核心素養(yǎng)背景下學(xué)生物理觀念的培養(yǎng)

曹 燕

(江蘇省南通大學(xué)附屬中學(xué) 226001)

在眾多物理學(xué)家的眼中，數(shù)學(xué)公式和相關(guān)定義，這些都是物理觀念的一種表達(dá)和演繹，觀念本身才是物理探究最核心、最本質(zhì)的東西，而這些也正是學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中最值得感悟的.物理觀念作為核心素養(yǎng)的一項(xiàng)重要組成，需要教師在教學(xué)過(guò)程中著力培養(yǎng)，以下是筆者在教學(xué)中的分析和思考.

一、運(yùn)用學(xué)史教學(xué)，讓學(xué)生感悟物理觀念的價(jià)值

教學(xué)過(guò)程中，為了幫助學(xué)生跳出繁雜的概念和規(guī)律，讓學(xué)生站立在整體知識(shí)的框架下，對(duì)物理知識(shí)進(jìn)行研究，深度領(lǐng)會(huì)物理觀念的價(jià)值，一種有效的手段就是借助物理學(xué)史來(lái)進(jìn)行教學(xué).

在物理學(xué)發(fā)展歷程中，科學(xué)家面對(duì)紛繁復(fù)雜的物理現(xiàn)象，以卓越的智慧來(lái)分析和研究問(wèn)題，并提出具有革命性的理念，這期間就包括物理觀念的使用.在課堂上，教師引導(dǎo)學(xué)生研究物理學(xué)史，讓學(xué)生在史料分析中回溯知識(shí)的發(fā)展歷程，這樣的處理有助于學(xué)生更加深刻地領(lǐng)會(huì)知識(shí)的真諦，當(dāng)然也能讓學(xué)生明確物理觀念的價(jià)值.比如在指導(dǎo)學(xué)生研究開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律時(shí)，我們都會(huì)從“日心說(shuō)”和“地心說(shuō)”的爭(zhēng)論出發(fā)，指導(dǎo)學(xué)生辨析相關(guān)理論產(chǎn)生的緣由，從而明確這其實(shí)正是新觀念戰(zhàn)勝舊觀念的歷史，也正是新觀念的驅(qū)動(dòng)才迎來(lái)了革命性的突破和發(fā)展.當(dāng)開(kāi)普勒研究行星的軌道特點(diǎn)時(shí)，他也面臨一個(gè)傳統(tǒng)觀念的束縛，即當(dāng)時(shí)的主流科學(xué)家都認(rèn)為天體運(yùn)動(dòng)的軌道應(yīng)該是最完美的圓，然而這一理論卻和天文觀測(cè)的結(jié)果存在偏差，開(kāi)普勒革命性地提出橢圓軌道的觀點(diǎn)，最終讓相關(guān)數(shù)據(jù)與理論完美的吻合，這既是對(duì)傳統(tǒng)觀念的突破，實(shí)際上也是對(duì)物理觀念的尊重，即只有符合實(shí)踐的理論才是正確的理論.這類(lèi)情況在物理學(xué)史上還有很多，比如有關(guān)黑體輻射的研究，很多科學(xué)家都嘗試著對(duì)黑體輻射的規(guī)律進(jìn)行解釋?zhuān)嵌紱](méi)有成功，普朗克創(chuàng)造性地提出“能量子”的觀點(diǎn)，很好地解釋了相關(guān)理論，雖然即便他本人對(duì)這樣的解釋也很是懷疑，但是理論與實(shí)踐符合的基本觀念讓“能量子”的相關(guān)理論被確立下來(lái)，這也成為量子力學(xué)的奠基石.

借助物理學(xué)史來(lái)指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)，就是讓學(xué)生感悟科學(xué)家研究過(guò)程中的科學(xué)方法和相關(guān)思想，這也包括物理觀念的使用，相關(guān)思想延續(xù)下去，這必然會(huì)促使學(xué)生對(duì)方法形成更加深刻的領(lǐng)悟，學(xué)生的思維也將得到拓展，同時(shí)他們?cè)诮鉀Q問(wèn)題時(shí)也將自發(fā)地使用各種方法、思想和觀念，這必然也將有助于學(xué)生能力的提升.

二、結(jié)合物理觀念分析問(wèn)題，提升學(xué)習(xí)效率

高中物理的問(wèn)題分析很講究方法性和思想性，很多概念性的問(wèn)題需要學(xué)生結(jié)合物理觀念來(lái)理解，這樣的操作可以提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，某些問(wèn)題的處理則需要學(xué)生用物理觀念來(lái)分析，這樣也可以提升學(xué)生問(wèn)題分析的效率.

比如在指導(dǎo)學(xué)生研究豎直上拋運(yùn)動(dòng)時(shí)，學(xué)生可以結(jié)合速度時(shí)間圖象以及相應(yīng)的公式計(jì)算明確豎直上拋運(yùn)動(dòng)具有對(duì)稱(chēng)性，即物體上升過(guò)程中經(jīng)過(guò)某一點(diǎn)的速度與回落過(guò)程中經(jīng)過(guò)某一點(diǎn)的速度大小是相等的.如果教學(xué)中，教師僅止于讓學(xué)生結(jié)合數(shù)學(xué)演算來(lái)明確這一認(rèn)識(shí)，一切都將顯得非常單薄，如果能適當(dāng)穿插能量的觀念，學(xué)生的理解將更加順暢，雖然豎直上拋問(wèn)題的研究一般發(fā)生在高一第一學(xué)期，這一階段的學(xué)生還沒(méi)有學(xué)習(xí)動(dòng)能定理和機(jī)械能守恒定律，但是這并不意味著學(xué)生沒(méi)有任何能量觀念的基礎(chǔ).學(xué)生在初中階段已經(jīng)接觸過(guò)動(dòng)能和勢(shì)能的概念，也有關(guān)于能量守恒定律的認(rèn)知基礎(chǔ)，因此在教學(xué)過(guò)程中教師完全可以讓學(xué)生分析物體在豎直上拋運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的能量特點(diǎn)，相關(guān)描述不一定多么細(xì)致，但是必然要涉及到這樣的關(guān)鍵點(diǎn)：物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中能量守恒，當(dāng)其途經(jīng)同一個(gè)點(diǎn)時(shí)，應(yīng)該有相等的重力勢(shì)能，動(dòng)能也應(yīng)該相等，所以物體的運(yùn)動(dòng)快慢應(yīng)該具有對(duì)稱(chēng)性.

在學(xué)生學(xué)習(xí)運(yùn)動(dòng)學(xué)的時(shí)候就將能量觀念滲透在其中，有助于學(xué)生對(duì)物體的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)形成更加生動(dòng)而形象的認(rèn)識(shí)，學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握也將更加穩(wěn)固.同樣是能量觀念，它對(duì)學(xué)生理解某些疑難問(wèn)題也非常有效，比如有這樣一個(gè)問(wèn)題：人豎直向上跳起的過(guò)程中，地面的支持力對(duì)人做功了嗎？從概念的角度來(lái)理解，教師一般會(huì)引導(dǎo)學(xué)生這樣來(lái)解釋?zhuān)鹤龉τ?jì)算式中的位移對(duì)應(yīng)的是力作用點(diǎn)的位移，而在人跳起過(guò)程中，地面支持力的作用點(diǎn)位于地和人的接觸面上，這個(gè)點(diǎn)在人跳起的過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生移動(dòng)，因此地面的支持力不做功.這樣的描述略顯蒼白，學(xué)生對(duì)此類(lèi)概念的表述很難吃透，如果采用能量的觀念來(lái)分析就可以讓學(xué)生產(chǎn)生更加透徹的理解：功是能量轉(zhuǎn)化的量度，某力對(duì)物體做正功則對(duì)應(yīng)著一種能量的注入，某力對(duì)物體做負(fù)功則對(duì)應(yīng)著能量的消耗，在人從地面跳起的過(guò)程中，地面是否提供了能量給人體呢？學(xué)生給出否定的答案，這時(shí)他們也將認(rèn)識(shí)到地面沒(méi)有給人做功.教師順勢(shì)進(jìn)行說(shuō)明：人在起跳的過(guò)程中，主要是自身的化學(xué)能向機(jī)械能轉(zhuǎn)化，而做功應(yīng)該是人體各關(guān)節(jié)、肌肉之間的相互作用，相關(guān)補(bǔ)充將讓學(xué)生對(duì)概念形成更加有效的把握.

三、強(qiáng)化知識(shí)理解，促使學(xué)生形成觀念

物理觀念不等同與物理知識(shí)，但是物理知識(shí)卻孕育著物理觀念，尤其是一些基礎(chǔ)性的知識(shí)和理論，其中富含著物理觀念，學(xué)生對(duì)物理知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)和理解的過(guò)程，恰恰也正是自己體會(huì)物理觀念的過(guò)程.

比如有關(guān)萬(wàn)有引力定律的建立，這可不是像“蘋(píng)果下落的故事”那么簡(jiǎn)單，如果沒(méi)有牛頓超凡的智慧以及嚴(yán)格的推理，一切都是空談.指導(dǎo)學(xué)生研究萬(wàn)有引力定律，我們一般會(huì)循著這樣的次序來(lái)教學(xué)，首先是結(jié)合圓周運(yùn)動(dòng)以及牛頓力學(xué)的基本公式，完成太陽(yáng)和行星之間吸引力關(guān)系的研究，然后就是牛頓提出的觀點(diǎn)：地球與地表物體之間的力也滿(mǎn)足類(lèi)似的特點(diǎn).如何來(lái)證實(shí)這一觀點(diǎn)呢？這就是著名的地月檢驗(yàn)，即將地表物體的下落和月球的圓周運(yùn)動(dòng)拿過(guò)來(lái)比較，地表物體下落的加速度和月球圍繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)的向心加速度之間存在3600倍的關(guān)系，牛頓結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)確立了這一事實(shí)，從而證實(shí)自己的觀點(diǎn)，但是研究并沒(méi)有就此終結(jié)，牛頓將視線(xiàn)投向自然界兩個(gè)物體之間，創(chuàng)造性地提出：自然界任何兩個(gè)物體之間都存在著引力的作用，并給出萬(wàn)有引力定律.

在牛頓所處的時(shí)代，他沒(méi)有任何手段來(lái)證實(shí)該理論的成立，但正是在物理觀念的指引下，他建立了這一偉大的理論.在學(xué)習(xí)過(guò)程中，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合知識(shí)學(xué)習(xí)來(lái)領(lǐng)悟物理觀念是非常有意義的嘗試.