基于素養(yǎng)導(dǎo)向的物理教學(xué)設(shè)計(jì)個(gè)案研究

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》明確要求物理教師應(yīng)具備培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的課程建設(shè)、實(shí)施與評(píng)價(jià)的能力，因此，如何培養(yǎng)一批教育理念科學(xué)、教材理解精準(zhǔn)、教學(xué)手段多元的物理教師—尤其是青年物理教師—是普通高中物理學(xué)科建設(shè)中亟待解決的問(wèn)題.

1青年物理教師培養(yǎng)的必要性

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱課程標(biāo)準(zhǔn)）提出“物理教師應(yīng)根據(jù)普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)的基本理念、課程自標(biāo)和物理學(xué)科核心素養(yǎng)的要求，結(jié)合教學(xué)的實(shí)際情況，創(chuàng)造性地開(kāi)展教學(xué)工作，將物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)貫穿于物理教學(xué)活動(dòng)的全過(guò)程”“培養(yǎng)教師課程建設(shè)、實(shí)施與評(píng)價(jià)能力是本次課程改革的重要任務(wù)，是改革成功的關(guān)鍵”，是教育高質(zhì)量發(fā)展的前提.（1）青年教師在許多教學(xué)環(huán)節(jié)上尚不成熟，欠缺火候，但他們可塑性強(qiáng)，與社會(huì)新事物、新技術(shù)、新觀念交互性更瀕繁.同時(shí)，青年教師教齡的延續(xù)性更長(zhǎng)，能為課程改革這一長(zhǎng)期持久任務(wù)艱巨的過(guò)程帶來(lái)更多的可能性.（2）“三新”高考導(dǎo)向下，物理評(píng)價(jià)方式由原先的等級(jí)制轉(zhuǎn)變?yōu)橛浄种疲饬课锢斫虒W(xué)質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)尤其是高三畢業(yè)年級(jí)的教學(xué)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)一—也由原先“只要等級(jí)相同，不看分?jǐn)?shù)高低”變成“只有得分高低，不分青紅皂白”，評(píng)價(jià)方式較為片面.青年

教師正好處于新舊教學(xué)理念更迭過(guò)程的彷徨期，缺乏豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，自主特色的教學(xué)風(fēng)格尚未形成，有些手足無(wú)措.這主要體現(xiàn)在“會(huì)做不會(huì)講，會(huì)講不會(huì)教”，因此加強(qiáng)其自身教學(xué)素養(yǎng)的提升是實(shí)現(xiàn)教育高質(zhì)量發(fā)展的必然要求.（3）近幾年來(lái)，隨著高校專業(yè)錄取比例和原則的調(diào)整，高中階段選修物理的學(xué)生明顯增加，物理教師基本處于超工作量狀態(tài)，對(duì)青年物理教師的需求越發(fā)明顯.以我區(qū)組織青年教師參加的“2023年屆高三第二次模擬考試”活動(dòng)為例，其中40周歲以下的青年物理教師為35人，是青年歷史老師的1.75倍，超過(guò)全區(qū)在崗高中物理教師總?cè)藬?shù)的三分之一.因此青年教師正在逐步成為我區(qū)乃至全市物理教學(xué)的主力軍，而培養(yǎng)具有新時(shí)代精神的青年物理教師是物理教學(xué)改革成功的關(guān)鍵.（4）當(dāng)前大部分青年物理教師在中學(xué)時(shí)代經(jīng)歷的是江蘇省\"2008年高考方案”當(dāng)時(shí)高中物理教學(xué)體系是“必修 + 選修”，其中選修部分共5冊(cè)，江蘇高考要求在“選修3一3、選修3一4、選修3—5”三冊(cè)書中任選兩冊(cè)參加考試.并且在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，大部分地區(qū)采用的都是“不考不教”的策略，間接導(dǎo)致青年物理教師在學(xué)科知識(shí)組成上的不完整.而新課程標(biāo)準(zhǔn)則是要求“全學(xué)全考”，短缺的知識(shí)體系必然會(huì)導(dǎo)致“學(xué)”“教”矛盾的產(chǎn)生，因此大力提升青年物理教師教學(xué)能力也是補(bǔ)齊知識(shí)短板和應(yīng)對(duì)“三新”高考最現(xiàn)實(shí)的途徑.

2青年物理教師教學(xué)設(shè)計(jì)的個(gè)案研究

青年教師專業(yè)成長(zhǎng)的途徑多種多樣，提高教學(xué)設(shè)計(jì)能力是其中極為重要的一環(huán).教育高質(zhì)量發(fā)展背景下，教學(xué)設(shè)計(jì)不再只是學(xué)科知識(shí)的因果安排，更是培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的主要載體.

以下列舉“核力與結(jié)合能”教學(xué)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)片段，談?wù)劰P者關(guān)于素養(yǎng)導(dǎo)向下課堂教學(xué)設(shè)計(jì)的粗淺想法.

2.1基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)的自主預(yù)學(xué)設(shè)計(jì)

片段1（1）太陽(yáng)內(nèi)部存在大量氫核，已知質(zhì)子質(zhì)量 m=1.67×10^-27kg 電荷量 q=1.6×10^-19C 靜電力常量 k=9×10⁹N?m²/C² ，引力常量 G=6 7×10^-11N?m²/kg² ，相同距離上，求：兩個(gè)質(zhì)子的庫(kù)侖力與萬(wàn)有引力的數(shù)量級(jí)之比

（2）碳12原子質(zhì)量的 叫作原子質(zhì)量單位，符號(hào)為 u ，已知 1u=1.6605×10^-27kg ，光速 c=3.00× 10⁸m/s，1eV=1.6×10^-19J .試?yán)觅|(zhì)能方程 E= mc² 證明 _1u 相當(dāng)于 931.5MeV 的能量.

自主預(yù)學(xué)是培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力的重要手段.常見(jiàn)的預(yù)學(xué)往往是膚淺的閱讀或是簡(jiǎn)單的圈畫，而“基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教材預(yù)學(xué)”，則是引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行一些思維型任務(wù)，使學(xué)生在自主思考的前提下，能對(duì)物理概念的辨析或重要規(guī)律的認(rèn)知產(chǎn)生有深度的感知，有效促進(jìn)物理觀念形成的流暢性，這是物理學(xué)科關(guān)鍵能力培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié).

自主預(yù)學(xué)要有助于服務(wù)主題.新每節(jié)課的設(shè)計(jì)都應(yīng)該有嶄新的主題，倘若瞻前顧后必然會(huì)導(dǎo)致學(xué)習(xí)目標(biāo)分散.例如，在證明“萬(wàn)有引力無(wú)法束縛質(zhì)子”時(shí)，煩瑣的運(yùn)算一定程度上會(huì)壓縮課堂容量，因而將這些“必備次要問(wèn)題”前置于預(yù)學(xué)階段，厘清主次，可以加快課堂學(xué)習(xí)的節(jié)奏.

自主預(yù)學(xué)要有助于溫故知新.在相對(duì)論常識(shí)性學(xué)習(xí)之后，質(zhì)能方程的存在感就一直不強(qiáng)，大多數(shù)學(xué)生難以將其與結(jié)合能關(guān)聯(lián)起來(lái).而通過(guò)“原子質(zhì)量單位下， _1u 相當(dāng)于 931.5MeV 能量”的證明，將預(yù)熱與新知學(xué)習(xí)相結(jié)合，能有效提高學(xué)習(xí)的起點(diǎn)，促進(jìn)知識(shí)的融合，使知識(shí)的“螺旋上升”更順暢.

2.2 基于形成物理觀念的思維活動(dòng)設(shè)計(jì)

片段2提出問(wèn)題：原子核的數(shù)量級(jí)為 10^-15m ，在原子核那樣狹小的空間里，質(zhì)子之間存在著比較明顯的庫(kù)倫斥力.究竟是什么力量把帶正電的質(zhì)子緊緊地束縛在一起而不飛散開(kāi)呢？

初步猜想 可能是萬(wàn)有引力嗎？或者你還有關(guān)于其他力的猜測(cè)嗎？

科學(xué)驗(yàn)證 庫(kù)侖力與萬(wàn)有引力的數(shù)量級(jí)之比 ：

大膽推理 原子核內(nèi)還存在另一種力.

閱讀歸納 閱讀教科書第115—116頁(yè)，討論、 總結(jié)核力的特點(diǎn).

教材和教輔重在體現(xiàn)物理知識(shí)的客觀性與應(yīng)用性，對(duì)課堂教與學(xué)只能起粗線條的導(dǎo)向作用，因此，物理學(xué)科素養(yǎng)提升的關(guān)鍵不在教材編寫而在教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)是否科學(xué).學(xué)生物理觀念的形成嚴(yán)重依賴于學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)是否充分合理.核力作為微觀世界中的強(qiáng)相互作用，較之引力作用與電磁相互作用，它的難以理解之處在于缺乏直接感知性和定量可算性，它更偏向于是一種“概念力”.學(xué)生在客觀上對(duì)于核力概念的建立和認(rèn)可存在一定的困難，倘若照本宣科，學(xué)生將會(huì)徹底失去基礎(chǔ)的思考與質(zhì)疑能力.

因此，教學(xué)設(shè)計(jì)的關(guān)注點(diǎn)應(yīng)該從“物理觀念的記憶”轉(zhuǎn)移到“物理觀念的建立”上，圍繞“是什么力量把帶質(zhì)子緊緊地束縛在一起而不飛散開(kāi)”這個(gè)問(wèn)題展開(kāi)多層次引導(dǎo)，通過(guò)提出問(wèn)題、初步猜想、科學(xué)驗(yàn)證、大膽推理和閱讀歸納的遞進(jìn)式教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生思考，并通過(guò)推理論證讓學(xué)生經(jīng)歷物理觀念形成的全過(guò)程.

2.3基于構(gòu)建物理模型的探究行為設(shè)計(jì)

片段3實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象展示：相距一定距離的兩塊釹磁鐵，在相對(duì)光滑的水平面上由靜止釋放.在異名磁極間的吸引力作用下，二者加速靠近并吸附在一起，同時(shí)產(chǎn)生明顯碰撞“火花”.

宏觀模型提煉 假如水平桌面光滑，相距一小段距離的兩塊磁鐵在吸引力作用下，發(fā)生對(duì)心碰撞，碰撞后吸附成一個(gè)整體，可以將此次碰撞視為完全非彈性碰撞.若碰撞前瞬間兩組磁鐵的能量分別為E₁，E₂ ，碰撞后的總能量為 E₃ ，則系統(tǒng)損失的能量ΔE=E₁+E₂-E₃. （204

微觀模型建構(gòu) 相距小于 10^-15m 的兩個(gè)核子間，質(zhì)量分別為 m₁…m₂ ，在核力的作用下相互接近并結(jié)合成質(zhì)量為 ?m₃ 的原子核，這個(gè)過(guò)程中也會(huì)釋放出能量 結(jié)合能 ΔE=（m₁+m₂-m₃）C² ，如果要把原子核中的兩個(gè)核子分開(kāi)，同樣需要吸收相同的能量 ΔE

模型深入理解質(zhì)量分別為 Φ_m1，m2 的兩個(gè)原子核，在滿足質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒的條件下發(fā)生核反應(yīng)，形成質(zhì)量為 m₃ 的新原子核，這個(gè)過(guò)程中也會(huì)釋放出能量 ΔE=（m₁+m₂-m₃）C² .小組討論：這個(gè)能量是新原子核的結(jié)合能嗎？

新物理課程標(biāo)準(zhǔn)提出，根據(jù)本模塊所學(xué)物理模型的特點(diǎn)，聯(lián)系生產(chǎn)生活實(shí)際，從多個(gè)角度創(chuàng)設(shè)情境，提出與物理學(xué)有關(guān)的問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生討論，讓學(xué)生體會(huì)建構(gòu)物理模型的必要性和方法.根據(jù)這一要求，設(shè)計(jì)了以上探究行為：由“碰出火花”的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象展示開(kāi)始，通過(guò)條件約束提煉出宏觀模型，再以類比為手段引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建具有情境化的微觀模型，從而達(dá)到從字面解讀到理性認(rèn)同的跨越，實(shí)現(xiàn)對(duì)模型的深人理解.而且，用物理方法解釋物理規(guī)律本身就是物理學(xué)科素養(yǎng)的綜合體現(xiàn).

在高中物理課程中類似“結(jié)合能”這種極具抽象化的概念不在少數(shù)，以往事實(shí)證明，文字解讀式的傳統(tǒng)手段難以揭示其物理本質(zhì).而教學(xué)行為一旦缺乏說(shuō)服力，學(xué)生內(nèi)心就會(huì)缺少認(rèn)同感.因而，構(gòu)建一個(gè)“基于經(jīng)驗(yàn)事實(shí)的物理模型”顯得尤為重要.吉爾伯特曾說(shuō)：科學(xué)探究是模型的建構(gòu)過(guò)程，科學(xué)學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)模型建構(gòu)的過(guò)程.只有經(jīng)歷方法正確的探究過(guò)程才能構(gòu)建科學(xué)合理的物理模型.

2.4基于樹(shù)立科學(xué)態(tài)度與責(zé)任感的學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)

片段4數(shù)學(xué)推演：太陽(yáng)中的氮是由氘核聚變而來(lái)，氘核是由1個(gè)質(zhì)子和1個(gè)中子結(jié)合而成，核反應(yīng)方程為 ，已知中子的質(zhì)量 m_n= 1.6749×10^-27kg ，質(zhì)子的質(zhì)量 （204號(hào)10^-27kg ，氘核的質(zhì)量 m_D=3.3436×10^-27kg 求氘核的結(jié)合能為多少電子伏特 （eV） ：

合作探究科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，氘核與氘核結(jié)合能生成氮核，其核反應(yīng)方程為 Π₁²H+Π₁³HΠ₂⁴He+Π₀¹n. 氘核的結(jié)合能大概為 2.19MeV ，氙核的結(jié)合能大概為8.34MeV ，一次核反應(yīng)釋放的核能約為17.51MeV ，由此推斷氮核的結(jié)合能是多少？

現(xiàn)代科技雖然“氮閃”離我們十分遙遠(yuǎn)，但關(guān)于原子核物理的研究對(duì)人類社會(huì)的進(jìn)步具有十分重要的意義.2021年，中國(guó)“人造太陽(yáng)”— -全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置（EAST）運(yùn)行時(shí)間破千秒，其主要核反應(yīng)方程為： Π₁²H+Π₁³HΠ₂⁴He+Π₀¹n .已知氘核質(zhì)量為 2.014 1u ，氘核質(zhì)量為 ，中子質(zhì)量為 1.0087u ，氮核質(zhì)量為 4.0026u ，則該核反應(yīng)一次能釋放多少核能？

物理教學(xué)中要十分重視對(duì)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任感的培養(yǎng).傳統(tǒng)”教學(xué)觀更注重物理知識(shí)的灌輸和方法的傳授，導(dǎo)致教學(xué)設(shè)計(jì)一直聚焦于“講和練”，對(duì)科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任意識(shí)的培養(yǎng)通常只是象征性的.本教學(xué)設(shè)計(jì)創(chuàng)設(shè)了“氨閃”的故事情境，從數(shù)學(xué)推演、合作探究、現(xiàn)代科技等多角度組織學(xué)生活動(dòng)，突出讓學(xué)生在活動(dòng)中學(xué)習(xí)的思想，從科普的角度開(kāi)展科學(xué)態(tài)度和責(zé)任感的培養(yǎng)，更能得到學(xué)生的認(rèn)同.

學(xué)生活動(dòng)的組織是課程推進(jìn)的主體形式，教學(xué)設(shè)計(jì)的核心是學(xué)生活動(dòng)的設(shè)計(jì).在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，要將學(xué)生獨(dú)立思考的個(gè)體活動(dòng)和合作探究的小組活動(dòng)有機(jī)結(jié)合，讓學(xué)生體驗(yàn)和共享學(xué)習(xí)的成果，激發(fā)旺盛的求知欲；要更加多元地將現(xiàn)代科技和社會(huì)生活與教學(xué)內(nèi)容相互融合，讓學(xué)生在交流和表達(dá)中感受科學(xué)的客觀性和嚴(yán)肅性，對(duì)自然科學(xué)始終保有敬畏之心.

3結(jié)語(yǔ)

教育高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵是課堂教學(xué)的改革，課堂改革的前提是教學(xué)設(shè)計(jì)的不斷優(yōu)化.青年教師年富力強(qiáng)、思維敏捷，作為教學(xué)工作的主力軍，應(yīng)發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)創(chuàng)造性地開(kāi)展工作，堅(jiān)持將培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的思想浸潤(rùn)到教學(xué)設(shè)計(jì)的各個(gè)過(guò)程中.只有這樣，高中物理教學(xué)才能徹底走出以應(yīng)試為目的、以刷題為手段的狹隘教育理念.

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