高中物理教学中培养学生物理学科核心素养的探索与实践

摘要：如何将物理学科核心素养融入物理教学中，是高中物理教师思考的课题.教师要实现高中物理核心素养的培养目标，必须将学生物理核心素养的培养转化成高中物理教师的教学理念，融于高中物理课堂教学、实验课教学、习题处理、学生课外兴趣小组活动等整个教育教学的全过程.

关键词：物理核心素养；课堂教学；实验教学；习题疑难点；课外活动

基金项目：抚顺市教育科学“十三五”规划2018年度立项课题“高中物理实验教学中落实核心素养的实践研究”课题编号：2018064.

作者简介：晋文梅（1963-），女，辽宁抚顺人，硕士，中学高级教师，研究方向：物理教学与核心素养培养.

物理学科核心素养是物理学科育人价值的集中体现，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关键能力和必备品格，是学生科学素养的重要组成部分.物理核心素养主要由“物理概念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面的要素构成[1].

多年来高中物理课堂教学是学科取向的学科教育，即以教育为手段，围绕学科知识技能的“教”、“学”和“考”作为最主要出发点和落脚点.课堂教学上，教师教的重心变成了直接建立物理概念，直接给出物理定律，尽快进入物理规律的应用.学生“学”的重心主要体现在用公式解习题上.这种只重结果而忽视了教学过程中对学生科学信念的建立、科学思维的培养和科学探究方法的掌握，很难承担落实物理核心素养的重任.

教育活动是实践活动，教育过程是“教”与“学”的双边活动过程.在教育活动的“双主”作用发挥中，即教师在“教”中发挥主导作用、学生在“学”中发挥主体作用，毫无疑问，教师始终处于主导地位，对学生的学习发挥着指导者、组织者、激励者的重要作用.从教师的角度而言，要实现高中物理核心素养的培养目标，除了将物理核心素養的内涵烂记于心之外，更重要的在于将高中物理学科的核心素养培养自觉地、科学地融入到整个高中物理教育教学实践活动之中.

1将核心素养培养融入课堂教学，提高学生思考理解物理概念和物理规律的能力

在课堂教学的实践中，教师通过创设真实有效的教学情境来建立物理概念，让学生通过体验得出相关知识，达到领悟物理知识的目的.

以《高中物理》必修2第五章第一节曲线运动为例，教师对曲线运动概念，及曲线运动的速度方向和物体做曲线运动的条件的教学，进行了如下的设计.

1.1探究曲线运动的速度方向、领悟速度方向与运动轨迹的关系

将铝合金丝做成图1和图2形状的轨道，其中图1由AB、BC、CD三部分组成，图2也是由AB、BC、CD三部分组成，用双面胶带把轨道粘在白纸上并放在水平桌面上.

步骤1：与直线运动对比理解曲线运动概念.先将小钢球浸没在黑墨水中，用镊子取出小球并将其先后放在图1和图2轨道入口A处，用弹射系统或斜面给小球初速度使其通过出口D，取下轨道即可看出小球运动轨迹，从而得出曲线运动概念，领悟直线运动和曲线运动是按物体运动轨迹划分的.

步骤2：探究曲线运动的速度方向，找出曲线运动和直线运动中速度方向与运动轨迹关系的共性.先将小钢球浸没在红墨水中，用镊子取出小球放在图1入口A处，给小球初速度使其通过轨道出口D，取下CD轨道部分，在A处给小球初速度使其通过轨道出口C，再取下BC轨道部分，在A处给小球初速度使其通过轨道出口B，最后取下AB轨道部分，观察小球在B、C、D三个位置的速度与轨迹的关系，如图3，学生感悟出曲线运动的速度方向与轨迹相切.同样在图2中分别取下CD轨道部分和BC轨道部分，可获得小球经过B、C两点的速度方向，虽然速度方向与轨迹重合，但速度方向可看成是直线轨迹的切线方向，这样学生对曲线运动和直线运动的速度方向都与轨迹相切的关系得到了统一认识.

1.2探究物体做曲线运动的条件，感悟轨迹的弯曲方向与受力方向的关系

如图4，给小钢球适当初速度，小钢球在水平面上做直线运动，小钢球经过位置1处磁铁附近时轨迹偏离直线，做曲线运动.学生容易感悟出物体做曲线运动的条件是：物体所受合力的方向与它的速度方向不在同一直线上.将磁铁分别放在位置2和位置3，重复上面的实验，如图5所示，通过比较小球受力图和运动轨迹得出小球运动轨迹偏向受力方向，且轨迹在运动方向和受力方向之间.教师再升华到小球做曲线运动一定是受到指向轨迹凹面的力的作用的结果.

1.3探究物体做减速、加速曲线运动的条件

由于磁铁对小球有明显作用力的范围大约在2—3cm左右，要想明显看出小球做减速或加速曲线运动，磁铁必须是动态的，实验中最好用强磁铁，小球直径约1.5cm左右即可.

先让小钢球在水平面上做直线运动，后放入磁铁且移动磁铁，先后保持磁铁与小球的相对位置如图6和图7，观察小钢球速率变化情况.通过小组讨论能总结出当力的方向与速度方向成钝角时物体速度减小，当力的方向与速度方向成锐角时物体速度增大.

实践表明，通过设计上述这种真实有效的教学情境，学生很容易形成物理概念，领会物理规律，同时，有利于增强学生分析问题、解决问题的能力，有利于提高学生物理学科核心素养培养的效果.

2将核心素养培养融入实验教学，增强学生科学探究和交流的能力

实验教学是物理课程的重要内容之一， 更是培养学生核心素养的重要途径之一.《普通高中物理课程标准》强调：要把“物理课程应致力于学生物理素养的形成与发展”放到物理实验教学的重要位置上[2].但是传统的物理实验课堂教学过程太机械，学生被动地按老师制定好的方案和步骤做实验，忽视了学生的主体作用，无法满足培养学生核心素养的需要.因此，在实验课教学中，就要求教师要立足于新课程改革目标，积极践行实验教学改革措施，通过完善学生分组实验教学等，确保在实验教学中学生核心素养培养目标的实现.

2.1可以采用多种方法完成同一个实验，培养学生的科学思维能力

实验课前，教师让学生以小组为单位，设计实验方案.如在《测定电池的电动势和内阻》的实验中，教师给学生设计这样一道题：给出电流表、电压表、滑动变阻器、电阻箱、开关各一个和若干导线，要求学生设计测定电池的电动势和内阻的多种实验方案，并画出实验电路图和写出相应的闭合电路欧姆定律方程表达式.问题给出后，教师引导各小组同学充分发挥想象力，认真思考、交流、讨论甚至争论，最后统一思想形成小组多种设计方案，并展示各小组的多种设计方案.这一过程，有效地将学生的兴趣一下就调动了起来，每个小组都拿出2-3个实验方案.在此基础上，教师组织学生相互点评，分析每一个设计方案的优缺点，最后确定采用伏安法、伏阻法和安阻法三种方案展开实验测量、数据处理及误差分析.

这种实验课教学过程的实施，无疑使学生合作交流、科学探讨和科学思维的能力得到了良好培养.

2.2可以采用一种实验方法完成多种测量，培养学生爱科学用科学的素养

以《描绘小灯泡的伏安特性曲线》的实验为例，学生掌握了用安培表的内接、滑动变阻器的分压式连接方式描绘了小灯泡的伏安特性曲线后，教师再给出二极管、太阳能电池等电学元件，让学生描绘出它们的伏安特性曲线.学生很快就完成了实验电路的连接、测出了二极管、太阳能电池等电学元件两端电压和流过它们的电流，再应用所学的信息技术相关知识在Excel中画出其伏安特性曲线.

上述这种实验课教学方法，不仅巩固了学生所学知识，而且又能使学生及时应用所学的科学知识解决问题，比较好地将培养学生核心素养融入物理实验课教学之中.只要教师长期坚持深入研究高中物理实验，对实验教学不断摸索和改进教学方法，就能不断激发学生探究物理规律的热情，增强学生动手实验的能力，不仅为学生营造一个创新和实践的广阔天地，也為物理学科核心素养的培养找到了一个最佳途径.

3将核心素养培养融入解决习题疑点难点之中，增强学生的严谨科学态度和责任意识

在教学中经常难免遇到不好解决的问题，教师疑难问题的态度和表现对学生有重要的影响作用.教师只有与同学们一起，抓住疑点难点不放，知难而上，勇于探究，分析问题，直至解决问题，最后给出负责任的答案，才能给学生树立表率，影响和教育学生.例如，以教学中遇到的一道题为例：

如图8，将A B两球从右端同一高度的平直轨道和凹槽轨道同时释放，不计摩擦，则下列叙述正确的是

A.沿平直轨道滚动的A球先到另一端

B.沿凹槽轨道滚动的B球先到另一端

C.AB两球同时到达

D.无法判断时间长短

学生对这个题目产生了浓厚的兴趣，大家在一起讨论，有的学生说应该是沿平直轨道滚动的A球先到达另一端，原因是根据机械能守恒定律两球运动到左端的速率相等，又因为直轨道路程短，所以A球先到.有的学生不同意这个观点，原因是凹槽轨道的最低点低于直轨道的左端，B球是先加速后减速最后与A球的匀加速的速率相等，所以B球的平均速率大于A球的平均速率，应该是B球先到另一端，可是有学生又提出B球运动的路程也长，讨论进行不下去了.

人们通常把这一类问题叫做竞速轨道问题.对这一问题，很多教辅资料的答案都是B球先到达，而没有论证分析过程或分析过程很含糊，不足以说明问题.在网上也发现全国各地针对竞速轨道问题求助的高中生很多，网上给出的答案与教辅资料上的是一样的.

这个答案是否正确，真实的情况是，由于高中阶段受学生数学学习内容的限制，理论上无法推出结论.但是在现实的习题中却出现这道题.怎么办？针对这种情况，教师要引导学生进一步思考：当一个问题在理论上无法得出答案时，还有没有另外的途径找到答案呢？有，这就是用实验的办法寻找答案.从而让学生充分认识物理学科是实验科学，实践出真知，实验可以回答一切.

如何用实验加以验证？为了培养学生的学习兴趣，使学生始终保持较高的学习热情，教师要引导学生参与实验模型的设计与制作，并将他们划分为若干探究小组，根据每个同学的特点和长处进行分工，指导他们设计实验、绘制图纸、加工零件，解决实验过程中遇到的问题等.

教师在这一过程中要充分发挥主导作用，通过排除各种干扰因素，反复试验和修改后，将模型做成有四个单轨组成的两组轨道，长70厘米、下宽30厘米、高65厘米、左右高度差17厘米的上窄下宽的器材（如图9），获得了稳定的实验结论.当学生清楚地看到每一次小球都是沿凹轨道运动先到达另一端时，兴奋极了.至此，教师的引导工作不要就此结束，而是为了提高实验的精度和稳定性，进一步引导学生对实验方案进行完善设计.通过在轨道的起始端设计添加了双球发射器，在轨道的两端添置了光电毫秒计时器，并在专业工厂进行加工制作，使之成为了一部比较完善的竞速轨道验证仪.在师生的共同努力获得成功之后，按照大家的意见，一致决定将制作完成的竞速轨道教学仪器用师生共同的名字命名——“梅海林竞速轨道”（如图10）.

教师通过对疑难问题的解答，学生给教师的是信任和崇拜，学生经历了科学探究，培养的是严谨的科学态度和责任意识，同时，对物理实验、仪器制作和物理学科学习进一步增加了兴趣.不久，“梅海林竞速轨道”教学仪器参加了第25届辽宁省青少年科技创新大赛，荣获了科技辅导员科技发明一等奖.

4将学生核心素养培养融入课外兴趣活动，增强学生科学研究和创新能力

梅海林竞速轨道的成功设计和制作，对教师培养学生核心素养的方法和渠道产生新的启迪.受此启示，教师进一步因势利导指导学生组建了物理学科课外兴趣小组，要求学生在日常生活中注意观察和发现问题，培养学生树立强烈的创新、创造意识.实践证明，学生物理学科课外兴趣小组组建后获得了更加明显的成效，学生们不仅产生了强烈的应用物理学知识设计并制作科技作品的愿望，而且创新、创造思维得到了引爆.

另一个成功的案例是教师在完成机械能一章的教学后，给学生物理学科课外兴趣小组留下了一道作业题，要求学生在日常生活中观察、发现应用机械能转化与守恒定律的实例，并尝试应用该定律设计一个科技作品.作业布置后，学生们兴趣高涨，不仅物理学科课外活动兴趣小组的所有同学都积极参与，原来没有参加兴趣小组活动的同学也行动起来了，一个个跃跃欲试，同学们的思维就像被引爆了的火药，各种思路、思想、想象不断迸发.教师通过引导同学们独立思考，组织大家相互討论交流，

最后确定了一个大家普遍赞赏的设计思路——硬币分离技术（如图11）.其基本原理是从一个斜坡的顶端释放硬币，在滑道上不同的位置有三个孔，孔分别略大于1角、5角和1元硬币直径，在三个孔的上方有三个弹簧片1、2、3与其对应.1元硬币获得动能最大，能顺利撞开1、2两个弹簧片后，运动到弹簧片3时因其动能不足被挡住落入C槽， 5角硬币获得的动能只能撞开弹簧片1，被弹簧片2挡住落入B槽， 1角硬币动能最小，其动能不足以撞开弹簧片1，只能落入槽A中，实现硬币分离目的.

在基本设计思路确定之后，教师再进一步指导学生完善设计方案，如将斜坡改为斜槽轨道免得硬币脱轨，在三个硬币槽的上方安装计数器，具体算出斜槽轨道的倾斜角度等.在师生们共同评价设计方案已经完美后，再设法加工成作品.在实际的加工制作过程中，肯定会遇到一些意想不到的问题，特别是选材、机械能因摩擦有损耗导致计算结果与实际情况有偏差、一枚硬币质量还是小，不易推动计数器计数等等，对这些问题的解决，教师不是采取大包揽的办法，而是采取研究讨论的态度，和同学们充分讨论，直到将所有问题都全部解决，最终制作出科技设计成品.包括设计制作的作品名字——《硬币计数分理器》，都是同学们共同讨论研究确定的.这个《硬币计数分理器》制作完成后，由市教育主管部门推荐，参加了第27届辽宁省青少年科技创新大赛，获得了科技创新项目一等奖.

这一成功案例表明，在物理学科课外兴趣小组活动中，启发学生应用所学的物理知识，创新设计并制作科技作品，对培养学生的创新思维和创新意识具有十分重要的作用，不仅能够激发学生的创新潜能和学生兴趣，使学生学会思考、学会动手，而且促进了学生个性的和谐发展，极大地提高培养学生核心素养的效果.几年来，教师继续组织学生利用物理学科课外兴趣小组平台开展创新实践活动，又先后完成了《势能转化运输机构》和《最佳黑板擦黑板槽吸尘器》等的设计与制作.物理学科学生课外兴趣小组活动异常活跃，取得的突出成果得到了学校和上级部门的重视，学校被抚顺市命名为“培养青少年科技创新基地”，教师培养学生核心素养的教学理念在指导课外兴趣小组活动中也得到了充分体现，学生们拓展了科学知识，学到了科学研究的方法，增强了科学创新创造能力，养成了正确的科学情感、态度和价值观，树立了正确的世界观，同时，还产生了强烈的将科学应用于社会、服务于人类的使命感和责任感.

参考文献：

[1] 胡卫平.物理学科核心素养的内涵与表现[J].中学物理教学参考，2017（8）：1-3.

[2]教育部基础教育课程教材专家工作委员会，普通高中课程标准修订组.普通高中物理课程标准（征求意见稿）[M].北京：人民教育出版社，2016.