在新課教學中的指導作用

周雷

摘 要：從新課教學的理論和實踐角度，圍繞物理核心素養培養展開分析，首先提出設置教學情境培養學生批判性思維，其次展望了新技術背景下利用AR等技術進行創新性、探索性實驗的情況，認為其對于學生學習興趣、動手能力、創新能力提升以及教育公平具有巨大作用，最后闡述科學態度與責任培養的重要意義。

關鍵詞：新課教學;物理核心素養;增強現實技術

新授課是物理教學中的重要課型。傳統教學形式主要分為：教師講授型和學生自學型。教師主講，學生被動接受，再精彩也無法增強學生主動參與的樂趣，長此以往學生必然喪失主動學習的積極性。這也可以解釋很多教師的困惑：明明我把主動權還給學生，為什么他們都不參與或者不樂于參與呢？學生自學，確實能增強部分學生的自學能力，不過更多的學生會在遇到學習困難和困惑時找不到方向，逐漸喪失學習興趣。物理核心素養是本次物理課程標準修訂時提出的新概念，其四個要素深得物理教師普遍認同。對物理核心素養的理解也使筆者對物理教學中的新授課教學有一些新的想法。

一、冰，水為之而寒于水

高中物理教學中的新授課知識對學生來說雖然是新的，但不是陌生的。物理新知識以學生認知為基礎，進行知識、能力等方面的提升或者遷移。對于那些簡單、易懂的知識，很多教師都是一帶而過或者讓學生自己看。例如：運動學一開始就會講到“參考系”這一概念。無論是教師還是學生都認為這一知識在初中已經學習過，無須再講。不從學生掌握層面來看，僅從物理核心素養中的科學思維的培養層面來看，沒有質疑、批判的思維能力，學生的物理學習能力如何得以提高？

是否可以這樣：當講到這里時停一停，問一問“這里和初中學過的知識的名字不一樣，是不是有什么原因呢？”“我們初中學習到的知識主要是簡單的直線運動，如果是較復雜的運動，比如地球圍繞太陽轉，再比如有一種衛星被稱為地球同步衛星（可以提問知道的學生或者簡單介紹同步衛星的特點），大家站在中心的位置來看，到底物體運動了嗎？怎么運動？”然后讓學生思一思、議一議、悟一悟。相信僅通過簡單的討論和對答，就會讓學生明白參照物是參考系的簡單說法，也會明確高中物理所研究的問題比初中復雜，思考問題需要謹慎和全面。這些活動不會占用太多課堂時間，但是，這樣的教學中必然會使剛剛升入高中的學生對初、高中物理學習產生新的認識，對于培養高中生質疑、批判、檢驗和修正的思維方式絕對有潛移默化之功效。

二、君子生非異也，善假于物也（借助生活實物進行教學）

高中物理新授課以概念的形成、規律的掌握為教學主體。這些教學過程恰恰是物理核心素養中“物理觀念”培養的重要途徑。學生只有形成了正確的物理觀念，才能準確認識概念，把握運動與相互作用的關系。概念和規律的學習過程，對初學者來說基本都是一種抽象的想象過程。針對這一情況，物理教師如果在教學過程中將物理概念具體化，將對學生的學習過程產生深遠的影響。雖然，傳統教育中的實驗、現代教育中的課件、視頻等會對學生理解相關的概念產生積極的作用，但是，作為教師，能否用身邊常見的物品，多次使用幫助學生具體化抽象的概念？能否用常發生的行為具體化抽象的規律？相信這樣更容易加深學生課堂體會。

我在講解“質點”“點電荷”等概念時，都會拿出一個乒乓球來說事;講解追及和相遇問題時都會拿出兩個乒乓球來模擬;甚至講圓周運動，講帶電粒子在電場、磁場作用下的運動，都會拿出乒乓球來讓學生感受。長此以往，甚至有學生說我教的物理是“球學”，我一笑置之。不過，我心里卻樂開了花，因為這說明，學生學會了假借實物來思考抽象，借助實物來模擬。講牛頓第二定律時，我會讓學生急跑和急停來感受力的本質。在游戲中，學生很容易明白力和運動的關系，這樣的感受要比理論分析來得更直觀，來得也更深刻。

物理是新技術產生發展的重要源動力之一，新技術同樣對物理進步產生重要推動作用。有的實驗是無法進行實物體驗或者即時體驗的，比如自由落體、圓周運動的過山車等，如何在課堂展開呢？我想到了現在新興的VR技術，能否把它引入課堂呢？

目前我們處在以人工智能、AR、MR、新材料、新能源為標志性技術的時代，新技術新思維快速滲透進社會的各個領域，牛曉杰、徐雪迎、程露、柳昌灝以高中物理單縫衍射實驗為例，介紹了北京師范大學“VR/AR+教育”實驗室基于增強現實技術開發的一款交互式高中物理光學衍射應用程序并且對AR技術在課堂教學中的應用進行了討論與展望[1]。阿巖松、高志軍探討根據不同的教學內容適用類型，以初中物理凸透鏡的成像原理為例，展開從內容開發到教學策略以及教學效果分析等探究[2]。我們可以依托AR等技術對物理實驗進行創新。

可見目前和未來一段時間內，應該是以AR和VR技術對物理實驗進行補充教學。

AR和VR教學具有以下優點：

（1）能夠創設逼真的教學實驗環境，突破教師口授，學生腦補的教學現狀，能夠真實地創建宇宙類宏觀的教學環境，也能讓學生領略量子世界，能穿越時間，也能跨越空間，能體驗極為昂貴的教學設備，也能體會極為危險的實驗環境，虛擬現實和實際完美融合，將抽象的概念形象展示，這將極大地激發學生的學習興趣，激發學生探索的動力，創設完美的教學環境。國外的學者對此做了一些研究，比如FrédéricP.A.Vogt，LukeJ.Shingles在《天體物理學中的增強現實應用》一文中指出了增強現實技術在天體物理學中的應用。

（2）創建虛擬實驗平臺，物理實驗規范性、系統性將得到極大的提高，同時降低實驗費用，降低教師的實驗工作量，教師的重心將放在如何設計和指導學生實驗上。大量的教學設備不需要實物，避免了教學實驗儀器的購買、磨損、丟失、損壞、更新換代等問題，只需要更新軟件就可以了。偏遠地區的學生能夠獲得最好的教學資源，促進了教育公平。

針對未來的AR教學，我也設想了一些實驗場景，比如在磁感線教學中，將磁感線在虛擬空間展示出來[3]，讓學生直觀地看到磁感線。將放射性、爆炸性的實驗讓學生在增強現實中做一遍，有驚無險卻極為刺激，學生大呼過癮，這樣的效果應該是口授或者單純觀看都無法達到的。同樣可以利用增強現實帶學生去瑞士日內瓦體驗大型強子對撞器（LargeHadronCollider，LHC），到對撞機內部進行虛擬參觀，觀看粒子對撞產生的絢麗圖景。學生可以將機械裝置親自動手拆解和組裝，對提升學生的動手能力，提升學生的創造性思維有極大幫助。當然這些想法只是空想，沒有實際實現，但是我認為對于推動物理的教學有啟發意義。

三、肉腐出蟲，魚枯生蠹

對規律的探究也深植于高中物理新授課中。國際科學教育研究領域有不少研究者都做了“因果關系”的研究，得到學生傾向于從有“因果關系”的變量開始探究的結論[4]。

學習自由落體運動是對理論中的運動和生活中的運動進行探究。學生學習這部分內容時，不可避免要接觸到物理歷史的演變，理解理論物理和生活之間的關系。不過，無論是教師，還是學生，對于科學探究的認知，還停留在很淺顯的片面思考上。教師認為，教過了就行，學生也認為知道了就行，真的嗎？仔細觀察物理核心素養中的“科學探究”，你會發現科學探究是一個完整的探索研究的過程，包括探究過程和對結果的交流、評估和反思。

教學自由落體運動時，如果提出讓學生演示生活中的落體運動，學生主體將進入科學探究過程。教師再適時提問加以引導，比如：兩張紙片落得一樣嗎？怎么讓它們一樣？學生會將紙片團成紙團。教師再引導：紙團和紙片下落快慢的影響因素是什么？能消除這種影響嗎？消除影響后你會看到什么樣的現象呢？（接著展示牛頓管和抽氣機的組合作用）在一問一答中，重演科學的探索之路，學生在學習過程中必然伴隨著積極的思考，因為誰都想得到“因果關系”的結論。所以，我認為自由落體運動的學習，不妨慢一步，讓學生更好地體會探究的過程，相信不少學生會感受物理的魅力，從而走上科學探索之路[5]。

高中物理教學中的新授課是高中物理教學中的重要組成部分。課改的結晶是物理教育教學的指導，努力鉆研，吃透課改精神，明確物理核心素養在高中物理新授課教學中的指導作用，必然會提升自己，造福學生！

參考文獻：

[1]蔡蘇，牛曉杰，徐雪迎，等.交互式AR單縫衍射實驗：增強現實（AR）在K-12教育的實證案例之九[J].中小學信息技術教育，2018（9）.

[2]阿巖松，高志軍.VR在初中物理實驗中的設計與應用研究：以初中物理凸透鏡的成像原理為例[J].信息技術與信息化，2018（8）.

[3]薛洪濤，王增旭，毛巍威，等.基于3D虛擬現實技術在物理實驗教學中的應用[J].科技創新導報，2018（19）.

[4]郭玉英，姚建欣，張玉峰，等.基于學生核心素養的物理學科能力研究[M].北京：北京師范大學出版社，2018：106.

[5]劉子晗.探索性物理實驗的嘗試[J].科技風，2018（34）.

編輯 張佳琪