核心素养背景下的物理概念课的教学实践与研究

摘 要：高中物理概念课教学侧重的是学生的习得和体验，是物理概念在学生头脑中的生成、凝练以及升华;要让学生从物理学角度去观察自然现象，会解释客观事物的科学本质。文章主要从形成物理观念、锻炼科学思维、进行科学探究等维度对高中物理概念课教学进行研究。

关键词：学科素养;概念教学

一、 问题提出

什么是物理学科核心素养，如何在概念课教学中渗透学科素养？

物理学的学科素养主要由物理观念、科学思维、实验探究、科学态度与责任组成。物理观念是从物理学的视角形成的关于物质、运动与相互作用、能量等的基本认识;让物理概念在学生头脑中的生成、凝练以及升华;要让从学生物理学角度去观察自然现象，会解释客观事物的科学本质。比如：牛顿第三定律表述的是作用力与反作用力的关系，这体现了学科素养中的相互作用观念。

科學思维是从物理学视角对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系的认识方式。在教学实施过程中让学生在头脑中形成物理观念，是学生进行科学思维的前提，是进行科学探究的基础，是学生具有一定科学态度与责任的特征，是物理课程实施的需要达成的结果。那么我们怎样在物理概念教学过程中培养学生思维能力，进而到达培养学生核心素养的目的？

二、 实践探究

概念的教学是一个由具体到抽象再到具体的过程，以前我们更多地把教学重心放在概念的讲授上，只注重讲清概念的内涵、外延，辨别相关概念之间的联系与区别，但是对于概念的形成与发展，对于概念在实际问题中的运用，则一笔带过，这种掐头去尾的做法，虽然对教学成绩的影响不大，但是忽视了物理观念的养成，最终结果不仅没有夯实概念，也给学生思维能力的提升埋下了隐患。物理概念是自然现象以及物理事实和过程中提取出来的，可以说，物理概念是浓缩了的精华。而作为物理教学精华的概念教学，承载着学生形成物理观念、锤炼学生科学思维、学会科学探究的方法，提升学生解决实际问题的能力，渗透科学态度与责任。要做到这一点必须在教学中强化物理概念与实际情景的关联，增强学生的实践意识。物理概念教学过程基本遵循几个环节：

（一）创设情境，激趣设疑，引入新课

情境的类型可分为实践情境、历史情境、问题情境、实验情境等。让学生体悟物理来源于生活，生成朴实的物质观念。

教学案例一：向心加速度

在新教材中向心加速度的教学被编制在向心力之后，可以让学生更好体会力是产生加速度的原因，力是改变物体运动状态的原因。从思维的角度来说可以让学生更好地理解接受向心加速度概念。

问题1：天宫二号空间实验室在轨飞行时，可认为它绕地球做匀速圆周运动。尽管线速度大小不变，但方向却时刻变化，因此，它运动的加速度一定不为0。那么，该如何确定它在轨飞行时加速度的方向和大小呢？

设计意图：从运动和力关系的讨论，以人造卫星做匀速圆周运动为模型引入向心加速度概念。其基本思路是：如果物体不受力，它将做匀速直线运动，圆周运动不是直线运动，沿圆周运动的物体一定受力。物体运动的加速度方向与它所受合力的方向相同。因此，物体做匀速圆周运动时的加速度总指向圆心，我们把它叫作向心加速度。让学生更加清晰和顺畅地接受向心加速度概念。

问题2：匀速圆周运动的物体受的力是什么方向？

根据牛顿第二定律F=ma可知，匀速圆周运动物体所受的合力指向圆心，物体的加速度也指向圆心，直接得出向心加速度的两种表达式an=V2/r和an=ω2r。

上述叙述是运用牛顿第二定律，从力推知加速度的思路，降低了教学的难度，用迂回的方法避开难点，使所有学生可以更加顺利地掌握向心加速度的大小和方向。是从物理学视角形成的关于物质、运动与相互作用、能量等的基本认识;是物理概念和规律等在头脑中的提炼和升华;而本环节体现了运动与相互作用的关系，阐述了向心加速度概念的形成过程，体现了对学生的物理观念这一物理核心素养的渗透。

拓展学习：推导向心加速度公式

利用运动学手段求解匀速圆周运动物体的向心加速度的大小与方向。向心加速度的方向如图甲所示，一物体沿着圆周运动，在A、B两点的速度分别为vA、vB，可以分四步确定物体运动的加速度方向。

在矢量状态下速度变化量与加速度之间的联系，有利于培养学生严谨的逻辑推理能力，使学生更透彻地理解圆周运动向心加速度的概念。

本环节通过构建矢量模型、几何相似、运用极限思想，结合加速度的定义式，进行了科学严谨的逻辑推理，体现了对科学思维这一物理核心素养的培育。

（二）提出问题，层层递进，形成概念

这一过程学生在教师的引导下通过分析、讨论、批判、实验、小组合作等方式达到理解概念的内涵及建立过程，主要是培养学生的动手动脑、协作精神、表达能力及科学态度，注重科学方法的引导，使之内化为学生的分析综合、推理论证等能力，增强核心素养中的科学思维能力。

教学案例二：重力势能

问题引入：重力势能与哪些物理量有关？

探究一：用自己的书本做如下的实验：

1. 同一课本从不同高度下落到自己手上，感觉有何不同？

2. 不同质量的课本从同一高度下落到自己手上，感觉如何？

问题1：下落过程中能量转化情况如何？

问题2：这种能量的转化靠什么来实现的？

问题3： 重力势能与哪些因素有关？

本环节通过提出情景体验性问题、亲历探究体验，形成物理观念，进行猜想和假设，经历科学探究过程，引导学生科学探究的意识和习惯，体现对科学思维这一物理核心素养的培育。

探究二：物体在以下两种下落情景下重力做功情况

本环节通过构建自由落体模型、结合极限思想方法，进行了科学严谨的逻辑推理，体现了用事实构建理想模型的方法，能对已有结论的证据提出质疑，采用不同的方法分析解决物理问题，从多维度审视证据本身的科学性，进而提出创造性见解的能力与品质，使学生的科学思维这一物理学科素养得以提升。

（三）走向生活，情感升华，总结归纳

什么是“科学态度”？培养学生在解决问题过程中的证据意识，能审视证据本身的科学性，有严谨科学态度与社会责任感，激发学生强烈的好奇心、尊重实证的表现等，均属于科学态度的范畴。通过把物理知识应用于解决生活中实际问题，“从物理走向社会”，体现物理学科的价值。让学生领会“物理起源于自然，服务于社会，指导于生活”，渗透物理观念教育，增强学生的社会责任感，提升道德品质以及公民的社会责任。因此教师在教学过程中要恰到好处地利用学生的生活事件和社会热点来创设问题情境，让学生用自己所学的物理知识分析解决社会实际问题，让学生在解决真实问题中取得愉悦感。

教学案例三：光的折射

问题1：生活中你知道的折射现象有哪些？

学生：盛水的碗变浅了，插入水中的筷子变弯了……

问题2：筷子问题、视深问题、“猫眼”问题、日出问题、天空中的彩虹、海市蜃楼……哪些与折射现象有关？你会分析解释吗？

小组讨论……

接着，就筷子问题进行了深入探究。

问题3：筷子放在水中变弯了，生活中的经验是从上往下看到的一种情况。如果拿一个透明的薄圆柱形的玻璃杯装上水，当把筷子竖直放入其中，从水平方向看，筷子情形如何？（分三种情况：①是过轴线，②是在軸线左侧，③是在轴线右侧）

问题4：若倾斜放入其中呢？（分三种情况：①筷子与水面交点在轴线处②在轴线左侧③在轴线右侧）

这种情景与学生现有的知识体验形成了冲突，心里急切要探个究竟，激发了学生的学习热情和探究欲望。

小组讨论……教师演示，知识回归生活，学生感受物理，获得体验。

筷子问题从不同角度、不同方面分析生活中常见的折射现象，有利于培养学生关注身边的物理现象，提高学生应用物理知识，分析问题和解决问题的能力。生活中的物理问题势必会使学生产生好奇心，有了渴望学习的愿望，必将带着问题去钻研，从而掌握了学习的主动权。

本环节以生活中常见的一些折射现象进行层层设问，让学生感受物理来源于生活、科技、实验，物理学的发展离不开科学、经济和社会。生活中的问题亲切、自然，生活中的物理贴近学生生活，更容易唤起学生情感上的共鸣，使科学态度与责任意识在学生心中生根发芽。体现了对科学态度与责任这一物理核心素养的培育。

三、 结束语

在物理概念教学中我们可以从不同维度创设多个系列问题，让学生由点到线、由线到面、由平面到空间，进行更多层次的设计。从概念的生成和拓展、基本条件和应用，把学生的思维能力不断地进行升华。增强学生对概念深度和广度的认识。在学生对概念知识的建构过程中老师适当进行提示、点拨、鼓励及支持，让学生的知识建构活动开展得更加顺利。在概念教学的问题生成、实践锻炼、科学探究过程中，实现学生物理观念的养成，科学思维能力和探究能力的发展，进一步形成科学态度与责任。

于实践中反思，在反思中成长。概念课教从本质上讲是以对话、交流、合作等为基础的知识建构活动，通过师生之间直接的对话，进行心灵的沟通，实现双方主体性的建构与发展。概念的学习是经验的重新组织和重新理解的过程，我们必须“以形成物理概念为前提，以思维养成为基础，以科学态度与责任为追求”，在教学中把生命发展的主动权交给学生，让学生充分张扬个性，自主探究，教师对学生在知识上进行指导，在方法上进行辅导，在科学态度与责任上进行引导。同时，我们也体会到概念教学目标不仅仅是让学生掌握物理概念，在主目标完成的情况下应尽可能多地给学生更大的生成空间，引导学生深入探究。通过学生主动参与、积极探索、主动思考、自主建构活动，使学生的创造力、潜能等得以发挥，使物理学科素养在学生心中内化，思维能力获得更好的发展。

参考文献：

[1]吴克勇，等.模型认知解读[J].中学物理教学参考，2017（9）：11-14.

[2]吴加澍.核心素养视域下的物理教学.2016.9-29.

[3]骆兴高.注重“三个转型”培养核心素养：论核心素养视域下的物理教学.

[4]王国强.基于物理核心素养的体验式教学的实践与研究.2018.

作者简介：

张胜勇，浙江省杭州市，浙江省杭州市余杭第二高级中学。