初中物理学科关键能力培养方略

顾文权

摘要：学科核心素养是一种内在品质，在应对现实情境时表现为解决问题的能力，即学科关键能力。对于学生来说，学科关键能力是在其经历学科学习的过程中逐步形成的，是适应个人终身发展和社会发展需要的必备能力。以《压强》一课为例，阐述培养物理学科关键能力的教学策略：从表象中提取本质特征，发展概括理解能力;设计与评估，发展实验探究能力;分析与解释，提升实践应用能力;解决问题，提升求实创新能力。

关键词：初中物理 学科关键能力 教学策略 压强

学科核心素养是一种内在品质，在应对现实情境时表现为解决问题的能力，即学科关键能力。对于学生来说，学科关键能力是在其经历学科学习的过程中逐步形成的，是适应个人终身发展和社会发展需要的必备能力。江苏省于2015年启动了“义务教育学科核心素养与关键能力研究”项目，将初中物理学科关键能力分解为概括理解、实验探究、实践应用和求实创新四个方面。下面以苏科版初中物理八年级下册《压强》一课为例，阐释笔者关于初中物理学科关键能力培养的思考与实践。

一、从表象中提取本质特征，发展概括理解能力

（一）发展概括能力

为了探索和揭示复杂物理现象的本质规律，必须根据研究对象或问题的特点，在观察的基础上，对主要的、本质的因素进行考察研究，抽象其共同的、本质的属性，这正是物理概念的形成过程。而这一形成过程，有赖于大量事实所构筑的科学情境，以帮助学生聚合离散的知识与技能，并揭示与内容相关的概念。

本节课，笔者提供了三种不同的场景，要求学生画出“运动员对平衡木的作用力”（如图1）、“锤子对钉子的作用力”（如图2）、“斜面上的物体对斜面的作用力”（如图3），并思考它们的共同特征。三个力产生的原因各不相同，有的由重力引起，有的由敲击产生，但这些都只是表象。笔者引导学生回到力的三要素（大小、方向、作用点）上审视，归纳发现：这三个力的共同点是都垂直作用于物体间的接触面，并指向受压物体。这种力给它一个名称叫“压力”。此概念中的“垂直作用于物体间的接触面”“指向受压物体”，都是学生对事实归纳形成的本质特征，这样得出“压力”的概念是基于学生概括的，是科学的。

（二）发展理解能力

在教学过程中，教师需注意引导学生对相似的概念、规律进行辨析比较，以使学生深刻地理解物理概念的內涵和外延、物理规律的适用条件和适用范围，从而真正掌握物理知识。

为了进一步认识压力，需要与重力加以比较、辨析。本节课，笔者引导学生通过观察举出反例和正例：图2中铁钉对墙壁的压力就与铁钉所受的重力无关;斜面上的物体对斜面的压力也不等于其重力（如图3）;而通过二力平衡、相互作用可以推知，只有静止在水平面上的物体对水平面的压力等于重力（如图1）。

从“压力”概念发展到“压强”概念有较大的跃迁，也可以在比较与辨析中达成目标。如下页表1所示，分别将砖块按（1）（2）（3）三种方式摆放，它们对水平面的压力相等吗？将它们放置在铺满软泥的水平面，软泥形变的程度相同吗？这说明了什么？学生观察实验现象后思考发现：（1）（2）压力相同，（3）压力最大;（2）（3）下方的软泥形变程度比较接近，（1）下方的软泥形变程度最小。得到结论：压力大时，压力的作用效果不一定大，还与受力面积有关。笔者进一步提问：没有软泥，能比较压力的作用效果吗？引导学生通过类比速度概念，换算成单位受力面积所受的压力或者单位压力所占的受力面积来比较，即用比值法来定义压强。经历“压强”概念的建立过程后，学生对压强、压力的区别会有更深的认识，同时感受到压强是比压力更大的概念，尽管它更抽象，但它能更深刻地描述压力的作用效果。

二、设计与评估，发展实验探究能力

实验探究是人们了解自然、获得科学知识的主要方法，也是提出科学问题，形成猜想和假设，获取和处理信息，基于证据得出结论并做出解释，以及对科学探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力。

本节课探究的是“压力作用效果与哪些因素有关”。首先，体验“指、掌顶（压）球”（如图4）和“双指压笔”（如图5）的实验，学生很容易发现压力的作用效果是不同的。与什么有关呢？问题自然就提出来了。随后通过增加力度以及“指与掌”“笔尖与笔尾”的对比，猜想压力的作用效果可能与压力大小和受力面积大小有关。

在“设计实验”阶段，通过提供多样化的探究器材供学生选择，来增进学生对探究的理解。本环节的教学活动体现一定的开放性，学生自行选择器材设计实验，并操作验证，最后面向全班汇报探究过程与结论。学生汇报时，围绕以下三个问题：选什么器材作为受压表面？怎样改变压力（或受力面积）？根据现象得出的结论是什么？同一方案不重复汇报，鼓励学生有创新设计。学生汇报中，如果方案不严谨，可由组内成员补充完善，或由其他小组做出点评。

为了加深学生对控制变量的理解，可以设计以下活动评估实验方案：

评估1——某小组选择了大小不同的两个木块，平放在海绵上，发现形变程度几乎相同，由此说明压力的作用效果与受力面积无关，你对此做何评价？（不正确，因为没有控制压力大小相等，同时有两个变量。）

评估2——某小组将同一物块先后压在海绵表面、木板表面，发现形变程度不同，由此得出压力的作用效果与受压材料有关，你对此做何评价？（不正确，应选同一物体作为研究对象，观察压力对它的作用效果。）

上述实验探究侧重于“实验设计”和“实验评估”，鼓励学生根据实验目的设计出多种实验方案，并评估其合理性。在其他实验中，可以根据需要侧重于实验探究的其他要素。日积月累，可以帮助学生实现实验探究能力的整体提升。

三、分析与解释，提升实践应用能力

实践应用是在应用物理知识解释自然现象和解决实际问题中表现出来的能力。教师要善于利用物理教学内容的特点，培养学生解释现象、解决问题的良好习惯——分清楚概念，弄明白对象，思维要有逻辑，步骤要有条理，说话要有证据……这些意识和习惯是提升实践应用能力的基石。

本节课，笔者先出示冰面救援的情境，让学生思考救援方案：考虑到冰面能承受的压强有限，应减小压力、增大受力面积，所以应派出体重较轻的消防员趴在软垫上。学生探讨出方案后，笔者再出示图6，让学生体会到知识在实践中的应用价值。诸如此类的还有“科技馆中，小明躺在钉板上安然无恙”（如图7）等生活场景。

四、解决问题，提升求实创新能力

求实创新是指学生在学习知识与解决问题的过程中要有证据意识，能够合理地进行知识迁移从而产生新的思考和发现，具有质疑和实证、迁移的能力。通过对物理现象的如实观察、描述，可以培养学生的实证意识;通过运用已有知识，产生新颖、独特的问题解决方法，可以培养学生的创新品质。

本节课最后，笔者提出探究活动——估测人站立时对地面的压强。根据前面所学，估测压强要知道人对地面的压力和地面的受力面积。那么，如何估测人对地面的压力？人正常直立时对地面的压力就等于重力。如何估测地面的受力面积？有学生提出，把脚底近似看作长方形，测出脚长和脚宽，但这样的近似，误差太大。有学生提出，将脚印踩在坐标纸上，通过数格子得到近似面积，并且格子越小，估测就越精确。其他学生纷纷对此方案表示赞同，并根据此方案完成了估测。在学生完成估测后，笔者进行总结拓展：（1）在刑侦工作中，根据脚印发现嫌疑人形体特征，也是有科学依据的——利用类似刚刚数格子的方法可以估算出嫌疑人的体重，再根据脚长可估算出嫌疑人的身高。（2）在科学史上，这种测量面积的方法也有重要应用——1916年，美国实验物理学家密立根曾通过测量油膜面积计算出了分子直径，巧妙地利用宏观手段解决了看似难以完成的微观测量。

参考文献：

[1] 义务教育学科核心素养与关键能力研究项目组.义务教育学科核心素养·关键能力——测评与教学（初中物理）[M].南京：江苏凤凰科学技术出版社，2018.