基于研究性學習培養高中生物理學科核心素養的策略
——以人教版2019 教材為例

文/曾甜甜

《普通高中物理課程標準（2017 年版2020 年修訂）》（以下簡稱《課程標準》）進一步細化了高中物理學科核心素養的具體范疇，為教師組織教學活動指明了方向，強調教師在高中階段需以培養學生核心素養為基礎開展教學工作。

區別于傳統學習方式，研究性學習強調學生的自主學習，能在無形中調動學生主觀能動性，契合新課程改革要求，同時也滿足了社會發展對人才的需求。在《課程標準》的指導下，高中物理教師應及時轉變思想理念，將研究性學習作為首要任務，落實對學生核心素養的培養。

一、概念綜述

（一）研究性學習

筆者通過文獻分析法追溯研究性學習的發展歷程，對研究性學習具體概念進行細致總結：研究性學習由蘇格拉底所提出的“步步緊逼提問”的教學方式衍生而出，后世專家學者通過具體分析與推敲，對它的內涵作出了全新的闡釋。《普通高中“研究性學習”實施指南（試行）》指出，“研究性學習是學生在教師的指導下，通過自主研究的方式獲取知識，解決問題的一種學習手段”。區別于傳統的學習形式，研究性學習能夠幫助學生在掌握知識的同時，深化對問題研究方法的理解，由被動接受知識轉化為主動汲取知識，進而幫助學生在潛移默化中形成積極的學習態度。與此同時，研究性學習具有開放性、綜合性、實踐性以及過程性等特征，需要教師在具體實踐中重點關注。

（二）核心素養

《課程標準》將物理學科核心素養分為物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任，要求教師通過有效指導，幫助學生逐步形成正確的價值觀念、必備品格與關鍵能力[1]。

二、研究性學習在高中物理學科教學中的實用價值

為落實核心素養在高中物理教學中的培養目標，筆者對研究性學習的價值進行了細致總結。第一，研究性學習的開放性體現在時間、空間、組織形式選擇的多樣化。對學生而言，新穎的學習方式能起到激發學習主動性、拓展思維的作用。在課堂教學中，教師可以借助教材或生活情境，引導學生以小組為單位集思廣益，在研究中解決問題，在討論中凝聚智慧，這不僅能提高課堂教學質量，還有利于學生核心素養的發展。第二，教師根據高中生思維特點，采取有效的研究性學習指導方式，幫助學生學會運用物理知識科學論證問題，在質疑、思考中產生積極情感體驗，感受到物理學科的魅力，這對學生科學思維能力的發展與創新意識的形成具有積極作用[2]。第三，在傳統物理教學中，部分教師扮演課堂主導者的角色，缺乏與學生的溝通交流，導致課堂氣氛沉悶。在研究性學習的支持下，教師可以開展以小組為單位的相關活動，建立學習共同體，在研究、分析的過程中拉近師生間的距離，幫助學生養成共同協作解決問題的習慣，進而實現全面發展。

三、基于研究性學習培養高中生物理學科核心素養的策略

（一）發現問題，確定課題

區別于傳統學習方式，研究性學習需要學生像科學研究一般獲得知識，強調學生的親身體驗。在具體設計中，教師可以由問題出發，結合教學內容創設物理情境，引發學生對現象的思考，進而發現問題進行研究。此外，教師也可以引導學生自主預習并發現問題，在班級中進行分享討論。上述兩種情況均能激發學生參與意識。在這一環節中，教師要根據學生的提問選取具有價值的問題作為研究課題，為后續研究性學習的開展奠定基礎。

以人教版2019 物理必修第一冊“力的合成和分解”一課題教學為例，在課程開始前，為了充分激發學生的學習興趣，教師可以將“大力士拉動汽車”的短視頻作為情境，向學生展示參加比賽的選手借助一根繩子便可以將重達幾噸的汽車拖動，使它前行。具有沖擊性的畫面瞬時吸引了學生的注意力。根據畫面內容，部分學生可能會提出這樣的問題：畫面中的人是如何拉動汽車的？這與力有什么樣的關系？在此環節，教師可以引導大家自主閱讀教材內容，回憶片段，以集中討論的方式得出結論。接下來，在利用情境設計問題組織學生參與研究后，教師可以鼓勵學生自主整理教材內容，以小組為單位進行討論，明確本課課題。在這一環節中，教師對各組成員提供的內容進行整理，最終確定研究問題——如何確定已知力的實際效果？在問題的引領下，學生能夠通過模型的建立領悟力的實際效果，并樹立“運動與相互作用”的物理觀念，達成本課預期目標。

如上，通過創設情境提出問題的方式，能激發學生參與研究性學習的內部動機，改善學生課堂參與意識不足、缺乏學習積極性等問題，幫助學生在研究的過程中生成物理觀念。

（二）創建小組，深度探究

在具體實踐中，教師需要引導學生建立學習共同體，通過獨立思考的方式，集思廣益地解決問題，在研究的過程中積累經驗，提高自身協作意識[3]。對此，在確定課題后，教師可以根據學生的學習能力，將學生合理劃分為若干小組，借助合作的方式為學生搭建研究性學習支架，引導學生基于問題進行合作研究，在交流中碰撞出思維的火花。

以人教版2019 物理必修第二冊“生活中的圓心運動”一課教學為例，在教學活動開展前，教師向學生展示鐵路彎道處圖片，并引導學生回憶乘坐火車的經歷，分析問題：為什么鐵路軌道內外高度略有不同？據此問題，教師根據學生的學習能力將他們合理分組，讓他們以小組為單位展開集中討論。在研究過程中，小組成員群策群力，整理并收集火車車輪的形狀特征，結合所學知識分析火車在轉彎的過程中做圓周運動，但火車轉彎的過程中外側輪緣會與外軌進行接觸并使它發生彈性形變，如圖1 所示：

圖1 火車車輪運動示意圖

如果兩軌道高度相同，外軌作用在輪緣上的力F便提供了向心力。在研究的過程中，部分小組還嘗試搭建模型，繪制火車在行駛中與內外軌的受力關系，以直觀的方式表現重力G與支持力FN的合力F提供的向心力。在研究與分析中，學生將經歷分析、推理、論證等思維過程，進一步實現科學思維素養的發展。借助這一契機，教師還可以利用“汽車經過拱橋”這一常見的生活現象再次設計研究問題，引導學生分析汽車過橋時最高點對橋的壓力，進一步深化學生對圓周運動以及牛頓第二定律的理解。

以合作的方式牽引研究性學習，能保證學生參與學習活動的效率，使學生利用合作的方式高效完成學習任務，發展核心素養。

（三）成果展示，交流討論

成果展示與總結是研究性學習中至關重要的組成部分。在完成合作任務后，小組成員需要撰寫成果報告，在班級內進行集中分享，以在總結與整理的過程中發展學習能力，在分享的過程中汲取經驗，完善自我[4]。

以人教版2019 物理選擇性必修第一冊“動量守恒定律”一課教學為例，在本課學習中，教師通過引導學生分析運動小車碰撞靜止小車，巧妙引入“兩輛小車動量之和不變”的結論，并類比其他物體碰撞，邀請學生分析：物體碰撞后動量之和不變是否為普遍規律？在問題的驅使下，學生以小組為單位研究動量守恒定律的基本方法。在合作研究中，為了幫助學生攻克難點，在設計實驗階段，教師可以邀請學生集中分析以下問題：實驗中哪些物體組成了要研究的系統？如何創造實驗條件，才能使系統所受外力的矢量和近似為零？根據教師的提示，各組嘗試設計方案，并在班級中進行案例分享，講解本組的制作流程。例如，某小組以“研究氣墊導軌上滑塊碰撞時的動量守恒”為主題，參考教材第19 頁的實驗裝置設置（如圖2），并結合教師所提供的材料，展開深入研究和探討。

圖2 實驗裝置參考

該小組學生研究兩個問題：（1）選取兩個不同質量的滑塊，在碰撞端面裝上彈性碰撞架；（2）在兩個滑塊碰撞段分別裝上指針和橡皮泥，使兩個滑塊連成一體運動。根據實驗方案設計表格，測量物體質量、碰撞前后速度，分別計算物體碰撞前總動量是否滿足動量守恒定律，即m1v1'+m2v2'=m1v1+m2v2。在本組成員匯報完畢后，教師還可以尋求其他組意見。在教師的引導下，還有其他小組分享了“研究斜槽末端小球碰撞時的動量守恒”的實驗方法。在良好的交互氛圍中，學生的科學探究能力得到了有效發展。

在研究性學習中，教師需要在學生完成研究活動后，邀請學生參與集中討論與成果分享活動，保障每一位學生都能參與其中，積累經驗并逐漸形成良好的協作精神，為后續的深度學習奠定基礎。

（四）反思總結，分析評價

常規的教學方式多以教師為教學活動主體，忽視了對學生主觀能動性的培養，影響了教學質量。在研究性學習中，教師需要重視評價的價值和意義，采用總結性評價與過程性評價相結合的方式，激勵學生全面發展，并通過及時、恰當的評價，幫助學生認識和完善自我。

以人教版2019 物理選擇性必修第二冊“常見傳感器的工作原理及應用”一課教學為例，本課以問題“常見傳感器是如何感知非電池量，并將它轉換為電學量？”為核心，幫助學生在學習中進一步了解光敏電阻、金屬熱電阻、熱敏電阻以及電阻應變片等相關內容。在教學任務結束后，教師應根據學生在研究中的具體表現作出評價，指出部分學生在合作探究和成果展示環節存在的不足，并對表現優異的學生給予鼓勵。根據評價方向，教師再次引導學生以自評的方式分享本課學習經驗，同時指出尚未解決的問題，促使學生形成良好的學后反思習慣。在整體評價結束后，為了幫助學生更好地理解傳感器在生活中的相關應用，教師可以再次設計拓展性研究課題，明確調查方向：尋找生活中與傳感器相關的實用材料，閱讀霍爾元件的相關知識，整理不同傳感器工作原理的具體內容，引導學生利用課后時間進行研究。同時，出于對物理學科核心素養中“科學態度與責任”的考慮，在整理總結的過程中，學生將經歷自主學習過程，進一步感受到科學對推動人類社會進步的積極作用，并樹立良好的社會責任意識，正確認識科學的本質。

有效的評價策略能進一步促使研究性學習活動的順利開展，幫助學生借助評價及時完善不足，提高自身學習效能。

四、結束語

綜上所述，教師應以發展學生核心素養為重點組織高中物理教學活動，并以研究性學習為支架引導學生通過自主實踐、研究、合作的方式獲得知識，儲備經驗，積極主動參與學習活動，發展核心素養。研究性學習的開展和學生核心素養的培養并非一蹴而就，需要教師以充分的準備應對挑戰。