初中物理學(xué)科關(guān)鍵能力培養(yǎng)方略

顧文權(quán)

摘要：學(xué)科核心素養(yǎng)是一種內(nèi)在品質(zhì)，在應(yīng)對(duì)現(xiàn)實(shí)情境時(shí)表現(xiàn)為解決問(wèn)題的能力，即學(xué)科關(guān)鍵能力。對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，學(xué)科關(guān)鍵能力是在其經(jīng)歷學(xué)科學(xué)習(xí)的過(guò)程中逐步形成的，是適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備能力。以《壓強(qiáng)》一課為例，闡述培養(yǎng)物理學(xué)科關(guān)鍵能力的教學(xué)策略：從表象中提取本質(zhì)特征，發(fā)展概括理解能力;設(shè)計(jì)與評(píng)估，發(fā)展實(shí)驗(yàn)探究能力;分析與解釋，提升實(shí)踐應(yīng)用能力;解決問(wèn)題，提升求實(shí)創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：初中物理 學(xué)科關(guān)鍵能力 教學(xué)策略 壓強(qiáng)

學(xué)科核心素養(yǎng)是一種內(nèi)在品質(zhì)，在應(yīng)對(duì)現(xiàn)實(shí)情境時(shí)表現(xiàn)為解決問(wèn)題的能力，即學(xué)科關(guān)鍵能力。對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，學(xué)科關(guān)鍵能力是在其經(jīng)歷學(xué)科學(xué)習(xí)的過(guò)程中逐步形成的，是適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備能力。江蘇省于2015年啟動(dòng)了“義務(wù)教育學(xué)科核心素養(yǎng)與關(guān)鍵能力研究”項(xiàng)目，將初中物理學(xué)科關(guān)鍵能力分解為概括理解、實(shí)驗(yàn)探究、實(shí)踐應(yīng)用和求實(shí)創(chuàng)新四個(gè)方面。下面以蘇科版初中物理八年級(jí)下冊(cè)《壓強(qiáng)》一課為例，闡釋筆者關(guān)于初中物理學(xué)科關(guān)鍵能力培養(yǎng)的思考與實(shí)踐。

一、從表象中提取本質(zhì)特征，發(fā)展概括理解能力

（一）發(fā)展概括能力

為了探索和揭示復(fù)雜物理現(xiàn)象的本質(zhì)規(guī)律，必須根據(jù)研究對(duì)象或問(wèn)題的特點(diǎn)，在觀察的基礎(chǔ)上，對(duì)主要的、本質(zhì)的因素進(jìn)行考察研究，抽象其共同的、本質(zhì)的屬性，這正是物理概念的形成過(guò)程。而這一形成過(guò)程，有賴于大量事實(shí)所構(gòu)筑的科學(xué)情境，以幫助學(xué)生聚合離散的知識(shí)與技能，并揭示與內(nèi)容相關(guān)的概念。

本節(jié)課，筆者提供了三種不同的場(chǎng)景，要求學(xué)生畫(huà)出“運(yùn)動(dòng)員對(duì)平衡木的作用力”（如圖1）、“錘子對(duì)釘子的作用力”（如圖2）、“斜面上的物體對(duì)斜面的作用力”（如圖3），并思考它們的共同特征。三個(gè)力產(chǎn)生的原因各不相同，有的由重力引起，有的由敲擊產(chǎn)生，但這些都只是表象。筆者引導(dǎo)學(xué)生回到力的三要素（大小、方向、作用點(diǎn)）上審視，歸納發(fā)現(xiàn)：這三個(gè)力的共同點(diǎn)是都垂直作用于物體間的接觸面，并指向受壓物體。這種力給它一個(gè)名稱叫“壓力”。此概念中的“垂直作用于物體間的接觸面”“指向受壓物體”，都是學(xué)生對(duì)事實(shí)歸納形成的本質(zhì)特征，這樣得出“壓力”的概念是基于學(xué)生概括的，是科學(xué)的。

（二）發(fā)展理解能力

在教學(xué)過(guò)程中，教師需注意引導(dǎo)學(xué)生對(duì)相似的概念、規(guī)律進(jìn)行辨析比較，以使學(xué)生深刻地理解物理概念的內(nèi)涵和外延、物理規(guī)律的適用條件和適用范圍，從而真正掌握物理知識(shí)。

為了進(jìn)一步認(rèn)識(shí)壓力，需要與重力加以比較、辨析。本節(jié)課，筆者引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)觀察舉出反例和正例：圖2中鐵釘對(duì)墻壁的壓力就與鐵釘所受的重力無(wú)關(guān);斜面上的物體對(duì)斜面的壓力也不等于其重力（如圖3）;而通過(guò)二力平衡、相互作用可以推知，只有靜止在水平面上的物體對(duì)水平面的壓力等于重力（如圖1）。

從“壓力”概念發(fā)展到“壓強(qiáng)”概念有較大的躍遷，也可以在比較與辨析中達(dá)成目標(biāo)。如下頁(yè)表1所示，分別將磚塊按（1）（2）（3）三種方式擺放，它們對(duì)水平面的壓力相等嗎？將它們放置在鋪滿軟泥的水平面，軟泥形變的程度相同嗎？這說(shuō)明了什么？學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象后思考發(fā)現(xiàn)：（1）（2）壓力相同，（3）壓力最大;（2）（3）下方的軟泥形變程度比較接近，（1）下方的軟泥形變程度最小。得到結(jié)論：壓力大時(shí)，壓力的作用效果不一定大，還與受力面積有關(guān)。筆者進(jìn)一步提問(wèn)：沒(méi)有軟泥，能比較壓力的作用效果嗎？引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)類比速度概念，換算成單位受力面積所受的壓力或者單位壓力所占的受力面積來(lái)比較，即用比值法來(lái)定義壓強(qiáng)。經(jīng)歷“壓強(qiáng)”概念的建立過(guò)程后，學(xué)生對(duì)壓強(qiáng)、壓力的區(qū)別會(huì)有更深的認(rèn)識(shí)，同時(shí)感受到壓強(qiáng)是比壓力更大的概念，盡管它更抽象，但它能更深刻地描述壓力的作用效果。

二、設(shè)計(jì)與評(píng)估，發(fā)展實(shí)驗(yàn)探究能力

實(shí)驗(yàn)探究是人們了解自然、獲得科學(xué)知識(shí)的主要方法，也是提出科學(xué)問(wèn)題，形成猜想和假設(shè)，獲取和處理信息，基于證據(jù)得出結(jié)論并做出解釋，以及對(duì)科學(xué)探究過(guò)程和結(jié)果進(jìn)行交流、評(píng)估、反思的能力。

本節(jié)課探究的是“壓力作用效果與哪些因素有關(guān)”。首先，體驗(yàn)“指、掌頂（壓）球”（如圖4）和“雙指壓筆”（如圖5）的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生很容易發(fā)現(xiàn)壓力的作用效果是不同的。與什么有關(guān)呢？問(wèn)題自然就提出來(lái)了。隨后通過(guò)增加力度以及“指與掌”“筆尖與筆尾”的對(duì)比，猜想壓力的作用效果可能與壓力大小和受力面積大小有關(guān)。

在“設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)”階段，通過(guò)提供多樣化的探究器材供學(xué)生選擇，來(lái)增進(jìn)學(xué)生對(duì)探究的理解。本環(huán)節(jié)的教學(xué)活動(dòng)體現(xiàn)一定的開(kāi)放性，學(xué)生自行選擇器材設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并操作驗(yàn)證，最后面向全班匯報(bào)探究過(guò)程與結(jié)論。學(xué)生匯報(bào)時(shí)，圍繞以下三個(gè)問(wèn)題：選什么器材作為受壓表面？怎樣改變壓力（或受力面積）？根據(jù)現(xiàn)象得出的結(jié)論是什么？同一方案不重復(fù)匯報(bào)，鼓勵(lì)學(xué)生有創(chuàng)新設(shè)計(jì)。學(xué)生匯報(bào)中，如果方案不嚴(yán)謹(jǐn)，可由組內(nèi)成員補(bǔ)充完善，或由其他小組做出點(diǎn)評(píng)。

為了加深學(xué)生對(duì)控制變量的理解，可以設(shè)計(jì)以下活動(dòng)評(píng)估實(shí)驗(yàn)方案：

評(píng)估1——某小組選擇了大小不同的兩個(gè)木塊，平放在海綿上，發(fā)現(xiàn)形變程度幾乎相同，由此說(shuō)明壓力的作用效果與受力面積無(wú)關(guān)，你對(duì)此做何評(píng)價(jià)？（不正確，因?yàn)闆](méi)有控制壓力大小相等，同時(shí)有兩個(gè)變量。）

評(píng)估2——某小組將同一物塊先后壓在海綿表面、木板表面，發(fā)現(xiàn)形變程度不同，由此得出壓力的作用效果與受壓材料有關(guān)，你對(duì)此做何評(píng)價(jià)？（不正確，應(yīng)選同一物體作為研究對(duì)象，觀察壓力對(duì)它的作用效果。）

上述實(shí)驗(yàn)探究側(cè)重于“實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)”和“實(shí)驗(yàn)評(píng)估”，鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑O(shè)計(jì)出多種實(shí)驗(yàn)方案，并評(píng)估其合理性。在其他實(shí)驗(yàn)中，可以根據(jù)需要側(cè)重于實(shí)驗(yàn)探究的其他要素。日積月累，可以幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)探究能力的整體提升。

三、分析與解釋，提升實(shí)踐應(yīng)用能力

實(shí)踐應(yīng)用是在應(yīng)用物理知識(shí)解釋自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問(wèn)題中表現(xiàn)出來(lái)的能力。教師要善于利用物理教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生解釋現(xiàn)象、解決問(wèn)題的良好習(xí)慣——分清楚概念，弄明白對(duì)象，思維要有邏輯，步驟要有條理，說(shuō)話要有證據(jù)……這些意識(shí)和習(xí)慣是提升實(shí)踐應(yīng)用能力的基石。

本節(jié)課，筆者先出示冰面救援的情境，讓學(xué)生思考救援方案：考慮到冰面能承受的壓強(qiáng)有限，應(yīng)減小壓力、增大受力面積，所以應(yīng)派出體重較輕的消防員趴在軟墊上。學(xué)生探討出方案后，筆者再出示圖6，讓學(xué)生體會(huì)到知識(shí)在實(shí)踐中的應(yīng)用價(jià)值。諸如此類的還有“科技館中，小明躺在釘板上安然無(wú)恙”（如圖7）等生活場(chǎng)景。

四、解決問(wèn)題，提升求實(shí)創(chuàng)新能力

求實(shí)創(chuàng)新是指學(xué)生在學(xué)習(xí)知識(shí)與解決問(wèn)題的過(guò)程中要有證據(jù)意識(shí)，能夠合理地進(jìn)行知識(shí)遷移從而產(chǎn)生新的思考和發(fā)現(xiàn)，具有質(zhì)疑和實(shí)證、遷移的能力。通過(guò)對(duì)物理現(xiàn)象的如實(shí)觀察、描述，可以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)證意識(shí);通過(guò)運(yùn)用已有知識(shí)，產(chǎn)生新穎、獨(dú)特的問(wèn)題解決方法，可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新品質(zhì)。

本節(jié)課最后，筆者提出探究活動(dòng)——估測(cè)人站立時(shí)對(duì)地面的壓強(qiáng)。根據(jù)前面所學(xué)，估測(cè)壓強(qiáng)要知道人對(duì)地面的壓力和地面的受力面積。那么，如何估測(cè)人對(duì)地面的壓力？人正常直立時(shí)對(duì)地面的壓力就等于重力。如何估測(cè)地面的受力面積？有學(xué)生提出，把腳底近似看作長(zhǎng)方形，測(cè)出腳長(zhǎng)和腳寬，但這樣的近似，誤差太大。有學(xué)生提出，將腳印踩在坐標(biāo)紙上，通過(guò)數(shù)格子得到近似面積，并且格子越小，估測(cè)就越精確。其他學(xué)生紛紛對(duì)此方案表示贊同，并根據(jù)此方案完成了估測(cè)。在學(xué)生完成估測(cè)后，筆者進(jìn)行總結(jié)拓展：（1）在刑偵工作中，根據(jù)腳印發(fā)現(xiàn)嫌疑人形體特征，也是有科學(xué)依據(jù)的——利用類似剛剛數(shù)格子的方法可以估算出嫌疑人的體重，再根據(jù)腳長(zhǎng)可估算出嫌疑人的身高。（2）在科學(xué)史上，這種測(cè)量面積的方法也有重要應(yīng)用——1916年，美國(guó)實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家密立根曾通過(guò)測(cè)量油膜面積計(jì)算出了分子直徑，巧妙地利用宏觀手段解決了看似難以完成的微觀測(cè)量。

參考文獻(xiàn)：

[1] 義務(wù)教育學(xué)科核心素養(yǎng)與關(guān)鍵能力研究項(xiàng)目組.義務(wù)教育學(xué)科核心素養(yǎng)·關(guān)鍵能力——測(cè)評(píng)與教學(xué)（初中物理）[M].南京：江蘇鳳凰科學(xué)技術(shù)出版社，2018.