基于学科核心素养培育的教材解读与设计优化——以苏科版物理“磁体与磁场”为例

梅建芬

(江苏省常州市武进区湖塘实验中学,江苏 常州 213161)

学科核心素养是一种学科内在品质,是在应对现实情境问题时,表现出的解决问题的一种能力．物理学科核心素养是物理课程目标的集中体现,是在物理学习过程中逐步具备的良好的思维品质、掌握的科学探究方法、形成的物理观念以及养成的科学态度与责任．

教材解读,是指教师通过教材的认真阅读,进行细致、精确的分析,从而实现对教材意义准确、透彻的理解和把握．解读时要求挖掘教材内容的内在价值,保证教学内容的科学性;发现教学内容的知识结构,探索教学内容的设计思路;强化思维训练,真正形成能力,实现知识迁移．

作为一名一线教师,笔者一直以来最感兴趣的是如何设计出这样一份教学设计:这份教学设计应充分挖掘出教材内含的“教学价值点”,同时这份教学设计在课堂教学的实践环节中必须也是可行的,是具有把教师的“教学理想”转化为有效“教学现实”的可行性．所以笔者思考最多的是从教材中挖掘什么?怎么实现?前者把思维引向教材解读;后者则把思考指向教学达成．笔者以“磁体与磁场”为例,尝试通过对教材与课程标准的深度解读，聚焦于学科关键能力与核心素养,重视学生的经历和体验,重视物理学科核心素养的养成与培育,在此基础上进行教学流程分析与教学设计的创新突破．

1 教材分析

1.1 教材地位分析

“磁体与磁场”是初中物理电磁学的基础与启蒙,本节教材内容包括了磁体的基本性质,磁场的概念和磁感线模型的构建等内容,这些内容既是全章核心,又是贯穿全章的主要线索,为以后电磁联系的学习活动进行充分准备,所以本节内容既是本单元教学的重点,同时也是高中学习电磁学的重要基础．

1.2 编写意图

磁体与磁场对于初三学生而言是一个即熟悉又陌生概念,熟悉的是学生从小就玩过“吸铁石”,陌生的是因为学生没有对其中的知识与原理等进行更深入的探究和学习．因此,如何针对学生对“磁体与磁场”的熟悉而陌生的现状进行活动的开展和能力的渗透是教材编写中最重要考虑与渗透的问题．苏科版教材编写者对这一方面的思考与处理本身就是一个非常好的教学设计案例.(1) 教材首先通过一代科学巨匠爱因斯坦在他的回忆录中写的一个故事引出了磁体与磁场的基本概念,拉近了与学生之间的距离．(2) 教材十分注重学生的亲身体验与感悟,注重概念的建构与知识产生过程,教材安排了3个学生活动:活动1:认识磁体——通过实验活动认识磁性、磁极、磁极间的相互作用等一些基本磁体的基本概念与性质；活动2:用小磁针探究磁体周围的磁场——通过探究让学生认识到磁场是有方向的且周围各点的磁场方向一般是不同的；活动3:用铁屑探究磁体周围的磁场——通过铁屑磁化为小磁针,提出借助磁感线来描绘磁场．3个活动层层递进,符合学生从认识磁场到怎样研究磁场再到如何描述磁场这一认知逻辑,活动2与活动3建立在活动1基础之上,用小磁针与铁屑在描述磁场上又优势互补,从而使学生对磁场有较深刻的认识．教材旨在通过一系列的探究活动让学生掌握学习科学知识的途径与方法,同时在探究过程中让学生体验科学探究中的艰辛和发现的乐趣．(3) 教材在最后“读一读”内容中安排“地磁场”来呼应篇首的小爱因斯坦提出的问题并在“生活·物理·社会”中介绍了中国的四大发明,对学生进行了中华民族文化与爱国主义教育．

1.3 教学目标分析

(1) 知识与技能.知道磁体的基本性质,知道磁体周围存在磁场;知道磁感线可以用来形象地描述磁场,知道磁场、磁感线方向的规定;知道地球周围有磁场以及地磁场的南北极．(2) 过程与方法.经历探究磁体的基本性质,用小磁针和铁屑来探究“磁场”,用磁感线模型来描述磁场,进一步学习“类比法”、“转换法”、“理想模型法”等科学思维方法．(3) 情感、态度和价值观.通过了解我国古代与现代对磁的研究方面取得的成就,对学生进行中华民族文化和爱国主义教育，同时培养学生的团队合作与探索精神．

1.4 重点、难点及其突破策略

磁场是看不见、摸不着的,如何研究磁场,认识磁场,并让学生真正理解为什么要构建“磁感线”这一重要的物理模型,是本节教学的重点,也是难点．在教学中可以采用由浅入深,循序渐进的方法设计一系列的探究活动让学生经历探究磁场的整个过程,从无形的场到有形的铁屑的分布,从平面到立体,从具体到抽象,从学生的探究到多媒体的展示,从个体独立的探究到小组的合作交流,逐层深入,阶梯推进,有效突破重点、难点．

2 学情分析

2.1 学习基础分析

对于简单的磁现象,学生在小学科学课上已经初步接触过,在8年级物质的物理属性中学生也初步了解了磁体具有磁性,另外学生在日常生活中以及用具、玩具中经常看到磁体的应用,例如“指南针”“冰箱贴”“门吸”“磁画板”等,所以学生对磁并不陌生,这是本节课开展教学的知识起点,但学生由于直接经验与认知水平的局限,学生对磁现象的了解只停留在表面,获得的磁现象也是碎片化的,并没有形成系统的知识结构,更不能从磁场的角度来认识磁现象,这是本节课教师需要关注的学生认知的逻辑起点．

2.2 学习困难分析

概念的抽象性：初中学生是首次接触“场”这个概念,学生对“场”这种物质形态,看不见,摸不着,缺乏相应的直接经验与感受,难以理解;方法的综合性：磁场探究实验涉及的思想方法比较多,而且实验的技巧性很强,本节课不仅要教给学生一种将抽象的内容具体化的研究方法,并且要引导学生如何进行探究,如何用规范科学的物理语言描述现象;初中生的认知特点：9年级学生显著的心理年龄特征主要表现为具有强烈的求知欲,好奇心强,好问,喜欢动手进行实验,但概括能力与空间想象能力相对还比较欠缺．

3 教学流程分析

本课的教学将按照我校自主学习型课堂建设的要求展开,以教学案为载体,先学后教、先思后导,并坚持“以学生为主体、以思维为主攻、以探究为主线”的教学原则．教师成为学生学习的组织者、引导者、合作者,让学生在亲自动手、动脑、动口参与探究活动的过程中经历问题的发生、发展和解决过程,给学生足够的思考、尝试、交流的时间和空间,让学生参与热烈的讨论、专心地探究,积极地交流,快乐地分享,在动静结合中让学生完成对知识的自我建构，具体如图1.

图1 教学流程图

3.1 自主研读初步学：任务驱动,尝试学习

预先设计一份适合学生学情,适合学生自主学习的学案,让学生根据“学案”有针对性、有选择性地阅读教材,了解本节所应用的概念、知识,构建初步的浅层次的知识框架．

鉴于学生对磁体的原有认知和生活中已经积淀的体验,在学案的设计中把探究磁现象放在了自主学习的重点．学生利用教师提供的实验器材在课前尝试完成对磁体的基本性质的实验探究并完成尝试解题．在自主学习检测中设计这样一题来进行检测和应用提升:有两个形状、大小都一样的钢棒,已知一根有磁性一根没有磁性,请问你能用什么方法进行区分．设计这样一道情境应用题,可以满足每个层面学生的应用提升,例如大部分学生一般都会想到通过磁体的吸铁性或指向性来判断磁性的有无,也有学生可能会借用已知磁体,用磁体间的相互作用规律来判断磁性的有无．为了进一步提升学生对磁体基本性质的应用和理解,课堂交流环节可以追问设计更高层次问题:你能否不借助其他器材来判断这两根钢棒中哪一根具有磁性?此问题的解决需要学生综合应用“磁体磁极部位磁性最强,中间部位磁性最弱”的性质来解决．而由于这个性质比较隐性,在很大程度上需要学生深入分析这种性质下所产生的实验现象,对学生的思维分析、信息采集辨析能力都有较高要求的训练和提升．

通过自主研读学生在课前就能解决力所能及的问题,学在教前,以学定教,使课堂真正做到高效同时又争取了更多的时间让学生可以在课堂上充分展示交流,让学生真正成为学习的主人、发展的主体．

3.2 合作探究深化学：层层探究,升华认知

磁场概念是电磁学的核心概念之一,它对后续知识的学习都有着关键性的作用．磁场概念的学习过程,也是一个典型的物理知识的建构过程,其中蕴含着丰富的物理思想与方法，让学生经历这个过程,将有助于提高学生的物理素养，所以根据学生的认知规律,笔者将“了解磁文化——感受磁现象——探究磁本质——构建磁模型——应用磁知识”整个教学设计线索贯穿始终,首先从爱因斯坦在他的回忆录中写的问题开始,到学生最后能提出更多的问题结束,从最古老的司南到最现代的磁悬浮列车,激励学生学有所成,回报祖国．设计的目的是想让学生感悟到对事物有好奇心、对事物的原委的探究的欲望就是一切伟大成就的原动力．

由于学生对磁场的认知和磁场性质的探究才是本节的重点和难点,在磁场探究过程中,笔者将以活动为主线采用“初探磁场、感受磁场→类比迁移、方法启迪→再探磁场、显示磁场→合作交流、描绘磁场”的教学流程来突破重难点．

初探磁场、感受磁场:磁场是实实在在存在的,只是它看不见摸不着,学生在平时的生活中很难感受到磁场的存在.为此,为了促使学生对磁场的认知和探究,教学中第1步要让学生实实在在地体验磁场的存在．

类比迁移、方法启迪:在学生已经感受到磁场是实实在在存在的情况下,如何激发学生对磁场探究的思维是关键所在．可以启发学生可以通过有形的纸带飘动来显示无形的风,类似地同样我们可以借助于磁场对小磁针的作用来显示磁场的存在,在这个过程中,我们一方面用问题启发学生的思维,激发学生的探究热情,另一方面可以让学生再次感受转换法这一物理思想方法的价值和使用．

再探磁场、显示磁场:在学生获知使用小磁针可以来显示磁场的性质以后,我们的任务就是让学生用自己的行动和智慧来探究磁体周围的磁场分布,学生尝试完成图2(a)各点小磁针位置的绘制,并建立磁场是有方向的,而且磁场各点的磁场方向一般不同的认知．在完成小磁针初步探究条形磁体磁场分布的活动以后,需要进一步激发学生对磁体磁场的深入了解,并学会用物理术语来描述磁场,而这个环节是学生能力提升的关键之处．教师可以追问没有放小磁针的地方是不是没有磁场?如果想知道该怎么办?小磁针体积这么大,放的位置是有限的,在这样的情况下,我们该怎么办呢?教师把这个思维困惑还原给学生,而学生也针对小磁针过大的缺陷进行思考和改进,学生会很快想起一开始所做的磁化实验,借此想到利用磁化后的铁屑来进一步探究磁体周围的磁场分布，如图2(b)、(c)．在这一过程中学生经历了思维困惑的呈现、建构知识的应用和对比、思维深度和广度的扩展,最终激发了思维困惑的解决,而且每个学生都会非常乐意参与到实验的再次探究之中,最终获知如图2所示的探究成果图．

合作交流、描绘磁场:在以上探究的基础上我们需要进一步激发学生对图像的分析和思考,引领学生通过建模法来用假想的曲线来描述磁场的分布．这儿可以组织学生讨论交流,召开磁场发布会,教师引导学生来评价方案、优化方案,在全班学生充分交流讨论的基础上整合形成对磁场有方向有强弱的认识,磁模型的构建也水到渠成．投影动画强调磁感线的特征(假想、疏密、方向)．教师演示立体磁感线模型板上的小磁针在磁体周围空间排队,让学生了解磁场空间性，如图3(a)．

3.3 检测总结巩固学：总结反思,内化提升

一般在这个环节,应该让学生练习几个题目巩固基本知识,但笔者认为针对这节课,题目的练习并不重要．学科知识、思想方法和能力是物理教学的3大要素,而思想方法则是物理教学的精髓和灵魂．物理教学的目的是丰富学生的智慧,学生的智慧集中表现在对物理思想方法的深刻领悟和自觉运用上．所以在这个环节可以让学生总结反思认识磁场、描绘磁场的过程与方法,然后教师在学生认知的情况下进行精讲点拨内化提升:从把1个小磁针放在磁场中几个不同的位置北极指向不同知道磁场是有方向的→借助更多的小磁针,从面上了解了磁场的分布情况→借助于立体的磁感线模型知道磁场的分布是一个空间的概念→从点到线到面到体,看不见又摸不着的磁场逐步清晰明了,露出了磁场真面目→在此基础上从复杂的现象中又可以抽象出最本质的磁感线模型来形象地描绘磁场的方向及其分布(如图2)．其实这就是研究物理问题的方法,从简单到复杂再到简单,我们不仅可以用这样的方法来研究条形磁体的磁场，也可以用同样的方法研究蹄形磁体、异名磁极、同名磁极的磁场．通过这个环节使学生的实践应用能力得到训练和提升,学生的动手操作能力也得到训练和发展,最为关键的是,学生的物理建模思想能得到激发和应用.

最后可以对应本节课的目标,组织学生对本节学习进行小结,请学生谈一谈:“从最古老的司南到磁悬浮列车,你有什么收获?”“磁还有哪些应用”“你还想探究哪些新的问题?”

3.4 学科领跑提升学:课后探究，拓展延伸

设置课后探究,使“课堂留味”,以收“课虽停而思未止”之效．

探究1.在神舟5号载人飞船成功巡天之后,华夏儿女的下一个目标是登上月球,关于月球上的物理现象和规律,同学们提出了很多问题和猜想,如果要研究月球周围的磁场,你打算研究哪些问题?你的猜想是什么?如何进行研究?

探究2.学完了电现象与磁现象这两种现象后,请尝试找出这两种现象之间的联系,深入思考一下,也许你会有新的发现.

图2 条形磁体磁场模型构建示意图

4 两点思考

4.1 教学设计要基于教材解读指向教学达成

教学设计与教材解读两者相辅相成,解读是设计的基础与前提,一份好的教学设计依赖于准确、到位的教材解读．优秀的教学设计是有效课堂教学的基本前提,它体现了设计者对教材的独立解读,对教育的独特理解,对学生认知规律的准确把握．把握了教材设计意图,就可以灵活地根据教材特点选择适合的教学策略来实施教学.这样的策略一定是打破常规的、程序化的策略,一定是基于学生问题有利于学生激发兴趣,发挥其主动性的策略,一定是有利于提高教学效果的策略．教师的导学、引问、启疑、传知等策略,都要让学生真切地感觉到:这一切纯粹是出于他们“自我发展的需要”而非教师“单方面教的要求”．唯有大雪无痕,才能润物细无声．

本节课,笔者基于这样的认识确定了本节课的实施策略:首先从正在举行的物理科技节的元素引导学生探索电与磁之间的联系,再通过磁控开关来控制电路把前面所学的知识与即将探究的建立一种联系,打开一个通道,设计的目的是想让学生感悟到对事物有好奇心、对事物的原委有探究的欲望,这是一切伟大成就的原动力;其次在整个教学过程中将“感受磁现象——探究磁本质——构建磁模型——应用磁知识”整个思维贯穿始终．从点到线到面到体,磁场的真面目逐渐水落石出,这样的设计,学生一定会想和磁场继续“约会”,继续探究的.

4.2 课堂教学要基于问题实际指向学生素养提升

学科知识、思想方法和能力是物理教学的3大要素,而思想方法则是物理教学的精髓和灵魂．通过对教材与课程标准的深度解读,笔者把思考的重点开始聚焦于本节课最有价值的一点:重视学生的经历和体验,重视物理学科的核心素养的养成．物理教学的目的是丰富学生的智慧,学生的智慧集中表现在对物理思想方法的深刻领悟和自觉运用上．基于这一认识,教学重点放在学生自主探究磁体的基本性质,磁场的显示与描述等问题探究上,让学生经历浅显的感觉、知觉、表象的感性认识到需要深入判断、推理、建模的理性思维,让学生抽丝剥茧,抓住事物的本质,将活动背后的思维的经历与体验贯穿于教学始终．从现象到本质，到模型的建构，到方法的应用,其实这就是研究物理问题的方法,通过这样的问题设计使学生的实践应用能力得到训练和提升,最为关键的是,学生的物理建模思想能得到激发和应用,同时也启迪学生向物理学习的智慧深处行走．