显化科学方法教学培养学科核心素养

摘要：随着新课程改革的深入，传统的课程标准体系逐渐向以个人终身发展、终身学习为主体的核心素养模式转化，核心素养成为新课程改革深化的新目标.在物理概念和物理规律的教学中有意识地显化科学方法教育，是培养学生学科核心素养的途径之一.

关键词：高中物理 ；核心素养 ；科学方法

基金项目：2017年度甘肃省“十三五”教育科学规划课题“物理学科核心素养教学实践研究”，项目编号：GS[2017]GHB3252.

作者简介：施晓红（1971-），男，甘肃张掖人，教育硕士，中学高级教师，研究方向：高中物理学科核心素养教学实践.

随着新课程改革的深入，以学科知识结构为核心的传统课程标准体系逐渐向以个人终身发展、终身学习为主体的核心素养模式转化，发展学生核心素养成为新课程改革深化的新目标.

在教育部2017版的《普通高中物理学科课程标准》中，明确指出：中国学生发展核心素养是党的教育方针的具体化、细化.“普通高中的培养目标是进一步提升学生综合素质，着力发展核心素养，使学生具有科学文化素养和终身学习能力，具有自主发展能力和沟通合作能力” [1] .

物理学科的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，是学生科学素养的关键成分.主要包括：物理观念、科学思维、实验探究、科学态度与责任.物理核心素养的四个方面是相互联系、共同发展的.

本文仅就高中物理核心素养之中的科学思维的培养谈一点浅见.

物理科学思维蕴含在具体的物理思维方法之中，而显化物理科学方法，能有效地发展学生的科学思维、培养学科核心素养.下面以高一教学中涉及的物理思维方法教育为例.

1理想模型法

在高中物理必修一（人教版）第一章第一节“质点 参考系 坐标系”中，学生第一次接触理想模型法.教师应该在第一节和第一章教学后反复渗透强化理想模型法在学生头脑中的认识和作用：理想模型法是物理学研究问题的一种基本研究方法，也是中学物理解题的一种常用方法.这种方法把所研究的物理对象、物理过程等进行科学地抽象，抓住主要因素，抛弃和忽略次要因素、无关因素，使人们能集中全力掌握研究对象在某些方面表现出的本质特征或运动规律.事实证明，这是一种研究和解决物理问题的有效方法.

从高一开始反复渗透，学生在理解后继课程中的匀变速直线运动、自由落体运动、平抛运动、匀速圆周运动、质点、点电荷、理想气体、光线等理想化模型时会越来越轻松、自然，从而提高自己终生学习的能力.

2等效法

在高中物理必修一（人教版）第一章第三节“运动快慢的描述—速度”中关于“平均速度”概念的教学.教材中给出的平均速度表达式与前面速度的表达式在形式上完全一样，但在理解上有差别.

教材并没有往清楚里说，就需要教师来补充和挖掘.平均速度的定义用到了等效的思想：把实际的变速直线运动假想成匀速直线运动，该匀速直线运动的位移和时间与实际直线运动的平均快慢程度（变速直线运动）完全相同，即两者等效.那么，该匀速直线运动的速度就用来表示实际的变速直线运动.这样平均速度的表达式就与前面速度的表达式在形式上完全一样了.

等效方法，是“在保证某些特定方面效果相同的前提下，用理想的、熟悉的、简单的事物代替实际的、陌生的、复杂的事物进行研究的方法”.

等效方法，是一种在科学研究中的实际 “操作”方法，这种操作贯穿在所有的研究过程中，它的核心是“保持某些特定方面效果相同”.等效方法的最杰出运用案例就是爱恩斯坦建立在“重力与加速度等效”思想上的广义相对论的创立.在中学物理中，概念的归纳、规律的得出，无不涉及到等效方法.而学生头脑中有了“等效思想”的理解，在后继教学中的“重心”“合力”“分力”“运动的合成与分解”“交流的有效值”等概念、气体的状态变化过程可以进行等效变换，用特殊变化过程替代任意变化过程，电学中的等效电路、电磁感应中的等效切割长度等物理概念的形成自然会水到渠成，既减轻了学生的思维负担，又培养了学生终身学习的能力，即培养了学生的核心素养.

3微元法

在高中物理必修一（人教版）第二章第三节“匀变速直线运动的位移与时间的关系”的教学中.教材的编写意图是由匀速直线运动的v-t图线面积的物理意义来猜想匀变速直线运动的位移：应用匀速直线运动的结论，把匀变速直线运动的时间划分成无数小段，这样每一小段内物体的运动可近似地看成匀速直线运动，那么所有的小矩形的面积之和就代表做匀变速运动物体的位移.为了进一步减小误差，只有把每一小段时间分的更短，假如把整个过程的时间分成无数微小的时间间隔，在每一个微小的时间间隔内，速度的变化非常小，假如分得足够小，就可认为在每一个微小的时间间隔内速度不变，这样，就可将每一个微小时段按匀速直线运动来处理，这样，所有小矩形的面积之和就越来越接近于图线与坐标轴围成的面积了，可以大胆地推测，如果没有误差，两者相等.这种思维方法就是微元法.

微元法是分析、解决物理问题中的常用方法，也是从部分到整体的思维方法.这种方法的核心是为了应用已知结论解决复杂问题而将研究对象或过程进行无限分割，找到规律，再累计求和，达到了解整体.如后继教学中：一般的曲線运动的处理，重力做功特点的归纳，用电场的叠加原理处理一般带电体问题等都用到了微元法.使用此方法可以处理比较复杂的曲线运动问题、变力做功问题、多过程问题，在本节教学中有意识地显化这种方法的教学，给学生渗透微元的思想，可以极大地提高学生解决复杂问题的能力，培养学生的科学思维能力.

4图象法

在高中物理必修一（人教版）第一章第四节“实验：用打点计时器测速度”中“用图象表示速度”，是高一学生第一次接触物理图象，从一开始就引导学生认识图象的作用和优点，重视物理图象.一个物理过程的变化往往可以用几个物理量的变化去描述，这些物理量之间的内在联系就反映了这一物理变化的规律.物理规律用函数式表示就是物理公式，若用函数图象表示就是物理图象.物理图象能形象、直观地表达物理量间的关系，能方便地表示一些实验规律，还能清晰地显示物理动态变化过程，使物理问题简单明了.运用物理图象解决问题可把“数”转化为“形”，用几何量代替物理量，把复杂的代数运算转化为简单的几何运算，从而使解题过程简洁迅速，达到化难为易、化繁为简的目的.

因此，运用图象法解决问题是培养运用数学知识解决物理问题的行之有效的科学思维方法.

5极限法

在高中物理必修一（人教版）第一章第三节“运动快慢的描述—速度”中关于“瞬时速度”概念的教学.教材在介绍瞬时速度的概念时，首先从平均速度出发，提出从t到（t+△t）这段时间间隔内，△t越小运动快慢的差异也就越小，运动的描述就越精确.然后，在此基础上，再提出若△t趋向于零时，就可以认为△t的平均速度就是t时刻的瞬时速度.这里就用到了“极限思想”.

所谓极限法，是指用极限概念分析问题和解决问题的一种数学方法.极限法在现代数学以及物理等学科中有广泛的应用.例如，高中物理中的“瞬时速度”“瞬时加速度”等的定义就借助了极限的思想.在高一的物理概念教学中逐步渗透这种极限思想，为后继的学习做了很好的铺垫，也为学生升入大学的学习打下了坚实的基础，实际上为学生的终身发展奠定了基础.

除了以上科学方法外，还有整体法、隔离法、类比法、假设法、估算法、近似法等科学方法，可以说物理概念的形成和应用，物理思维的形成，无一不涉及科学思维方法.从高一物理教学的第一个概念、第一个规律开始就重视科学思维方法的介绍、渗透和应用，对于发展学生科学思维、培养学科核心素养会起到很大的作用，更加有利于学生的终身发展.

参考文献：

[1]教育部.普通高中物理课程标准[M].人民教育出版社，2017.