指向核心素養(yǎng)的物理教學(xué)設(shè)計的優(yōu)化策略與實踐

摘?要：結(jié)合教改實踐，提出了四條物理課堂教學(xué)設(shè)計的優(yōu)化策略：讓學(xué)習(xí)從真實問題真實情景開始;帶著猜想或問題去觀察;用問題引導(dǎo)思維，用猜想推動問題的解決進(jìn)程;讓思維插上想象的翅膀.學(xué)生的課堂表現(xiàn)將因此而不同，學(xué)生的科學(xué)思維能力將初步達(dá)成.

關(guān)鍵詞：物理教學(xué)設(shè)計;優(yōu)化策略;問題;猜想;想象

文章編號：1008-4134（2020）01-0045?中圖分類號：G633.7?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

作者簡介：李鐵（1968-），男，江蘇無錫人，本科，中學(xué)高級教師，中學(xué)特級教師，研究方向：高中物理課堂教學(xué).

2017版《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》的頒布揭開了新一輪物理課堂改革的序幕.課程目標(biāo)從2003版較抽象的三維目標(biāo)轉(zhuǎn)變成較具體的核心素養(yǎng)，注重培養(yǎng)學(xué)科關(guān)鍵能力，對教師的課堂教學(xué)設(shè)計的指導(dǎo)更加明確.但物理學(xué)科核心素養(yǎng)的形成最終取決于教師課堂教學(xué)行為的變化，比如教師是否愿意給時間讓學(xué)生獨立思考？給時間、空間讓學(xué)生質(zhì)疑交流？教師的教學(xué)觀念是否真正地發(fā)生了改變，并把這種變化體現(xiàn)到每堂課的教學(xué)設(shè)計中？教學(xué)設(shè)計是作用于課堂教學(xué)的最直接方式，其中的精妙設(shè)計變化能促進(jìn)學(xué)生的反思與提高，也最能促進(jìn)教師教學(xué)觀念的變化.那么，新課程背景下，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)形成的課堂教學(xué)設(shè)計，正發(fā)生著哪些變化呢？

1?讓學(xué)習(xí)從真實問題或真實情景開始

真實問題或真實情景能極大地激發(fā)物理學(xué)習(xí)的興趣，激發(fā)認(rèn)知沖突，形成強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)動機(jī).讓課堂從真實問題開始，讓學(xué)生把實際問題抽象成物理問題，能培養(yǎng)學(xué)生主動發(fā)現(xiàn)問題的能力、抽象思維能力.在問題背景的導(dǎo)引下，學(xué)生能主動尋找解決問題的方法，培養(yǎng)科學(xué)思維能力，增強(qiáng)實踐意識.

例如，在學(xué)習(xí)全電路歐姆定律時，教師這樣設(shè)計引入：（1）用電壓表測量一節(jié)干電池的電壓約“1.5V”（2）出示小燈泡，查明其額定電壓“1.2V”，同時提問，用該干電池對該燈泡供電，燈泡亮嗎？學(xué)生給出預(yù)期答案（亮）.（3）實驗觀察：結(jié)果燈泡不亮.這樣的實驗引入與學(xué)生的前認(rèn)識產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖突，令學(xué)生困惑.學(xué)生不禁要問：電源兩端的電壓哪里去了？電源兩端的電壓是變化的嗎？用實驗很好地突破了學(xué)生的思維定勢（初中認(rèn)為電源兩端的電壓是不變的），也為本堂課的后續(xù)學(xué)習(xí)指明了方向.

用真實問題或真實情景引入，要關(guān)注其有效性適切性，不能僅看熱鬧，要與本堂課的內(nèi)容相關(guān)，而且最好是經(jīng)過本堂課的學(xué)習(xí)，能夠解決引入的問題.在學(xué)習(xí)磁揚對運動電荷作用力的時候，很多教師用極光引入課題，引入時五光十色，但本堂課的后續(xù)學(xué)習(xí)與極光無關(guān)聯(lián)，到本堂課結(jié)束，也不能解決極光形成問題.對本堂課而言，這樣的情景是無效的，甚至對本堂課的學(xué)習(xí)起到了干擾作用.

2?帶著猜想或問題去觀察

觀察是發(fā)現(xiàn)之源，要培養(yǎng)學(xué)生觀察的習(xí)慣、觀察的意識，在觀察的時候，能主動發(fā)現(xiàn)問題，并對問題的解決帶著預(yù)設(shè)再觀察、再實驗，讓學(xué)生逐步學(xué)會科學(xué)探究的一般流程與方法.高中課堂演示的大部分實驗，學(xué)生通常有一定感性認(rèn)識，對實驗研究的目的，也比較明確，學(xué)生對實驗的結(jié)果，有合理但可能是錯誤的預(yù)期.在觀察之前，讓學(xué)生有一個合理假設(shè)，一方面能發(fā)現(xiàn)存在的問題，另一方面也能使后面的觀察更專注、更有目的性.

例如，在講超重與失重的時候，大部分老師通常的講法是：（1）看錄像，在電梯上放一個臺秤稱重物的重量，觀察電梯上升運動，再觀察電梯下降運動，記錄臺秤示數(shù)變化;（2）根據(jù)觀察完成表格：記錄速度方向、加速度方向、臺秤的讀數(shù);（3）根據(jù)表格總結(jié)超重失重的條件;（4）最后用牛頓第二定律做定量討論.上述教學(xué)流程是：觀察→總結(jié)→思考.上述教學(xué)設(shè)計把學(xué)生當(dāng)成一張白紙，壓制了學(xué)生的思維，由于觀察中少了思考，不利于學(xué)生自主地、創(chuàng)造性地解決問題.換一個講法就是說，課堂學(xué)習(xí)氣氛不同，學(xué)生參與狀態(tài)就完全不同：（1）帶著問題去觀察，首先提問：電梯從底樓上升到頂樓，臺秤的示數(shù)是否變化？談?wù)勛约旱目捶?（2）學(xué)生提出自己的假設(shè)或分析，課堂變活了，教師則如實記錄;（3）學(xué)生根據(jù)自己的假設(shè)，自己設(shè)計需要的表格，同學(xué)之間的表格可以不一樣，如部分同學(xué)可能只記錄加速度的方向與臺秤的讀數(shù);（4）每位同學(xué)帶著自己的假設(shè)去觀察，目的明確，觀察更有效;（5）從牛頓第二定律的角度總結(jié)超重與失重.這樣的設(shè)計流程是：問題→猜想→觀察→反思.學(xué)生在自我思考、自我創(chuàng)造，在自我否定之否定中不斷提高.

又如在講授楞次定律的時候，教師通常直接演示磁鐵插入螺線管的實驗，讓學(xué)生觀察，然后師生一起總結(jié)感應(yīng)電流的方向與哪些因素有關(guān).學(xué)生對結(jié)果表示認(rèn)同，或者認(rèn)為實驗結(jié)果很平淡無奇.教學(xué)流程是：觀察→總結(jié).換一個教學(xué)過程，學(xué)生的表現(xiàn)會完全不同：（1）出示磁極及螺線管電流表閉合回路，這套裝置前二節(jié)課已經(jīng)多次使用，學(xué)生有足夠的感性認(rèn)識;（2）提出問題：猜想感應(yīng)電流方向與什么因素有關(guān)？（3）學(xué)生做合理猜想，教師如實記錄磁鐵的磁場方向，可是大部分學(xué)生說不出“磁通量的變化”;（4）學(xué)生帶著問題去觀察，觀察目的明確，學(xué)生很快就發(fā)現(xiàn)了假設(shè)中的問題;（5）學(xué)生修證假設(shè)，得到結(jié)論，認(rèn)識升華了.該教學(xué)流程是：問題→猜想→觀察→反思.學(xué)生觀察非常專注，同時很快發(fā)現(xiàn)了存在的問題，提高了學(xué)習(xí)效率.

帶著猜想去觀察，猜想可以是不完備的，也可以是片面的，甚至是錯誤的，只要相對學(xué)生現(xiàn)有的認(rèn)識是合理的，就是一個很好的假設(shè).這樣的假設(shè)，能及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生的思維障礙，觀察目的明確，對學(xué)生的思維起到很好的引導(dǎo)作用，學(xué)習(xí)的有效性及課堂的效益也將得到提高.

3?用問題引導(dǎo)思維，用猜想推動問題的解決進(jìn)程

物理學(xué)習(xí)的目的之一是為了解決問題.要把問題的提出、問題的解決變成一條明線.要讓學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)問題，并對問題解決有一個預(yù)期猜想，再圍繞問題的解決，去尋找解決問題所需的知識方法，用問題與猜想推進(jìn)課堂的進(jìn)程，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生分析與解決問題的能力.這樣，課程標(biāo)準(zhǔn)所倡導(dǎo)的“觀察、假設(shè)、實驗”的科學(xué)探究的方法，才能落到實處.

例如，在理論探究洛倫茲力的大小時，人教版課本分下面四步提出問題：一根通電導(dǎo)線長度為L，放在勻強(qiáng)磁場B中，電流I垂直于磁場B：（1）寫出電流的微觀表達(dá)式.學(xué)生不知道為什么要寫？（2）寫出長為vt導(dǎo)線受到的安培力.（3）求出每個電子受到的力，即洛倫茲力.課本在這里加了一個說明：許多中間量，如n、v、s、t等都應(yīng)不再出現(xiàn).該教學(xué)流程是：問題1→問題2→問題3.筆者稱這種問題鏈為導(dǎo)航式問題鏈.設(shè)置導(dǎo)航式問題鏈，等同于視學(xué)生為木偶，學(xué)生只要按部就班，很快就得到結(jié)論，但學(xué)生缺乏思維碰撞，缺乏對舊知識的主動回憶和新問題的理性思考，學(xué)生知其然但不知其所以然，學(xué)生獲得知識的過程是膚淺的，表現(xiàn)為學(xué)生課后知識再現(xiàn)率很差.但如果用問題與猜想作引導(dǎo)，學(xué)生的表現(xiàn)就完全不同，下面是筆者的實踐 ：（1）猜想：電荷電量為q，以速度v在磁場B中運動，其受到磁場的洛倫茲力與哪些因素有關(guān)？并給出定性結(jié)果;（2）猜想：通電導(dǎo)線受到磁場的安培力與導(dǎo)線中每個運動電荷受到磁場的洛倫茲力是什么關(guān)系;（3）一根通電導(dǎo)線，放在勻強(qiáng)磁場B中，電流方向垂直于B，其中電子的電量為e，電子的定向移動速度為v，求解每個運動電子受到的洛倫茲力？（4）你能否設(shè)計實驗驗證上述公式的正確性？該教學(xué)流程是：情景→猜想1→猜想2→問題解決.這樣的設(shè)計有合理的猜想作為指引，學(xué)生的思維方向明確，在解決問題的過程中，學(xué)生能主動回憶已學(xué)知識，進(jìn)行積極的自我反思與自我建構(gòu)、自我動態(tài)生成，學(xué)生的輸出遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于教師對學(xué)生的輸入.

猜想是創(chuàng)新的起點，教師在平時的課堂教學(xué)中，要多給學(xué)生猜想的機(jī)會，培養(yǎng)猜想的習(xí)慣，同時要注意讓猜想建立在一定的事實基礎(chǔ)上，讓猜想遵循認(rèn)識規(guī)律，而不是胡猜亂猜.如在研究碰撞中的不變量（動量守恒）時，課本上的做法是：（1）用氣墊導(dǎo)軌實驗獲得數(shù)據(jù);（2）對碰撞的規(guī)律作各種各樣的猜測，各種猜測組合達(dá)到四種以上;（3）用數(shù)據(jù)來逐一驗證猜想的正確性.該教學(xué)流程是：問題→多種猜測→實驗驗證.這就是典型的胡猜亂猜，估計教師也沒幾個人用這樣的教法.我們的做法是遵循認(rèn)識規(guī)律，從特殊過程入手，并由此提出一般性猜想，再用實驗驗證一般猜想的正確性.該教學(xué)過程為：（1）用氣墊導(dǎo)軌做特殊典型的碰撞實驗：①質(zhì)量為m的運動物體碰撞質(zhì)量為m的靜止物體，發(fā)生完全非彈性碰撞，由實驗發(fā)現(xiàn)碰撞前后的規(guī)律性;②質(zhì)量為m的運動物體碰撞質(zhì)量為2m的靜止物體，發(fā)生完全非彈性碰撞，由實檢發(fā)現(xiàn)碰撞前后的規(guī)律性;③質(zhì)量為2m的運動物體碰撞質(zhì)量為m的靜止物體，發(fā)生完全非彈性碰撞，由實驗發(fā)現(xiàn)碰撞前后的規(guī)律性;（2）由以上實驗事實對碰撞的規(guī)律進(jìn)行一般性猜想;（3）用氣墊導(dǎo)軌實驗：驗證猜想在一般情況下的正確性.該教學(xué)流程為：特例實驗→提出一般猜想→實驗驗證.從簡單典型的問題入手，進(jìn)而尋找一般的規(guī)律性，這本身就是一種重要的研究方法.讓猜想滿足認(rèn)知規(guī)律，學(xué)生思維清晰，表現(xiàn)出很強(qiáng)的創(chuàng)造力，課堂效益也得到提高.

4?讓思維插上想象的翅膀

愛因斯坦說過：想象力概括著世界上的一切，推動著進(jìn)步，是知識進(jìn)化的源泉.想象力是科學(xué)研究中的實在因素，質(zhì)疑能力、創(chuàng)新能力由此而生.當(dāng)物理過程的實驗條件現(xiàn)實中無法滿足時，或邏輯推理的前提假設(shè)可能有誤時，或在學(xué)習(xí)宏觀與微觀領(lǐng)域的內(nèi)容時，可以用想象完成理想實驗，得出結(jié)論.如建立牛頓第一定律的理想斜面實驗.在講光速不變時，我們引入愛因斯坦的追光實驗，讓學(xué)生想象，如果用伽利略速度變換公式，我們的速度可以等于光速甚至超光速，你將看到什么生活現(xiàn)象.學(xué)生的想象力被充分激發(fā)了，課堂活躍了.

培養(yǎng)學(xué)生豐富的想象力首先要保護(hù)學(xué)生的好奇心，平時要耐心回答學(xué)生提出的各種問題，同時要豐富學(xué)生用于想象的表象儲備，積累必要的知識經(jīng)驗，使學(xué)生的想象有豐富的感性認(rèn)識做支撐.如在學(xué)習(xí)氣體分子的運動特點時，由于氣體分子看不見摸不著，似乎知識只能靠灌輸.我們首先通過幾個問題，讓其它分子運動的整體圖景盡可能直觀化，然后借助想象幫助學(xué)生建立氣體分子運動的圖景.教師設(shè)計下面3個問題：①氣體分子間距多大？（約10-9m）②對氧氣分子，0℃時分子運動的平均速率約為300m/s，估算每個氧氣分子的碰撞周期及碰撞頻率？（T=10-9/300≈10-10s，f=1/T≈1010Hz=100億次/秒）③想象每個氣體分子的運動圖景？學(xué)生在上述3個問題的引導(dǎo)下，借助想象順利完成氣體分子運動特點的自我建構(gòu).

高中物理學(xué)習(xí)的目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng).關(guān)注實際問題是形成物理觀念、進(jìn)行模型建構(gòu)的必由之路.以問題為中心，基于現(xiàn)有的認(rèn)識提出假設(shè)或大膽合理想象，并由此推進(jìn)學(xué)習(xí)進(jìn)程，這正是科學(xué)探究的學(xué)習(xí)方法的具體體現(xiàn).學(xué)生的科學(xué)推理能力、質(zhì)疑創(chuàng)新能力將得到不斷發(fā)展，并將最終促成科學(xué)思維的學(xué)科培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成.

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)[M].北京：人民教育出版社，2018.

（收稿日期：2019-10-01）