基于學(xué)科核心素養(yǎng)的高中物理方法與能力的培養(yǎng)

焦世驥

【摘要】隨著高中物理新課程改革的進(jìn)一步滲透，學(xué)科素養(yǎng)的概念已經(jīng)被更多教育人士所關(guān)注。物理學(xué)科素養(yǎng)指的是學(xué)生通過學(xué)習(xí)物理形成的一種思維品質(zhì)，也是學(xué)生物理學(xué)習(xí)、態(tài)度、價(jià)值觀的綜合體現(xiàn)，更是一種物理知識(shí)沉淀。文章分析了基于學(xué)科核心素養(yǎng)的高中物理學(xué)習(xí)方法與能力的培養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】高中物理;核心素養(yǎng);能力;方法

【基金項(xiàng)目】本文系2017年度甘肅省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃課題“基于物理學(xué)科核心素養(yǎng)的數(shù)學(xué)物理方法與能力培養(yǎng)研究”（課題立項(xiàng)號(hào)：GS〔2017〕GHB0890）階段性研究成果。

一、前言

物理學(xué)的方法、知識(shí)、物理理念及物理思想的綜合教育才是真正具有現(xiàn)實(shí)意義的物理教育。在物理教學(xué)中，具有實(shí)用價(jià)值的方法有很多，包括實(shí)驗(yàn)法、觀察法、假設(shè)法、猜想法、推理法、比較法、類比法等。在核心素養(yǎng)理念下，教師應(yīng)采用合理的教學(xué)方式，使學(xué)生學(xué)習(xí)不同的物理方法，提高學(xué)生的物理素養(yǎng)。

二、類比法導(dǎo)入概念，提高邏輯能力

從物理學(xué)視角形成的關(guān)于運(yùn)動(dòng)與相互作用、能量、物質(zhì)的基本認(rèn)識(shí)被稱為物理觀念，這也是物理概念和規(guī)律在思想意識(shí)中的升華，它從物理學(xué)角度對(duì)自然界的物理現(xiàn)象進(jìn)行了解釋，也幫助學(xué)生解決了很多實(shí)際的物理問題[1]。學(xué)習(xí)物理的方法有多種，最基礎(chǔ)的是類比法，它可以幫助學(xué)生導(dǎo)入物理概念。

運(yùn)用類比推理的模式對(duì)物理概念進(jìn)行論證的方式即物理類比學(xué)習(xí)法，它是對(duì)兩類或兩個(gè)相似或相同的點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比學(xué)習(xí)的模式。通過類比法，學(xué)生能夠更加清晰地認(rèn)知到物理知識(shí)的關(guān)鍵點(diǎn)和內(nèi)涵，有助于提高物理知識(shí)學(xué)習(xí)能力。

例如，對(duì)于“磁場(chǎng)、磁感應(yīng)強(qiáng)度B”和“電場(chǎng)、電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)E”這兩個(gè)知識(shí)點(diǎn)，教師可以運(yùn)用類比法引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)。比如，在認(rèn)識(shí)磁場(chǎng)、電場(chǎng)的過程中，可以通過類比重力場(chǎng)和引力場(chǎng)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)磁場(chǎng)和電場(chǎng)的知識(shí)進(jìn)行感悟，使學(xué)生懂得磁場(chǎng)和電場(chǎng)真實(shí)存在。對(duì)磁場(chǎng)本身性質(zhì)的物理量進(jìn)行描述用B表示，與L、F、I無(wú)關(guān)，而對(duì)磁場(chǎng)本身質(zhì)量進(jìn)行描述的物理量用E表示，它的大小與q、F無(wú)關(guān)。

三、比較法分析規(guī)律，形成物理觀念

在高中物理課堂教學(xué)環(huán)節(jié)，教師通過比較法引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)，可以找出研究對(duì)象的差異點(diǎn)和共同點(diǎn)，以培養(yǎng)學(xué)生的自主思維意識(shí)，也可以幫助學(xué)生逐步形成物理觀念，提高學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。

例如，在學(xué)習(xí)“靜電力庫(kù)侖定律”知識(shí)點(diǎn)的過程中，教師可以通過萬(wàn)有引力及靜電引力的對(duì)比，使學(xué)生對(duì)兩個(gè)不同物理概念的異同點(diǎn)進(jìn)行清晰的認(rèn)知，也可以使學(xué)生對(duì)兩個(gè)物理概念的適用條件進(jìn)行明確，有助于學(xué)生對(duì)物理規(guī)律進(jìn)行理解，同時(shí)可以讓學(xué)生對(duì)自然規(guī)律的統(tǒng)一性和多樣性進(jìn)行體會(huì)。

再例如，在學(xué)習(xí)“帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)”知識(shí)點(diǎn)的過程中，教師可以通過平拋運(yùn)動(dòng)的模式對(duì)學(xué)生進(jìn)行教學(xué)，可以比較恒力作用下曲線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，以此引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主思維，并對(duì)物理規(guī)律的異同關(guān)系進(jìn)行探究，使學(xué)生認(rèn)知到物理知識(shí)的本質(zhì)內(nèi)涵，使學(xué)生進(jìn)行體系化的學(xué)習(xí)，進(jìn)而為學(xué)生構(gòu)建物理概念。

四、模型法簡(jiǎn)化內(nèi)涵，培養(yǎng)科學(xué)思維

教師可以通過模型法對(duì)物理知識(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)化，提高學(xué)生的物理理解能力。模型法以研究問題為依據(jù)，以物理建模的形式提高學(xué)生的想象力和邏輯思維能力，進(jìn)而將物理的內(nèi)在特性及物理現(xiàn)象的本質(zhì)進(jìn)行融合性構(gòu)建[2]。在對(duì)復(fù)雜的物理問題進(jìn)行研究的過程中，應(yīng)注意忽略次要因素，突出主要因素，并通構(gòu)建對(duì)理想化模型的方式進(jìn)行處理。教師在引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用模型法進(jìn)行學(xué)習(xí)的過程中，可以通過推理法對(duì)學(xué)生進(jìn)行輔助教學(xué)，有助于學(xué)生更深刻地理解物理知識(shí)。推理法指的是以幾個(gè)或一個(gè)判斷為依據(jù)對(duì)結(jié)論進(jìn)行推理。

例如，在學(xué)習(xí)“點(diǎn)電荷”知識(shí)點(diǎn)的過程中，可以通過對(duì)比分析的方式在力學(xué)概念中對(duì)點(diǎn)電荷進(jìn)行分析，從而達(dá)到簡(jiǎn)化物理模型的目的。在學(xué)習(xí)“磁感線、電線場(chǎng)”知識(shí)點(diǎn)的過程中，可以通過模型化方式引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，使學(xué)生在形成物理概念過程中培養(yǎng)自主思維意識(shí)。在學(xué)習(xí)“示波管的工作原理”知識(shí)點(diǎn)的過程中，教師可以為學(xué)生創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境，讓學(xué)生分析能量轉(zhuǎn)化情況、做功情況，以及在電場(chǎng)力作用的情況下電子的運(yùn)動(dòng)情況，對(duì)電子運(yùn)動(dòng)過程的相關(guān)表達(dá)方式進(jìn)行推理，并以能量觀點(diǎn)和動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)對(duì)加速階段電子的末速度進(jìn)行計(jì)算，然后對(duì)勻強(qiáng)電場(chǎng)在電子進(jìn)入偏移電極后做類平拋運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析。而在學(xué)習(xí)“磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷作用”知識(shí)點(diǎn)的過程中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生從微觀角度進(jìn)行猜想，對(duì)洛倫茲力進(jìn)行探究，并鼓勵(lì)學(xué)生以安培力公式為切入點(diǎn)，對(duì)物理知識(shí)的產(chǎn)生過程進(jìn)行學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生構(gòu)建完整的知識(shí)體系，真正地從了解物理知識(shí)轉(zhuǎn)變到靈活運(yùn)用物理知識(shí)。

此外，思維活動(dòng)的重要載體是問題，教師需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)問題情境，通過新舊概念的引入，為學(xué)生建立認(rèn)知沖突模式，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行質(zhì)疑，啟迪學(xué)生自主思考，并為學(xué)生構(gòu)建寬泛、和諧的學(xué)習(xí)情境，使學(xué)生認(rèn)知物理知識(shí)，探究物理問題，總結(jié)物理學(xué)習(xí)方法，提高學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。

五、猜想法科學(xué)探究，鼓勵(lì)深度思維

在物理課堂教學(xué)環(huán)節(jié)，教師利用科學(xué)探究的模式，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)，可以有效提高學(xué)生的物理學(xué)習(xí)能力。教師可以利用猜想法讓學(xué)生對(duì)物理學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行假設(shè)、論證、實(shí)驗(yàn)、思考，讓學(xué)生自主總結(jié)物理知識(shí)的學(xué)習(xí)途徑與方法。

牛頓曾經(jīng)說過：“大膽的猜測(cè)，才成就了偉大的發(fā)現(xiàn)。”在學(xué)習(xí)物理知識(shí)的過程中，猜想法是典型的學(xué)習(xí)方式，可以有效提高學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的認(rèn)知程度。教師可以通過實(shí)驗(yàn)活動(dòng)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)物理知識(shí)進(jìn)行探究，在合理的假設(shè)與猜測(cè)的基礎(chǔ)上，對(duì)科學(xué)家解決物理問題的方法與思想進(jìn)行模擬，以此培養(yǎng)學(xué)生的深度思維能力。

例如，在進(jìn)行“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實(shí)驗(yàn)的過程中，教師可以為學(xué)生創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境，使學(xué)生通過觀察體會(huì)計(jì)算的電阻與實(shí)測(cè)燈泡電阻的明顯不同，使學(xué)生的已有認(rèn)知受到挑戰(zhàn)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行猜想，讓學(xué)生思考是什么情況改變了燈泡的電阻，從而進(jìn)行自主探究。然后，在后續(xù)的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)實(shí)作、數(shù)據(jù)處理、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果等方面，對(duì)學(xué)生的科學(xué)探究意識(shí)進(jìn)行培養(yǎng)，進(jìn)而提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

在引導(dǎo)學(xué)生猜想的基礎(chǔ)上，教師也可以培養(yǎng)學(xué)生的假設(shè)能力，鼓勵(lì)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)和觀察，并結(jié)合自身已經(jīng)掌握的物理知識(shí)，假定性地分析研究對(duì)象。假設(shè)是一種具有較強(qiáng)創(chuàng)造性的思維活動(dòng)，它比猜想的合理性更強(qiáng)，也可以更加高效合理地解決物理問題。

例如，在學(xué)習(xí)“電阻”知識(shí)內(nèi)容的過程中，教師可以為學(xué)生構(gòu)建學(xué)習(xí)情境，對(duì)可能會(huì)影響導(dǎo)線電阻的因素進(jìn)行假設(shè)，并在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的過程中采用控制變量法，然后制訂出具體方案進(jìn)行探究驗(yàn)證。

再例如，在學(xué)習(xí)“電容、電容器”知識(shí)點(diǎn)的過程中，為對(duì)影響平行板電容器電容大小的主要因素進(jìn)行認(rèn)知，需要探究其概念內(nèi)涵，需要在假設(shè)的基礎(chǔ)上進(jìn)行驗(yàn)證，即假設(shè)電容的大小與兩板間的距離相關(guān)，與兩板間介質(zhì)、兩板正對(duì)面積有關(guān)且成比例。教師可以通過這種引導(dǎo)學(xué)生自主思維并對(duì)科學(xué)探究過程進(jìn)行體驗(yàn)的方式來提高學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。

六、觀察法揭露本質(zhì)，形成概念意識(shí)

科學(xué)倫理和STSE（Science，Technology，Society，Environment）兩個(gè)層面的內(nèi)容被稱為學(xué)生的責(zé)任素養(yǎng)與科學(xué)學(xué)習(xí)態(tài)度。在核心素養(yǎng)教學(xué)理念下，在提高學(xué)生物理基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)能力的基礎(chǔ)上，應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任意識(shí)、科學(xué)態(tài)度及科學(xué)本質(zhì)意識(shí)。

科學(xué)本質(zhì)指的是利用邏輯工具對(duì)假設(shè)和假說的合理性進(jìn)行論證。若想有效對(duì)科學(xué)本質(zhì)進(jìn)行揭示，則需要通過實(shí)驗(yàn)和觀察來完成。通過了解物理發(fā)展史可以得知，以實(shí)驗(yàn)和觀察的方式對(duì)感性材料進(jìn)行獲取并對(duì)物理規(guī)律進(jìn)行總結(jié)的事例不勝枚舉。

例如，在學(xué)習(xí)“帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)”這一知識(shí)點(diǎn)的過程中，教師可以讓學(xué)生觀察洛侖茲力演示儀。觀察內(nèi)容分別為：①?zèng)]有磁場(chǎng)對(duì)其進(jìn)行作用的情況;②通過外加磁場(chǎng)，以垂直的方式讓電子射入磁場(chǎng);③通過外加磁場(chǎng)，以不垂直的方式讓電子射入磁場(chǎng)。通過對(duì)上述三種情況進(jìn)行觀察，學(xué)生找出電子運(yùn)動(dòng)軌跡是以何種方式變化的，并在組內(nèi)進(jìn)行討論交流[3]。比如：“由誰(shuí)提供向心力？為何電子做圓周運(yùn)動(dòng)？電子是否會(huì)做螺旋運(yùn)動(dòng)？如果可以，在什么情況下會(huì)發(fā)生？”學(xué)生在交流討論的過程中學(xué)習(xí)磁場(chǎng)知識(shí)的內(nèi)涵，能夠?qū)ξ锢韺W(xué)科本質(zhì)進(jìn)行深度理解。

這種通過觀察和實(shí)驗(yàn)的方式探知物理概念，可以培養(yǎng)學(xué)生的尊重實(shí)證精神，也可以培養(yǎng)學(xué)生的評(píng)判意識(shí)和發(fā)散思維能力，激發(fā)學(xué)生的物理學(xué)習(xí)情感。此外，在觀察、分析、理解物理知識(shí)的過程中，學(xué)生會(huì)提高觀察能力、動(dòng)手操作能力，活躍思維，培養(yǎng)責(zé)任意識(shí)與科學(xué)態(tài)度，提高物理學(xué)習(xí)能力。

七、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在核心素養(yǎng)大背景下，在高中物理課堂教學(xué)環(huán)節(jié)，教師可以從整體層面提高學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的理解能力，提高學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的內(nèi)化能力是提高物理素養(yǎng)的基本保證，而責(zé)任意識(shí)與科學(xué)態(tài)度是學(xué)習(xí)物理的必備品格。教師在物理課堂教學(xué)環(huán)節(jié)，應(yīng)注意運(yùn)用多種教學(xué)方法，這對(duì)提高學(xué)生的關(guān)鍵學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)學(xué)生的物理品格大有裨益。

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