基于學科核心素養培育的教材解讀與設計優化
——以蘇科版物理“磁體與磁場”為例

梅建芬

(江蘇省常州市武進區湖塘實驗中學,江蘇 常州 213161)

學科核心素養是一種學科內在品質,是在應對現實情境問題時,表現出的解決問題的一種能力．物理學科核心素養是物理課程目標的集中體現,是在物理學習過程中逐步具備的良好的思維品質、掌握的科學探究方法、形成的物理觀念以及養成的科學態度與責任．

教材解讀,是指教師通過教材的認真閱讀,進行細致、精確的分析,從而實現對教材意義準確、透徹的理解和把握．解讀時要求挖掘教材內容的內在價值,保證教學內容的科學性;發現教學內容的知識結構,探索教學內容的設計思路;強化思維訓練,真正形成能力,實現知識遷移．

作為一名一線教師,筆者一直以來最感興趣的是如何設計出這樣一份教學設計:這份教學設計應充分挖掘出教材內含的“教學價值點”,同時這份教學設計在課堂教學的實踐環節中必須也是可行的,是具有把教師的“教學理想”轉化為有效“教學現實”的可行性．所以筆者思考最多的是從教材中挖掘什么?怎么實現?前者把思維引向教材解讀;后者則把思考指向教學達成．筆者以“磁體與磁場”為例,嘗試通過對教材與課程標準的深度解讀，聚焦于學科關鍵能力與核心素養,重視學生的經歷和體驗,重視物理學科核心素養的養成與培育,在此基礎上進行教學流程分析與教學設計的創新突破．

1 教材分析

1.1 教材地位分析

“磁體與磁場”是初中物理電磁學的基礎與啟蒙,本節教材內容包括了磁體的基本性質,磁場的概念和磁感線模型的構建等內容,這些內容既是全章核心,又是貫穿全章的主要線索,為以后電磁聯系的學習活動進行充分準備,所以本節內容既是本單元教學的重點,同時也是高中學習電磁學的重要基礎．

1.2 編寫意圖

磁體與磁場對于初三學生而言是一個即熟悉又陌生概念,熟悉的是學生從小就玩過“吸鐵石”,陌生的是因為學生沒有對其中的知識與原理等進行更深入的探究和學習．因此,如何針對學生對“磁體與磁場”的熟悉而陌生的現狀進行活動的開展和能力的滲透是教材編寫中最重要考慮與滲透的問題．蘇科版教材編寫者對這一方面的思考與處理本身就是一個非常好的教學設計案例.(1) 教材首先通過一代科學巨匠愛因斯坦在他的回憶錄中寫的一個故事引出了磁體與磁場的基本概念,拉近了與學生之間的距離．(2) 教材十分注重學生的親身體驗與感悟,注重概念的建構與知識產生過程,教材安排了3個學生活動:活動1:認識磁體——通過實驗活動認識磁性、磁極、磁極間的相互作用等一些基本磁體的基本概念與性質；活動2:用小磁針探究磁體周圍的磁場——通過探究讓學生認識到磁場是有方向的且周圍各點的磁場方向一般是不同的；活動3:用鐵屑探究磁體周圍的磁場——通過鐵屑磁化為小磁針,提出借助磁感線來描繪磁場．3個活動層層遞進,符合學生從認識磁場到怎樣研究磁場再到如何描述磁場這一認知邏輯,活動2與活動3建立在活動1基礎之上,用小磁針與鐵屑在描述磁場上又優勢互補,從而使學生對磁場有較深刻的認識．教材旨在通過一系列的探究活動讓學生掌握學習科學知識的途徑與方法,同時在探究過程中讓學生體驗科學探究中的艱辛和發現的樂趣．(3) 教材在最后“讀一讀”內容中安排“地磁場”來呼應篇首的小愛因斯坦提出的問題并在“生活·物理·社會”中介紹了中國的四大發明,對學生進行了中華民族文化與愛國主義教育．

1.3 教學目標分析

(1) 知識與技能.知道磁體的基本性質,知道磁體周圍存在磁場;知道磁感線可以用來形象地描述磁場,知道磁場、磁感線方向的規定;知道地球周圍有磁場以及地磁場的南北極．(2) 過程與方法.經歷探究磁體的基本性質,用小磁針和鐵屑來探究“磁場”,用磁感線模型來描述磁場,進一步學習“類比法”、“轉換法”、“理想模型法”等科學思維方法．(3) 情感、態度和價值觀.通過了解我國古代與現代對磁的研究方面取得的成就,對學生進行中華民族文化和愛國主義教育，同時培養學生的團隊合作與探索精神．

1.4 重點、難點及其突破策略

磁場是看不見、摸不著的,如何研究磁場,認識磁場,并讓學生真正理解為什么要構建“磁感線”這一重要的物理模型,是本節教學的重點,也是難點．在教學中可以采用由淺入深,循序漸進的方法設計一系列的探究活動讓學生經歷探究磁場的整個過程,從無形的場到有形的鐵屑的分布,從平面到立體,從具體到抽象,從學生的探究到多媒體的展示,從個體獨立的探究到小組的合作交流,逐層深入,階梯推進,有效突破重點、難點．

2 學情分析

2.1 學習基礎分析

對于簡單的磁現象,學生在小學科學課上已經初步接觸過,在8年級物質的物理屬性中學生也初步了解了磁體具有磁性,另外學生在日常生活中以及用具、玩具中經常看到磁體的應用,例如“指南針”“冰箱貼”“門吸”“磁畫板”等,所以學生對磁并不陌生,這是本節課開展教學的知識起點,但學生由于直接經驗與認知水平的局限,學生對磁現象的了解只停留在表面,獲得的磁現象也是碎片化的,并沒有形成系統的知識結構,更不能從磁場的角度來認識磁現象,這是本節課教師需要關注的學生認知的邏輯起點．

2.2 學習困難分析

概念的抽象性：初中學生是首次接觸“場”這個概念,學生對“場”這種物質形態,看不見,摸不著,缺乏相應的直接經驗與感受,難以理解;方法的綜合性：磁場探究實驗涉及的思想方法比較多,而且實驗的技巧性很強,本節課不僅要教給學生一種將抽象的內容具體化的研究方法,并且要引導學生如何進行探究,如何用規范科學的物理語言描述現象;初中生的認知特點：9年級學生顯著的心理年齡特征主要表現為具有強烈的求知欲,好奇心強,好問,喜歡動手進行實驗,但概括能力與空間想象能力相對還比較欠缺．

3 教學流程分析

本課的教學將按照我校自主學習型課堂建設的要求展開,以教學案為載體,先學后教、先思后導,并堅持“以學生為主體、以思維為主攻、以探究為主線”的教學原則．教師成為學生學習的組織者、引導者、合作者,讓學生在親自動手、動腦、動口參與探究活動的過程中經歷問題的發生、發展和解決過程,給學生足夠的思考、嘗試、交流的時間和空間,讓學生參與熱烈的討論、專心地探究,積極地交流,快樂地分享,在動靜結合中讓學生完成對知識的自我建構，具體如圖1.

圖1 教學流程圖

3.1 自主研讀初步學：任務驅動,嘗試學習

預先設計一份適合學生學情,適合學生自主學習的學案,讓學生根據“學案”有針對性、有選擇性地閱讀教材,了解本節所應用的概念、知識,構建初步的淺層次的知識框架．

鑒于學生對磁體的原有認知和生活中已經積淀的體驗,在學案的設計中把探究磁現象放在了自主學習的重點．學生利用教師提供的實驗器材在課前嘗試完成對磁體的基本性質的實驗探究并完成嘗試解題．在自主學習檢測中設計這樣一題來進行檢測和應用提升:有兩個形狀、大小都一樣的鋼棒,已知一根有磁性一根沒有磁性,請問你能用什么方法進行區分．設計這樣一道情境應用題,可以滿足每個層面學生的應用提升,例如大部分學生一般都會想到通過磁體的吸鐵性或指向性來判斷磁性的有無,也有學生可能會借用已知磁體,用磁體間的相互作用規律來判斷磁性的有無．為了進一步提升學生對磁體基本性質的應用和理解,課堂交流環節可以追問設計更高層次問題:你能否不借助其他器材來判斷這兩根鋼棒中哪一根具有磁性?此問題的解決需要學生綜合應用“磁體磁極部位磁性最強,中間部位磁性最弱”的性質來解決．而由于這個性質比較隱性,在很大程度上需要學生深入分析這種性質下所產生的實驗現象,對學生的思維分析、信息采集辨析能力都有較高要求的訓練和提升．

通過自主研讀學生在課前就能解決力所能及的問題,學在教前,以學定教,使課堂真正做到高效同時又爭取了更多的時間讓學生可以在課堂上充分展示交流,讓學生真正成為學習的主人、發展的主體．

3.2 合作探究深化學：層層探究,升華認知

磁場概念是電磁學的核心概念之一,它對后續知識的學習都有著關鍵性的作用．磁場概念的學習過程,也是一個典型的物理知識的建構過程,其中蘊含著豐富的物理思想與方法，讓學生經歷這個過程,將有助于提高學生的物理素養，所以根據學生的認知規律,筆者將“了解磁文化——感受磁現象——探究磁本質——構建磁模型——應用磁知識”整個教學設計線索貫穿始終,首先從愛因斯坦在他的回憶錄中寫的問題開始,到學生最后能提出更多的問題結束,從最古老的司南到最現代的磁懸浮列車,激勵學生學有所成,回報祖國．設計的目的是想讓學生感悟到對事物有好奇心、對事物的原委的探究的欲望就是一切偉大成就的原動力．

由于學生對磁場的認知和磁場性質的探究才是本節的重點和難點,在磁場探究過程中,筆者將以活動為主線采用“初探磁場、感受磁場→類比遷移、方法啟迪→再探磁場、顯示磁場→合作交流、描繪磁場”的教學流程來突破重難點．

初探磁場、感受磁場:磁場是實實在在存在的,只是它看不見摸不著,學生在平時的生活中很難感受到磁場的存在.為此,為了促使學生對磁場的認知和探究,教學中第1步要讓學生實實在在地體驗磁場的存在．

類比遷移、方法啟迪:在學生已經感受到磁場是實實在在存在的情況下,如何激發學生對磁場探究的思維是關鍵所在．可以啟發學生可以通過有形的紙帶飄動來顯示無形的風,類似地同樣我們可以借助于磁場對小磁針的作用來顯示磁場的存在,在這個過程中,我們一方面用問題啟發學生的思維,激發學生的探究熱情,另一方面可以讓學生再次感受轉換法這一物理思想方法的價值和使用．

再探磁場、顯示磁場:在學生獲知使用小磁針可以來顯示磁場的性質以后,我們的任務就是讓學生用自己的行動和智慧來探究磁體周圍的磁場分布,學生嘗試完成圖2(a)各點小磁針位置的繪制,并建立磁場是有方向的,而且磁場各點的磁場方向一般不同的認知．在完成小磁針初步探究條形磁體磁場分布的活動以后,需要進一步激發學生對磁體磁場的深入了解,并學會用物理術語來描述磁場,而這個環節是學生能力提升的關鍵之處．教師可以追問沒有放小磁針的地方是不是沒有磁場?如果想知道該怎么辦?小磁針體積這么大,放的位置是有限的,在這樣的情況下,我們該怎么辦呢?教師把這個思維困惑還原給學生,而學生也針對小磁針過大的缺陷進行思考和改進,學生會很快想起一開始所做的磁化實驗,借此想到利用磁化后的鐵屑來進一步探究磁體周圍的磁場分布，如圖2(b)、(c)．在這一過程中學生經歷了思維困惑的呈現、建構知識的應用和對比、思維深度和廣度的擴展,最終激發了思維困惑的解決,而且每個學生都會非常樂意參與到實驗的再次探究之中,最終獲知如圖2所示的探究成果圖．

合作交流、描繪磁場:在以上探究的基礎上我們需要進一步激發學生對圖像的分析和思考,引領學生通過建模法來用假想的曲線來描述磁場的分布．這兒可以組織學生討論交流,召開磁場發布會,教師引導學生來評價方案、優化方案,在全班學生充分交流討論的基礎上整合形成對磁場有方向有強弱的認識,磁模型的構建也水到渠成．投影動畫強調磁感線的特征(假想、疏密、方向)．教師演示立體磁感線模型板上的小磁針在磁體周圍空間排隊,讓學生了解磁場空間性，如圖3(a)．

3.3 檢測總結鞏固學：總結反思,內化提升

一般在這個環節,應該讓學生練習幾個題目鞏固基本知識,但筆者認為針對這節課,題目的練習并不重要．學科知識、思想方法和能力是物理教學的3大要素,而思想方法則是物理教學的精髓和靈魂．物理教學的目的是豐富學生的智慧,學生的智慧集中表現在對物理思想方法的深刻領悟和自覺運用上．所以在這個環節可以讓學生總結反思認識磁場、描繪磁場的過程與方法,然后教師在學生認知的情況下進行精講點撥內化提升:從把1個小磁針放在磁場中幾個不同的位置北極指向不同知道磁場是有方向的→借助更多的小磁針,從面上了解了磁場的分布情況→借助于立體的磁感線模型知道磁場的分布是一個空間的概念→從點到線到面到體,看不見又摸不著的磁場逐步清晰明了,露出了磁場真面目→在此基礎上從復雜的現象中又可以抽象出最本質的磁感線模型來形象地描繪磁場的方向及其分布(如圖2)．其實這就是研究物理問題的方法,從簡單到復雜再到簡單,我們不僅可以用這樣的方法來研究條形磁體的磁場，也可以用同樣的方法研究蹄形磁體、異名磁極、同名磁極的磁場．通過這個環節使學生的實踐應用能力得到訓練和提升,學生的動手操作能力也得到訓練和發展,最為關鍵的是,學生的物理建模思想能得到激發和應用.

最后可以對應本節課的目標,組織學生對本節學習進行小結,請學生談一談:“從最古老的司南到磁懸浮列車,你有什么收獲?”“磁還有哪些應用”“你還想探究哪些新的問題?”

3.4 學科領跑提升學:課后探究，拓展延伸

設置課后探究,使“課堂留味”,以收“課雖停而思未止”之效．

探究1.在神舟5號載人飛船成功巡天之后,華夏兒女的下一個目標是登上月球,關于月球上的物理現象和規律,同學們提出了很多問題和猜想,如果要研究月球周圍的磁場,你打算研究哪些問題?你的猜想是什么?如何進行研究?

探究2.學完了電現象與磁現象這兩種現象后,請嘗試找出這兩種現象之間的聯系,深入思考一下,也許你會有新的發現.

圖2 條形磁體磁場模型構建示意圖

4 兩點思考

4.1 教學設計要基于教材解讀指向教學達成

教學設計與教材解讀兩者相輔相成,解讀是設計的基礎與前提,一份好的教學設計依賴于準確、到位的教材解讀．優秀的教學設計是有效課堂教學的基本前提,它體現了設計者對教材的獨立解讀,對教育的獨特理解,對學生認知規律的準確把握．把握了教材設計意圖,就可以靈活地根據教材特點選擇適合的教學策略來實施教學.這樣的策略一定是打破常規的、程序化的策略,一定是基于學生問題有利于學生激發興趣,發揮其主動性的策略,一定是有利于提高教學效果的策略．教師的導學、引問、啟疑、傳知等策略,都要讓學生真切地感覺到:這一切純粹是出于他們“自我發展的需要”而非教師“單方面教的要求”．唯有大雪無痕,才能潤物細無聲．

本節課,筆者基于這樣的認識確定了本節課的實施策略:首先從正在舉行的物理科技節的元素引導學生探索電與磁之間的聯系,再通過磁控開關來控制電路把前面所學的知識與即將探究的建立一種聯系,打開一個通道,設計的目的是想讓學生感悟到對事物有好奇心、對事物的原委有探究的欲望,這是一切偉大成就的原動力;其次在整個教學過程中將“感受磁現象——探究磁本質——構建磁模型——應用磁知識”整個思維貫穿始終．從點到線到面到體,磁場的真面目逐漸水落石出,這樣的設計,學生一定會想和磁場繼續“約會”,繼續探究的.

4.2 課堂教學要基于問題實際指向學生素養提升

學科知識、思想方法和能力是物理教學的3大要素,而思想方法則是物理教學的精髓和靈魂．通過對教材與課程標準的深度解讀,筆者把思考的重點開始聚焦于本節課最有價值的一點:重視學生的經歷和體驗,重視物理學科的核心素養的養成．物理教學的目的是豐富學生的智慧,學生的智慧集中表現在對物理思想方法的深刻領悟和自覺運用上．基于這一認識,教學重點放在學生自主探究磁體的基本性質,磁場的顯示與描述等問題探究上,讓學生經歷淺顯的感覺、知覺、表象的感性認識到需要深入判斷、推理、建模的理性思維,讓學生抽絲剝繭,抓住事物的本質,將活動背后的思維的經歷與體驗貫穿于教學始終．從現象到本質，到模型的建構，到方法的應用,其實這就是研究物理問題的方法,通過這樣的問題設計使學生的實踐應用能力得到訓練和提升,最為關鍵的是,學生的物理建模思想能得到激發和應用,同時也啟迪學生向物理學習的智慧深處行走．