基于學科核心素養的高中物理概念教學設計實踐研究*

[摘 要]對基于學科核心素養的高中物理概念教學設計的實踐展開研究和探討是十分必要的。學科核心素養將學科知識與學科能力結合起來，從而培養學生全面發展的素養。本文介紹了教學設計的策略，詳細分析了學科核心素養在教學中的體現，以及這種教學方法對學生學業發展的影響。研究結果表明，基于學科核心素養的高中物理概念教學設計有助于提高學生的學科理解能力、批判性思維能力和解決問題的能力，為學生的終身學習奠定了堅實的基礎。

[關鍵詞]學科核心素養；高中物理；教學策略；物理概念

高中階段，學生開始接觸更加復雜和深刻的物理概念，這對于他們未來的學術發展和職業選擇具有重要影響，傳統的物理教育往往集中于知識的灌輸，忽視了學生的綜合素養和核心素養的培養。學科核心素養作為一種新興的教育理念，強調學科知識與學科能力的有機結合，它呼吁教育者不僅應該關注學科的內容，還應該注重學科方法和學科態度的培養，這種全面素養的培養有助于學生更好地理解學科的本質，培養他們的批判性思維、問題解決能力和自主學習能力。因此，在高中物理教育中，如何將學科核心素養的理念有機地融入教學設計，提升學生的學科素養成了一個重要的研究課題。物理概念是物理學科中用來描述和解釋自然界中發生的現象和規律的抽象思維工具和理論構想，這些概念幫助人們理解和研究物質、能量、力量、運動和相互作用等自然現象，它們不僅為學生提供了對自然界的深刻理解，還培養了學生的科學思維和解決問題的能力。因此，高中物理教育應致力于教授和強調這些概念的重要性?；趯W科核心素養的高中物理概念教學設計的實踐研究也是十分必要的。

一、物理概念教學與物理學科核心素養的內在聯系

物理概念教學與物理學科核心素養存在著密切的內在聯系，因為物理概念教學是培養學生物理學科核心素養的重要途徑之一，物理概念教學與物理學科核心素養之間的也是通過核心素養的四個方面聯系起來的。物理學科核心素養第一個方面就是物理觀念，高中物理概念教學讓學生理解自然現象和規律，物理概念幫助學生理解和解釋各種自然現象和物理規律，從運動、力學到電磁學和熱力學等，通過理解這些概念，學生能夠回答許多關于世界如何運作的基本問題，在這一過程中學生便逐漸理解了核心素養下物理觀念方面的內涵并且建構了自己腦中物理觀念的大廈。物理學科核心素養第二個方面是科學思維，高中物理概念教學毫無疑問能培養學生的科學思維，學習物理概念有助于培養學生的科學思維能力，包括批判性思考、觀察和實驗技能、問題解決能力以及邏輯推理，這些思維技能在日常生活和職業生涯中都是寶貴的。物理學科核心素養第三個方面是科學探究，在高中物理概念教學中，對概念的探究是必不可少的，這也自然能培養學生科學探究的能力，在教學一些物理概念時，教師引導學生參與物理實驗和觀察現象，讓他們親身經歷科學探究的過程。通過提供實踐機會、鼓勵提問和問題解決、培養數據分析和科學寫作技能，以及參與科學項目和實驗設計來培養學生的科學探究能力，這就是概念教學對于落實科學探究的優勢及其重要性。核心素養的第四個方面便是科學態度與責任，教師在概念教學過程中經常強調科學方法， 引導學生探討科學研究的倫理和社會影響，從而培養學生的社會責任感，讓他們認識到科學和技術對社會進步和可持續發展的重要性。

二、物理概念教學設計的實踐策略

（一）按形成概念的科學方法對高中物理概念進行分類

不同類型的物理概念反映了物理學科的多樣性和復雜性。在高中物理教育中，學生通常會逐漸接觸和理解這些不同類型的概念，借助形成物理概念的科學方法可以將高中物理概念分為經驗性概念、理論性概念、實驗性概念、歷史性概念，從而使基于學科核心素養的高中物理概念教學設計更有針對性，這種分類方法有助于教師更好地組織教學，并幫助學生建立漸進的物理概念體系。高中物理概念分類的一些示例和根據見表1。

（二）物理概念的引入策略

1.借助生活現象進行概念引入

生活離不開物理，物理也離不開生活，學生在自己的生活過程中其實已經能夠形成一些模糊的物理觀念。在上述物理概念的分類中的經驗性概念如果借助生活現象引入，學生更容易理解和關聯這些與他們日常經驗相關的概念，因此會更積極地參與學習。其次物理概念通常涉及抽象的理論和數學公式，對許多學生來說，這可能是難以理解的，通過將這些概念與生活中的實際情境聯系起來，可以幫助學生更好地理解概念的實際意義和應用價值，例如經驗性概念中的引力和重力概念，教師可以使用一個蘋果或其他物體，解釋為什么物體會被地球吸引并掉落，討論重力對我們日常生活的影響，如為什么東西會落地，為什么人們需要樓梯和電梯等；對于摩擦力和滑動，可以使用一個玩具車或滑板，討論為什么物體在表面上停止或滑動，介紹摩擦力如何影響人類的行走、駕駛汽車以及運動等。這些生活示例能夠將抽象的物理概念與日常經驗聯系起來，使學生更容易理解和記憶這些概念，通過引入生活內容，物理教學可以變得更具趣味性和實用性，激發學生對物理學的興趣。

2.借助知識聯系進行概念引入

俗話說溫故而知新，在物理概念教學中教師常常能用舊知識引入新知識。學生在了解舊知識的基礎下對新知識進行舉一反三，能對新知識有更好的理解和記憶，因此教師在進行物理概念教學中，借助知識聯系進行概念引入，可以幫助學生對概念進行深刻的構建。在上述概念分類中的理論概念便能應用這種方法。例如介紹牛頓第一定律，可以問學生在什么情況下他們需要施加力才能使物體保持勻速運動，然后將這一知識與牛頓第一定律聯系起來，解釋為什么物體會保持勻速運動，直到外力作用于它。類似地，教師可以引入電流和電壓，可以讓學生回想起他們對水流的知識。比如，可以讓學生想象水流通過管道的情景，并將水流比喻為電流，管道的直徑比喻為電阻，水壓比喻為電壓，這樣的比喻有助于學生理解電流和電壓的概念。通過這種方式，借助知識聯系可以使物理概念更加具體、實際，從而促進更深入的理解和學習。

3.借助發展過程進行概念引入

物理是自然科學的一個分支，它研究物質、能量、力量和宇宙的運行規律。要引入物理概念，人們可以通過描述物理現象的發生和發展過程來引起興趣和理解。在上述概念分類中的實驗性概念和歷史性概念可以利用這種方法進行引入。首先，教師選擇一個與物理概念相關的現象或場景。這個現象應該能夠激發學生的興趣，其次，描述所選現象的起源。講述這個現象是如何開始或發生的，可以引入一些歷史背景或相關的故事。例如，可以介紹發現電力的歷史，包括本杰明·富蘭克林和他的風箏實驗。再次，引入與所選現象相關的物理概念。如在討論電力時，可以介紹電荷、電流、電壓和電阻等基本概念，解釋這些概念是如何與所選現象相關聯的。最后，描述所選現象的發展過程，使用物理概念來解釋它是如何發生的。借助概念知識的發展過程，讓學生更好地理解這些概念在自然界和日常生活中的應用，有助于使物理概念變得更具體和有趣，同時增加了學習的吸引力。

（三）物理概念的形成策略探究

概念形成在概念教學中是一個重要的過程，它涉及幫助學生理解、建立和應用抽象概念。概念教學是一個逐漸深化的過程，需要時間和耐心，教師應該靈活地調整教學策略，以滿足不同學生的需求，并不斷評估學生的理解程度，以確保他們成功地形成概念。

1.借助實驗探究進行概念生成

借助實驗來探究物理概念是一種非常有效的方法，尤其在物理教育中，提供學生進行探索性學習的機會，讓他們親自發現概念的特性和關系，這對于落實核心素養下科學思維和科學探究也是非常有意義的。例如要探究電路相關概念時，教師可以設計一個簡單的實驗，以便學生可以親自觀察和測量與所選概念有關的現象。在電路示例中，可以設計一個簡單的電路，包括電池、導線、電燈泡和電阻器，這個電路可以用來探究電流、電壓和電阻之間的關系，讓學生按照設計好的電路連接組裝電路，然后，要求他們使用多用表測量電流和電壓的數值；在實驗過程中，引導學生記錄他們的觀察結果和測量數據，組織學生的討論，讓他們分享他們的觀察和數據，并引導他們分析實驗結果，以找出電流、電壓和電阻之間的關系。同時可以幫助他們理解歐姆定律，即電流與電壓和電阻之間的關系；最后，讓學生總結他們的實驗結果并形成概念，幫助他們理解電流是電荷流動的速度，電壓是電荷的電勢能，而電阻是電流受到的阻礙。通過這個實驗，學生會理解這些概念之間的關系，這個實驗不僅幫助學生形成電路相關的物理概念，還通過親身實踐加深了他們對這些概念的理解。

2.借助實際應用進行概念生成

借助實際應用來形成物理概念是一種強有力的教學方法，因為它將抽象的物理原理聯系到實際情境中，使學生更容易理解和記住這些概念。例如想讓學生形成運動、速度、能量相關的概念，可以引入汽車剎車距離與速度的關系這一與生活息息相關的實際應用為例子，教師給出汽車和路況的相關參數，學生通過計算可以繪制速度與剎車距離之間的圖表，他們將注意到一個明顯的趨勢，即速度增加時，剎車距離也增加；然后引入物理概念：動能和牛頓的第二定律，解釋為什么在高速度下需要更長的剎車距離，同時可以講解動能與速度的平方成正比，以及力等于質量乘以加速度的概念，這些概念解釋了為什么在高速度下剎車時，需要更大的力量來減速汽車，并且汽車會行駛更長的距離。學生在這樣一個思考實際應用的過程中逐漸形成了概念，并且對物理概念更加深刻。

（四）物理概念的鞏固策略探究

1.借助思維導圖進行概念的鞏固

思維導圖是一種有效的學習工具，可以很好地用于鞏固物理概念，幫助學生將相關概念可視化，展示它們之間的關系，以及概念的層次結構。以“牛頓的三大運動定律”為例，教師先確立中心節點——牛頓的三大運動定律，然后是主要分支：第一定律（慣性定律）、第二定律（力和加速度的關系）和第三定律（作用和反作用），接著是次要分支，如第一定律下的子概念：物體在靜止或勻速直線運動時，會保持這種狀態，然后可以進行知識間的相關聯，如將第二定律與加速度用箭頭關聯，繼續擴大思維圖。思維圖可以幫助學生可視化物理概念，了解它們之間的關聯，從而更好地理解物理學概念，思維圖的靈活性和圖形化特點使其成為鞏固物理概念的強大工具，適用于各種學習風格的學生。

2.借助課后練習進行概念的鞏固

通過課后練習，學生可以不斷復習和應用他們在課堂上學到的物理概念，這有助于加強概念的記憶，使其更易于掌握和運用，在課后練習的過程中，學生可能會發現他們對某些概念存在誤解或模糊點，這為他們提供了一個機會，通過自我糾正或請教老師來澄清疑惑。對于課后練習，教師可以設計不同類型的問題，包括選擇題、填空題、解答題等，這有助于學生綜合運用概念，避免只是機械性的記憶答案。對于題目難度，應該從簡單到復雜，逐漸增加問題的難度，這樣可以確保學生在鞏固基本概念后，逐步提高他們的理解和技能水平。教師還可以鼓勵學生在小組中一起解決問題，通過互相討論和合作，他們可以分享不同的解決方法和理解，互相幫助。通過將這些方法結合起來，教師可以有效地利用課后練習來鞏固物理概念，提高學生對物理學的理解和應用能力，練習應該被視為一個積極參與學習的機會，而不僅僅是一項任務。

物理概念教學對于培養和發展學生的物理學科核心素養具有重要意義。通過研究高中物理概念教學和落實培養學生物理學科核心素養的重要性，從而將這二者相聯系。在物理學科核心素養導向下對物理概念教學的策略進行研究并舉出相關例子，幫助教師更好地把握學科核心素養的內涵與特征，提升物理概念教學課程的設計能力，開展更高效更有趣的物理課堂。同時幫助學生更好地理解物理概念，提升探究實驗能力，加強對自然界的認識。在以后的高中物理概念教學中，教師能在學科核心素養中衍生課堂，同時在課堂中展現學科核心素養。

參考文獻：

[1]徐雯.基于學科核心素養的高中物理概念教學設計研究[D].青島：青島大學，2020.

[2]周瑋.“物理學科核心素養”導向下的高中物理概念教學設計[J].物理通報，2019（04）.

（責任編輯：姜波）