以核心问题推进学生物理核心素养的积淀

熊文俊

(四川大学附属中学，四川 成都 610021)

以核心问题推进学生物理核心素养的积淀

熊文俊

(四川大学附属中学，四川 成都 610021)

核心素养需要在体验、深度体验中点滴积淀而成,实践研究表明:恰当的核心问题能为学生在课堂中的体验、深度体验提供良好的体验境遇针对不同的物理课型,可设计相应的核心问题推进学生物理核心素养的积淀:概念规律课中设计探究类核心问题,凸显对“物理观念”“科学思维”素养积淀的推进;实验课中设计操作类核心问题,凸显对“实验探究”“科学思维”素养积淀的推进;复习、习题课中设计方法类核心问题,凸显对“物理观念”“科学思维”素养积淀的推进;学史课中设计分享类核心问题,凸显对“科学态度与责任”“科学思维”素养积淀的推进.

物理课型;核心问题;深度体验;物理核心素养

2015年10月,教育部下发了《普通高中物理课程标准修订稿》内部征求意见稿,提出:物理核心素养是学生在接受物理教育过程中逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力,是学生通过物理学习内化的带有物理学科特性的品质,是学生物理核心素养的关键成分,主要由“物理观念”“科学思维”“实验探究”“科学态度与责任”等4个方面的要素构成.其中“物理观念”主要指高中物理中重要的思维方法,包括建模的思想、理想化方法、分析综合、抽象概括、批判性思维、推理论证等思维与方法;“实验探究”主要指高中物理中通过实验发现物理规律的方法,包括发现问题、合理猜测、设计实验探究方案和获取证据、分析论证、合作与交流、评估和反思等;“科学态度与责任”主要指对待科学的态度与价值观,包括能正确认识科学的本质,具有学习和研究物理的好奇心与求知欲,能主动与他人合作,实事求是,不迷信权威,具有保护环境、节约资源、促进可持续发展的责任感等.[1]

物理课堂有不同的课型,不同课型中需通过学习体验积淀的学科素养也不尽相同.长期实践研究发现:恰当的核心问题能为学生在课堂中的体验、深度体验提供良好的体验境遇;在不同的物理课型中,运用在教材分析及学生分析基础上生成的核心问题(由课时核心内容生成的能够驱动整节课学生活动体验的中心问题或中心任务)可有效引导学生深度体验中积淀物理学科素养.下面从物理教学中概念规律课、实验课、复习习题课、物理学史课等4种常见课型谈谈如何以核心问题推进学生物理核心素养的积淀.

1 概念规律课中设计探究类核心问题,凸显对“物理观念”“科学思维”素养积淀的推进

物理概念和规律是物理学的基石,对它们的学习自然也是学生形成物理知识结构、解决物理问题、形成学科能力和核心素养的基础.

传统物理概念规律课通常重结论、轻过程,其通常的教学流程大致是这样的:先由教师或通过演示实验、或通过讲解得出概念规律——教师指出应用这一概念规律解决问题时应注意的问题——教师分析、讲解典型例题——学生通过练习对所学概念规律加以巩固.这种教学方式中前3个环节都是“老师讲、学生听”,只有最后一个环节是学生相对主动地思考,因此学生往往在前三个教学环节中处于被动地位,如果教师讲得够明晰,则学生能听得懂,但到了最后一个自己完成练习的环节时,往往会因前面环节的体验不深而导致“听得懂而做不起题”的情况.

针对这一现状,在概念规律课的教学中,可用恰当的核心问题促进学生在概念形成、规律得出的过程中深度体验.考虑到学生获取物理概念规律不应是单纯地记住与获取结论,而应在体验基础上主动建构知识的同时,积淀相应的物理核心素养.为此,必须在概念规律的学习中关注它们形成的背景,一定程度上经历它们形成的过程.因此,物理概念规律课的核心问题多以“概念规律+探究活动”组成的探究类核心问题呈现.

下面以高二物理“楞次定律”(第1课时)这一规律课教学为例加以说明.

“楞次定律”是高中物理中典型的重难点知识,通常的教学方式是教师通过演示实验分析得出楞次定律,重点讲解对“阻碍”的理解后,给出判断感应电流方向的步骤,再由学生应用楞次定律进行练习巩固.这样的教学中学生对楞次定律的得来过程体验不足,因此对定律的理解就不够深入,形成的记忆中相当部分是短时记忆,应用它来解决问题时自然会感到非常困难,而且正迁移水平低,不利于学生物理学科核心素养的积淀.

为了实现学生在体验中学习规律,积淀素养,有效突破这一典型的教学难点,学生首先应通过教学活动的参与、学习活动中的体验,自主归纳感应电流方向应遵循的规律;进而在反思“感应电流方向应遵循规律”的活动体验中,自发产生对楞次定律中 “阻碍”这一关键词的关注与理解,得出判断感应电流方向的步骤;最后应用得出的规律分析、解决典型的相关问题,在运用反馈中进一步加深对楞次定律的理解.

基于前述分析,为本节课设计了核心问题:“分析实验现象,探究感应电流方向应遵循的规律.”在这一核心问题的激发下,学生先根据已有的相关知识分析、猜想感应电流方向的可能影响因素;接着,教师介绍楞次定律实验装置,示范演示4个典型实验中的一个,与学生一起完成对实现现象的分析,示范板画实验现象应标示的信息;此后,3组学生先后自愿上台自选完成其余3个典型实验的演示,并以板画的形式记录实现现象;台下的学生对台上演示的学生进行适时的提示与评价;到此,学生们再将前面学习中从能量守恒观点进行分析的相关现象与本节课完成的楞次定律实验现象加以比较,努力透过这些现象,寻找其中本质性的共同之处,通过归纳、讨论得出:当原磁通量增加时,感应电流的磁场将阻碍磁通量的增加;当原磁通量减少时,感应电流的磁场将阻碍磁通量的减少.在这样有深度的实质性体验中,学生们很自然地关注到了其中的关键词“阻碍”,并能理解其含义,同时还感受楞次定律的简洁之美.

本课设计的实施中学生在明确核心问题后,活动积极、体验充分,特别是3组自愿上台学生自主演示实验、板画实验现象的环节中,台上、台下的学生打成了一片,台下的同学积极为台上同学出主意、纠错误、作评价;反思提升环节中,学生尝试了多种归纳途径,最终才得出正确的结论,学生在本环节中的试误体验相当充分.由于对“楞次定律”这一规律建立有了较有深度的学习体验过程,学生对楞次定律的理解就比较自然而到位,不会感觉十分困难了.

像这样,学生在核心问题的引导下,由于对规律的建立过程体验较深,自然对规律的适用条件、范围等有较好把握;同时学生又在规律应用中加深体验,自然对规律的理解就伴随着不断深入的体验不断加深.这样的学习看起来在新课教学中花的时间较长,但从较近期来看,更能达成学生对知识的意义理解;从长远发展来看,学生在这一次次对概念、规律建立的体验中,便点滴积淀着“物理观念”“科学思维”等学科核心素养,这逐渐培养起来的核心素养对学生的综合素质提升、终身发展无疑具有重要的奠基作用.因此这种时间的花费是值得的.

2 实验课中设计操作类核心问题,凸显对“实验探究”“科学思维”素养积淀的推进

物理学是一门离不开实验的科学.物理实验教学本应受到尊重和重视,但由于高考都是以纸面答卷来考查实验,因此不少师生便将本该由学生动手操作,在身体性体验基础上形成的实验技能、实验方法、实验思想演变成了纸上“做”实验,导致学生实验素养不高,高考中的实验题的得分率也一直很低.长此以往,不少学生就觉得物理难、物理实验更难,进而对实验产生畏惧感.

针对这一现状,实验课教学中,可用恰当的核心问题促进学生在亲自动手实验操作的身体性体验基础上,主动动脑思考,加深体验.考虑到物理实验不应是纸上会做实验题即可,而应在主动动手操作中体验、主动动脑思维中体验,因此,物理实验课的核心问题多以“实验问题+操作活动”的操作类核心问题呈现.

下面以高二物理“螺旋测微器(千分尺)”实验教学为例加以说明.

“螺旋测微器”惯常的教学中,往往是教师先讲解其测量原理,得出其使用方法及正确读数要求;学生再按教师所讲要求在较短时间内通过实验测量一些物体的长度,完成实验报告.学生动手测量与教师讲解的耗时之比通常不足1∶2.

对上述教学现状进行反思后,不难发现:由于测量原理、使用方法及读数要求均是以“教师讲、学生听”这种方式进行的,学生对测量原理的体会不够主动,因此理解不深入;对测量方法的操作不够主动,因此体验不深层;对读数要求的领会不主动,因此记忆不深刻.由于学生学习的各环节主动性不强,体验深度不足,当然较难切实掌握好像游标卡尺和螺旋测微器这样的测量工具.如此看来,出现历次考查中,学生该部分的失分较多就不足为奇了.

考虑到学生学习过游标卡尺,对通过巧妙设计等分毫米刻度的思想有初步的认识,部分学生接触过螺丝钉,对旋动螺丝钉有一定的体验,对螺距与旋转距离间的关系有初步的缄默认识,因此可大胆地放手让学生自己探究螺旋测微器的使用方法,进而从体验中分析得出其测量原理及读数要求.

基于前述分析,为学生在探究活动确立了核心问题:“用螺旋测微器测物体的长度,探究螺旋测微器的测量原理.”并将这一核心问题布置成家庭作业,借给每位学生一个螺旋测微器,请学生自己回家进行探究.

第2天,全班学生均上交了体验报告,看过学生的体验报告后,感到他们在这样的探究中收获颇丰,突出表现在以下几个方面:由于学生的探究、体验是自主的,每位学生调用的相关缄默知识是不尽相同的,因此学生的体验过程具有相当程度的个性化;几乎所有学生都通过探究,对螺旋测微器的测量原理有了较深层的体验,相当部分的学生完全弄清了螺旋测微器的测量原理;几乎所有学生通过不同的方式学到了螺旋测微器的正确使用和读数方法;少数学生在使用螺旋测微器探究其测量原理及测量方法的体验中时,自发地渗透了学科思想方法,相当部分学生自觉、不自觉地用到了自己心中的思想方法;由于学生的体验细致、深入,平常教学中教师不太会仔细讲的螺旋测微器微调旋钮的作用、零误差的校正、固定夹的作用等细节也被许多学生关注到了.

可见,在改变后的这种学习方式中,不仅绝大多数学生自己在体验、学习中已经领悟了螺旋测微器的测量原理、测量方法及读数方法,还有相当部分学生获得了更多的体验,学到了更多的知识.更为可贵的是有学生在自主体验中油然而生了学习成就感、对螺旋测微器设计者的钦佩感.有位学生对微调螺母的设计谈到: “这样的设计既保证了精度又保证了安全,的确是很好的设计.”还有位学生在报告中写到:“……只要这样做了,该学的、该体会的、该思考的,该得到的经验方法都有了……”学生在这些积极的情感体验中积淀着核心素养,激发着学习兴趣和主动学习的愿望,学生学习兴趣的保持和增进无疑会为学生的终身学习、可持续发展奠定更为坚实的基础.

有了学生们课前在动手操作中获得的深度体验,课堂上,教师首先肯定了学生们在这次探究活动中的优良表现,然后和学生们一起较为简明地回顾了螺旋测微器的相关学习要点,最后针对学生体验报告中存在的不足与学生们一道作了相关分析.从后续对这部分知识的各种考查中发现,这种在学生深度体验基础上耗时不多的课堂师生交流学习方式确会收到比传统的“先讲后做”方式更好的学习效果,对螺旋测微器产生更好的长时记忆效果.

可见,学生们在这样的操作类核心问题引导下,自主实验的深度体验过程中,确能积淀发现问题、合理猜测、实验探究、获取证据、分析论证、评估和反思等“实验探究”“科学思维”素养.

3 复习、习题课中设计方法类核心问题,凸显对“物理观念”“科学思维”素养积淀的推进

3.1 复习课中设计复习方法类核心问题

学生学习过程中对知识的掌握、方法的习得,都需要适时复习巩固,因此物理教学中复习课必不可少.

为了更好地发挥复习课教学的功效,可用恰当的核心问题达成学生在课堂上更为深度的体验,在复习旧知、强化方法的同时养成良好的复习习惯,逐步形成较强的学习能力.考虑到复习课所复习的知识在新课教学中学习过,因此复习课学习中不应仅仅停留在新课学习阶段的要求上,而应在巩固知识、强化方法基础上使自己的学习态度、学习习惯、学习能力等在不断加深的体验中逐步改善,物理核心素养得以进一步积淀.因此,物理复习课中的核心问题多以“复习方法+反思活动”的复习方法类核心问题呈现.

下面以高三物理“电磁感应现象 楞次定律”高三一轮复习(第1课时)教学为例加以说明.

从高考考纲要求看,考纲中对“电磁感应现象”的要求为Ⅰ级,要求知道其内容及含义,并能在有关问题中识别和直接使用;对“楞次定律”的要求为Ⅱ级,要求理解其确切含义及与其他知识的联系,能进行叙述和解释,并能在实际问题的分析、综合、推理和判断等过程中运用.从本章(“电磁感应”)知识的逻辑结构看,有3条非常明晰的线索:电磁感应现象及其产生条件和能量转化,感应电流(感应电动势)方向的判断,感应电流(感应电动势)大小的计算;还有在这3条线索的分析中与其他部分知识和方法的综合运用.本节(“电磁感应现象 楞次定律”)内容是前述本章结构中前两条线索的主要内容,也是高考常考点.其核心内容是楞次定律,由楞次定律向前可延伸至电磁感应现象的产生条件,向后可延伸至对判断感应电流(感应电动势)方向派生方法的理解和应用.

从学生前一天完成作业反馈情况看,多数学生能回忆起相关知识,自主解决基本的相关问题;但学生对与电磁感应现象综合的问题解决起来有困难,对电磁感应现象及楞次定律的深入理解需要加强.

教学中为了学生能在体验、深度体验基础上不断加深对本节课核心内容的理解,同时也为了学生能在核心问题的激发下获得深度体验,确立的核心问题是:“进一步订正‘电磁感应现象 楞次定律’练习中存在的问题,并将问题进行归类.”

以这样的核心问题进行教学,学生在核心问题营造出的情境中,不断加深对“电磁感应、楞次定律”相关问题正确理解的同时,积淀着“物理观念”“科学思维”素养; 在自主地将问题进行归类、总结的体验中,提升其遭遇问题时分类分析的习惯和素养.

3.2 习题课中设计解题方法类核心问题

学生学习中完成适当的习题来加深对相关知识的体验、理解是必不可少的,习题课教学也就成为必需的教学组成部分.

为了更好地发挥习题课教学的功效,可用恰当的核心问题来激发学生的体验活动,更好地解决物理问题,加深对物理概念、规律的理解,积淀物理学科素养.考虑到学生解答物理问题感到困难的原因是多方面的,因此教师要在每节习题课前首先分析教学内容与学情,确定本节习题课主要解决的问题以及学生在复习课体验中应习得或巩固的主要方法,然后再确立相应的激发学生活动体验的核心问题.因此,物理习题课教学中的核心问题多以“解题方法+归纳活动”的解题方法类核心问题呈现.

下面以高三复习教学中针对学生审题能力较弱这一现状进行“高中物理计算题的审题要点”习题课为例加以说明.

一方面,高三学生觉得物理题难、易出错等困惑相当部分原因是由于解题的最初环节——审题不清造成的;以往的高三复习教学中,这一问题通常是在知识、方法的复习中就所遇到的题目较为零

图1 物理题的审题过程及要点

散地加以讲解,这样做的结果是,某些学习主动,反思、总结能力强的同学能将分散在各部分复习中出现的审题关键加以关注,进行反思总结,但更多的同学对此不够重视,没有进行反思和总结.另一方面,高三阶段的复习应对所学知识、知识背后的思想方法加以复习、总结,也应对解题方法、技巧予以关注,加以总结.

为让更多的学生能对审题中可能出现的问题加以关注,主动反思,总结出与自身认知结构相适应的审题方法加以内化,因此设计了“高中物理计算题的审题要点”一课,并以核心问题“审计算题,归纳审题要点”,引发学生的主动学习活动,激起学生们对审题的足够重视,课堂上共同生成了如图1所示的“物理题审题过程及要点”.课后,学生又在此基础上根据自己的思维习惯和认知特点,总结了适合自己的审题过程及要点,并在后续学习中加以关注和主动运用,有效、甚至高效地减少解题最初环节——审题造成的障碍.

可见,学生在这样恰当核心问题引导下的复习、习题体验中可不断强化物理中建模思想、理想化方法、分析综合、抽象概括、反思归纳、有效提取关键物理信息、基于信息分析并解决问题等“物理观念”“科学思维”等素养.

4 学史课中设计分享类核心问题,凸显对“科学态度与责任”“科学思维”素养积淀的推进

学生学习物理,不仅要学习物理知识和方法,还应对物理学史有所了解,在对历史上科技对人类、社会的巨大促进作用以及科学家善于发现问题、实事求是、潜心钻研、锲而不舍等优秀品质的感染中不断积淀其人文素养.

为了更好发挥出物理学史课的育人功能,可用恰当的核心问题激发学生在课前及课堂中的交流欲望,在交流中增加自己对相关学史及物理学家的了解,从中更深感悟到物理学的发展对人类、社会的推动作用,感悟到科学家的优秀品质,并能受其感染与感召,积淀其人文修养.因此,物理学史课中的核心问题多以“学史材料+分享活动”的分享类核心问题呈现.

下面以高一物理“对自由落体运动的研究”为例加以说明.

本节课的传统教法是将教学重点放于对自由落体规律的讲解与应用上.考虑到对于进入高中不久的高一年级学生,学习高中物理的习惯、方法还待完善,对物理学中的思想方法认识很少;更为重要的还考虑到本节将旧教材的标题“自由落体运动”调整为“对自由落体运动的研究”,较完整地介绍了自由落体运动规律的探究历程以及在探索过程中体现的科学方法,突出了对此项研究作出突出贡献的科学家伽利略的介绍.因此,本节的教学中,学生不仅要对自由落体运动有所认识,更应对落体运动规律的探究历程以及在探索过程中体现的科学方法和精神有所认识、有所感悟,还应对物理学有着创始作用的伽利略有所了解.也就是说,本节课的教学应在传统教学基础上凸显标题中体现研究过程的“对……的研究”.为此,设计了核心问题:“阅读教材,谈对自由落体运动的认识.”

在此核心问题的引发下,学生们认真通读了本节除例题外的其余所有内容.由于学生们的已有知识,特别是他们已有的缄默知识各不相同,因此在自主阅读活动中,面对相同的阅读素材,各自的感受不会相同,甚至会大不相同:有学生重点关注的是自由落体运动的概念,有学生重点关注的是自由落体运动的规律,有学生重点关注的是人类对落体运动的认识历程,有学生特别关注的是伽利略所用的科学推理方法……学生们自主阅读之后,学生在“谈自己阅读教材后对自由落体运动的认识”这一全班交流活动中,有效弥补了自己认识上的不足,丰富了对自由落体运动的认识.

有了学生独立阅读、相互交流活动中对自由落体运动的感悟、认识基础,师生再一起反思前面的学习过程,归纳对自由落体运动的认识,形成对自由落体运动较为全面、系统的认识.

以这样的核心问题激发与推进的物理学史课堂教学,学生可以在交流、分享中拓展学习的视野,积极引导其对待科学的态度与价值观,有效积淀“科学态度与责任”“科学思维”等物理核心素养.

众所周知,良好的学习习惯、学习素养、学习能力绝不是一蹴而就的,均需要在相关体验中日积月累才能形成.通过在不同课型中恰当核心问题的设计和实施,学生们定会在核心问题营造的活动体验情境中,不断加强对知识方法掌握的同时,在体验、深度体验中积淀良好的物理核心素养,为个人和社会的可持续发展更好地奠基.

1 彭前程.积极探索基于核心素养理念下的物理教学[J].中学物理,2016(2):1-2.

2016-12-08)