核心素養(yǎng)背景下的物理概念課的教學(xué)實踐與研究

摘 要：高中物理概念課教學(xué)側(cè)重的是學(xué)生的習(xí)得和體驗，是物理概念在學(xué)生頭腦中的生成、凝練以及升華;要讓學(xué)生從物理學(xué)角度去觀察自然現(xiàn)象，會解釋客觀事物的科學(xué)本質(zhì)。文章主要從形成物理觀念、鍛煉科學(xué)思維、進行科學(xué)探究等維度對高中物理概念課教學(xué)進行研究。

關(guān)鍵詞：學(xué)科素養(yǎng);概念教學(xué)

一、 問題提出

什么是物理學(xué)科核心素養(yǎng)，如何在概念課教學(xué)中滲透學(xué)科素養(yǎng)？

物理學(xué)的學(xué)科素養(yǎng)主要由物理觀念、科學(xué)思維、實驗探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任組成。物理觀念是從物理學(xué)的視角形成的關(guān)于物質(zhì)、運動與相互作用、能量等的基本認(rèn)識;讓物理概念在學(xué)生頭腦中的生成、凝練以及升華;要讓從學(xué)生物理學(xué)角度去觀察自然現(xiàn)象，會解釋客觀事物的科學(xué)本質(zhì)。比如：牛頓第三定律表述的是作用力與反作用力的關(guān)系，這體現(xiàn)了學(xué)科素養(yǎng)中的相互作用觀念。

科學(xué)思維是從物理學(xué)視角對客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認(rèn)識方式。在教學(xué)實施過程中讓學(xué)生在頭腦中形成物理觀念，是學(xué)生進行科學(xué)思維的前提，是進行科學(xué)探究的基礎(chǔ)，是學(xué)生具有一定科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的特征，是物理課程實施的需要達(dá)成的結(jié)果。那么我們怎樣在物理概念教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生思維能力，進而到達(dá)培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的目的？

二、 實踐探究

概念的教學(xué)是一個由具體到抽象再到具體的過程，以前我們更多地把教學(xué)重心放在概念的講授上，只注重講清概念的內(nèi)涵、外延，辨別相關(guān)概念之間的聯(lián)系與區(qū)別，但是對于概念的形成與發(fā)展，對于概念在實際問題中的運用，則一筆帶過，這種掐頭去尾的做法，雖然對教學(xué)成績的影響不大，但是忽視了物理觀念的養(yǎng)成，最終結(jié)果不僅沒有夯實概念，也給學(xué)生思維能力的提升埋下了隱患。物理概念是自然現(xiàn)象以及物理事實和過程中提取出來的，可以說，物理概念是濃縮了的精華。而作為物理教學(xué)精華的概念教學(xué)，承載著學(xué)生形成物理觀念、錘煉學(xué)生科學(xué)思維、學(xué)會科學(xué)探究的方法，提升學(xué)生解決實際問題的能力，滲透科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。要做到這一點必須在教學(xué)中強化物理概念與實際情景的關(guān)聯(lián)，增強學(xué)生的實踐意識。物理概念教學(xué)過程基本遵循幾個環(huán)節(jié)：

（一）創(chuàng)設(shè)情境，激趣設(shè)疑，引入新課

情境的類型可分為實踐情境、歷史情境、問題情境、實驗情境等。讓學(xué)生體悟物理來源于生活，生成樸實的物質(zhì)觀念。

教學(xué)案例一：向心加速度

在新教材中向心加速度的教學(xué)被編制在向心力之后，可以讓學(xué)生更好體會力是產(chǎn)生加速度的原因，力是改變物體運動狀態(tài)的原因。從思維的角度來說可以讓學(xué)生更好地理解接受向心加速度概念。

問題1：天宮二號空間實驗室在軌飛行時，可認(rèn)為它繞地球做勻速圓周運動。盡管線速度大小不變，但方向卻時刻變化，因此，它運動的加速度一定不為0。那么，該如何確定它在軌飛行時加速度的方向和大小呢？

設(shè)計意圖：從運動和力關(guān)系的討論，以人造衛(wèi)星做勻速圓周運動為模型引入向心加速度概念。其基本思路是：如果物體不受力，它將做勻速直線運動，圓周運動不是直線運動，沿圓周運動的物體一定受力。物體運動的加速度方向與它所受合力的方向相同。因此，物體做勻速圓周運動時的加速度總指向圓心，我們把它叫作向心加速度。讓學(xué)生更加清晰和順暢地接受向心加速度概念。

問題2：勻速圓周運動的物體受的力是什么方向？

根據(jù)牛頓第二定律F=ma可知，勻速圓周運動物體所受的合力指向圓心，物體的加速度也指向圓心，直接得出向心加速度的兩種表達(dá)式an=V2/r和an=ω2r。

上述敘述是運用牛頓第二定律，從力推知加速度的思路，降低了教學(xué)的難度，用迂回的方法避開難點，使所有學(xué)生可以更加順利地掌握向心加速度的大小和方向。是從物理學(xué)視角形成的關(guān)于物質(zhì)、運動與相互作用、能量等的基本認(rèn)識;是物理概念和規(guī)律等在頭腦中的提煉和升華;而本環(huán)節(jié)體現(xiàn)了運動與相互作用的關(guān)系，闡述了向心加速度概念的形成過程，體現(xiàn)了對學(xué)生的物理觀念這一物理核心素養(yǎng)的滲透。

拓展學(xué)習(xí)：推導(dǎo)向心加速度公式

利用運動學(xué)手段求解勻速圓周運動物體的向心加速度的大小與方向。向心加速度的方向如圖甲所示，一物體沿著圓周運動，在A、B兩點的速度分別為vA、vB，可以分四步確定物體運動的加速度方向。

在矢量狀態(tài)下速度變化量與加速度之間的聯(lián)系，有利于培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬐评砟芰Γ箤W(xué)生更透徹地理解圓周運動向心加速度的概念。

本環(huán)節(jié)通過構(gòu)建矢量模型、幾何相似、運用極限思想，結(jié)合加速度的定義式，進行了科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬐评恚w現(xiàn)了對科學(xué)思維這一物理核心素養(yǎng)的培育。

（二）提出問題，層層遞進，形成概念

這一過程學(xué)生在教師的引導(dǎo)下通過分析、討論、批判、實驗、小組合作等方式達(dá)到理解概念的內(nèi)涵及建立過程，主要是培養(yǎng)學(xué)生的動手動腦、協(xié)作精神、表達(dá)能力及科學(xué)態(tài)度，注重科學(xué)方法的引導(dǎo)，使之內(nèi)化為學(xué)生的分析綜合、推理論證等能力，增強核心素養(yǎng)中的科學(xué)思維能力。

教學(xué)案例二：重力勢能

問題引入：重力勢能與哪些物理量有關(guān)？

探究一：用自己的書本做如下的實驗：

1. 同一課本從不同高度下落到自己手上，感覺有何不同？

2. 不同質(zhì)量的課本從同一高度下落到自己手上，感覺如何？

問題1：下落過程中能量轉(zhuǎn)化情況如何？

問題2：這種能量的轉(zhuǎn)化靠什么來實現(xiàn)的？

問題3： 重力勢能與哪些因素有關(guān)？

本環(huán)節(jié)通過提出情景體驗性問題、親歷探究體驗，形成物理觀念，進行猜想和假設(shè)，經(jīng)歷科學(xué)探究過程，引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)探究的意識和習(xí)慣，體現(xiàn)對科學(xué)思維這一物理核心素養(yǎng)的培育。

探究二：物體在以下兩種下落情景下重力做功情況

本環(huán)節(jié)通過構(gòu)建自由落體模型、結(jié)合極限思想方法，進行了科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬐评?，體現(xiàn)了用事實構(gòu)建理想模型的方法，能對已有結(jié)論的證據(jù)提出質(zhì)疑，采用不同的方法分析解決物理問題，從多維度審視證據(jù)本身的科學(xué)性，進而提出創(chuàng)造性見解的能力與品質(zhì)，使學(xué)生的科學(xué)思維這一物理學(xué)科素養(yǎng)得以提升。

（三）走向生活，情感升華，總結(jié)歸納

什么是“科學(xué)態(tài)度”？培養(yǎng)學(xué)生在解決問題過程中的證據(jù)意識，能審視證據(jù)本身的科學(xué)性，有嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任感，激發(fā)學(xué)生強烈的好奇心、尊重實證的表現(xiàn)等，均屬于科學(xué)態(tài)度的范疇。通過把物理知識應(yīng)用于解決生活中實際問題，“從物理走向社會”，體現(xiàn)物理學(xué)科的價值。讓學(xué)生領(lǐng)會“物理起源于自然，服務(wù)于社會，指導(dǎo)于生活”，滲透物理觀念教育，增強學(xué)生的社會責(zé)任感，提升道德品質(zhì)以及公民的社會責(zé)任。因此教師在教學(xué)過程中要恰到好處地利用學(xué)生的生活事件和社會熱點來創(chuàng)設(shè)問題情境，讓學(xué)生用自己所學(xué)的物理知識分析解決社會實際問題，讓學(xué)生在解決真實問題中取得愉悅感。

教學(xué)案例三：光的折射

問題1：生活中你知道的折射現(xiàn)象有哪些？

學(xué)生：盛水的碗變淺了，插入水中的筷子變彎了……

問題2：筷子問題、視深問題、“貓眼”問題、日出問題、天空中的彩虹、海市蜃樓……哪些與折射現(xiàn)象有關(guān)？你會分析解釋嗎？

小組討論……

接著，就筷子問題進行了深入探究。

問題3：筷子放在水中變彎了，生活中的經(jīng)驗是從上往下看到的一種情況。如果拿一個透明的薄圓柱形的玻璃杯裝上水，當(dāng)把筷子豎直放入其中，從水平方向看，筷子情形如何？（分三種情況：①是過軸線，②是在軸線左側(cè)，③是在軸線右側(cè)）

問題4：若傾斜放入其中呢？（分三種情況：①筷子與水面交點在軸線處②在軸線左側(cè)③在軸線右側(cè)）

這種情景與學(xué)生現(xiàn)有的知識體驗形成了沖突，心里急切要探個究竟，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和探究欲望。

小組討論……教師演示，知識回歸生活，學(xué)生感受物理，獲得體驗。

筷子問題從不同角度、不同方面分析生活中常見的折射現(xiàn)象，有利于培養(yǎng)學(xué)生關(guān)注身邊的物理現(xiàn)象，提高學(xué)生應(yīng)用物理知識，分析問題和解決問題的能力。生活中的物理問題勢必會使學(xué)生產(chǎn)生好奇心，有了渴望學(xué)習(xí)的愿望，必將帶著問題去鉆研，從而掌握了學(xué)習(xí)的主動權(quán)。

本環(huán)節(jié)以生活中常見的一些折射現(xiàn)象進行層層設(shè)問，讓學(xué)生感受物理來源于生活、科技、實驗，物理學(xué)的發(fā)展離不開科學(xué)、經(jīng)濟和社會。生活中的問題親切、自然，生活中的物理貼近學(xué)生生活，更容易喚起學(xué)生情感上的共鳴，使科學(xué)態(tài)度與責(zé)任意識在學(xué)生心中生根發(fā)芽。體現(xiàn)了對科學(xué)態(tài)度與責(zé)任這一物理核心素養(yǎng)的培育。

三、 結(jié)束語

在物理概念教學(xué)中我們可以從不同維度創(chuàng)設(shè)多個系列問題，讓學(xué)生由點到線、由線到面、由平面到空間，進行更多層次的設(shè)計。從概念的生成和拓展、基本條件和應(yīng)用，把學(xué)生的思維能力不斷地進行升華。增強學(xué)生對概念深度和廣度的認(rèn)識。在學(xué)生對概念知識的建構(gòu)過程中老師適當(dāng)進行提示、點撥、鼓勵及支持，讓學(xué)生的知識建構(gòu)活動開展得更加順利。在概念教學(xué)的問題生成、實踐鍛煉、科學(xué)探究過程中，實現(xiàn)學(xué)生物理觀念的養(yǎng)成，科學(xué)思維能力和探究能力的發(fā)展，進一步形成科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。

于實踐中反思，在反思中成長。概念課教從本質(zhì)上講是以對話、交流、合作等為基礎(chǔ)的知識建構(gòu)活動，通過師生之間直接的對話，進行心靈的溝通，實現(xiàn)雙方主體性的建構(gòu)與發(fā)展。概念的學(xué)習(xí)是經(jīng)驗的重新組織和重新理解的過程，我們必須“以形成物理概念為前提，以思維養(yǎng)成為基礎(chǔ)，以科學(xué)態(tài)度與責(zé)任為追求”，在教學(xué)中把生命發(fā)展的主動權(quán)交給學(xué)生，讓學(xué)生充分張揚個性，自主探究，教師對學(xué)生在知識上進行指導(dǎo)，在方法上進行輔導(dǎo)，在科學(xué)態(tài)度與責(zé)任上進行引導(dǎo)。同時，我們也體會到概念教學(xué)目標(biāo)不僅僅是讓學(xué)生掌握物理概念，在主目標(biāo)完成的情況下應(yīng)盡可能多地給學(xué)生更大的生成空間，引導(dǎo)學(xué)生深入探究。通過學(xué)生主動參與、積極探索、主動思考、自主建構(gòu)活動，使學(xué)生的創(chuàng)造力、潛能等得以發(fā)揮，使物理學(xué)科素養(yǎng)在學(xué)生心中內(nèi)化，思維能力獲得更好的發(fā)展。

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作者簡介：

張勝勇，浙江省杭州市，浙江省杭州市余杭第二高級中學(xué)。