以物理核心素养为导向的高中物理教学策略

虞小倩

摘 要：随着新课改的不断进行和实施，特别是新高考的改革，原有的以学科知识为主线的应试教育已然不适用。教师以物理核心素养为导向的教学显得尤为重要，以物理核心素养为导向的教学要求教师深刻认识和理解学科核心素养的内涵，重视在教学中培养学生物理核心素养，改革当前物理课堂教学模式，实现物理核心素养导向的教学。

关键词：核心素养；导向；课堂教学

一、认识和理解物理核心素养的内涵

物理核心素养是学科育人价值的集中体现，是学生通过高中物理学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力。物理学科核心素养主要包括“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面。通过高中物理课程的教学，应在义务教育的基础上，进一步促进学生物理学科核心素养的养成和发展，应达到以下目标。一是形成物质观念、运动与相互作用观念、能量观念等，能用其解释自然现象和解决实际问题。二是具有建构模型的意识和能力；能运用科学思维方法，从定性和定量两个方面对相关问题进行科学推理、找出规律、形成结论；具有使用科学证据的意识和评估科学证据的能力，能运用证据对研究的问题进行描述、解释和预测；具有批判性思维的意识，能基于证据大胆质疑，从不同角度思考问题，追求科技创新。三是具有科学探究意识，能在观察和实验中发现问题、提出合理猜想与假设；具有设计探究方案，使用不同方法和手段分析、处理信息，描述并解释探究结果和变化趋势；具有交流的意愿与能力，能准确表述、评估和反思探究过程与结果。四是能正确认识科学的本质；具有学习和研究物理的好奇心与求知欲，能主动与他人合作，尊重他人，能基于证据和逻辑发表自己的见解，实事求是，不迷信权威；关心国内外科技发展现状与趋势，了解物理研究和物理成果的应用应遵循道德规范，认识科学、技术、社会、环境的关系，具有保护环境、节约资源、促进可持续发展的责任。传统的应试教育注重知识的学习，忽视能力的培养，学生的学习过程是被动机械的，学生虽然掌握了物理知识，能力却没有得到很好发展。面对新课标对学生的培养要求和新高考的改革，应试教学无法实现物理核心素养的培养目标。通常被动机械学习的学生往往出现“一听就会，一做就废”的状况，无法从情境中走出来，构建模型困难或是面对实验探究无从下手。以物理核心素养为导向的教学才是当前适应新课标和新高考的正确选择。

二、以物理核心素养为导向的高中物理教学策略

（一）概念建构的过程，需要遵循认知心理学规律

瑞士心理学家皮亚杰认为：人的发生认识的发展涉及图式、同化、顺应、平衡四个方面。图式指的是人脑中已有的知识经验的网络，是主体内部的一种动态的、可变的认知结构；同化指的是把环境因素纳入主体已有的图式中，来加强和丰富主体的认知结构；顺应指的是改变主体认知结构以适应环境的变化；平衡指的是原有的图式可以同化新知识经验时，在心理上便会感到平衡，否则就感到失衡。对个体而言，在心理状态失衡时，将产生一种内驱力，驱动个体改变或调适原有图式，形成新图式。教学应不断促使学生产生这种失衡引发认知冲突，以改善教学效果。

例如：“加速度”概念的构建，学生在初中已经学习了速度的概念，理解运动快慢的描述方法，包括速度的比值定义法，脑中存在关于速度和速度变化快慢的日常经验和零散事实，比如汽车百公里加速时间存在差异等；通过汽车启动过程和飞机起飞过程的速度变化的真实情境，感受到速度变化以及速度变化快慢的区别。提出怎样描述速度变化的快慢。通过速度概念建构过程迁移和类比，学生比较容易接受加速度的定义。通过实验探究进一步强化对加速度的理解。

加速度探究实

创设真实情境：篮球以10m/s的速度水平撞击篮板后，以8m/s的速度反向弹回。若篮球与篮板接触的时间为0.1s，求篮球在这段时间内的加速度[1]。加深学生对加速度概念和矢量的认识。创设问题情境讨论：速度大加速度一定大吗？速度变化量大，加速度一定大吗？速度为零加速度一定为零吗？加速度为负值的直线运动，一定是减速运动吗？速度方向不变，加速度方向也不变吗？加速度不断减小，速度也不断减小吗？不断让学生发生认知冲突。学生经历多次不同角度的认知冲突，通过列举大量真实情境论证以上问题，走出对加速度理解的误区。提出让学生将这些误区进行分类：第一类对加速度正负号理解误区；第二类对加速度大小理解误区；第三类对加速度和速度方向关系的理解误区；第四类对动态变化加速度理解误区。对每一类误区的深刻总结和认识，最后内化为对加速度的概念理解。学生经历物理概念的建立过程，明确概念的内涵和外延，重视混淆易错概念的区别，在概念建构的过程中经历图式、同化、顺应、平衡的过程，形成科学的物理观念，锻炼了学生的科学思维，培养学生的科学态度，发展学生学习能力。

（二）在知识建构中凸显过程性

以物理核心素养为导向的教学主要不是靠傳授，而是要靠学生自己去经历和体验，不能把学生当作知识的接受者，要让学生主动投入知识建构的全过程。规律的发现和概念的建构过程是曲折而复杂的，要让学生体验到这一点，就得在教学中设计相应建构过程，使学生在知识建构过程中领略探究的精神。教材可以呈现学科知识，但不能全面呈现科学探究的精神和智慧，学生很难通过教材直接获得科学思维的提升。因此，课堂教学就要避免单纯的知识传授，努力创设真实的物理情境，设计知识的形成过程，使课堂教学既要重结果，更要重过程。为了让学生在课堂教学中经历知识形成过程体验、知识应用过程体验等，就需要精心设计，用心落实[2]。

例如：学习滑动摩擦力，学生在初中已经对滑动摩擦力有了初步的认识，知道滑动摩擦力发生在接触面粗糙的情况下，阻碍相对运动。虽然学生在初二就学过相对运动的概念，但将相对运动迁移到滑动摩擦力中会发生混淆。导入新课的时候，让学生摩擦双手，摩擦桌面、课本等感受摩擦力。让学生抚摸桌面书本、脸颊等，感受抚摸与摩擦的区别。学生通过体验得出摩擦力产生的条件是接触、挤压、相对运动。摩擦力的作用是阻碍相对运动。由于初中所涉及的滑动摩擦力是以一动一静模型的情境，但高中将更全面，所以要将相对运动搞清楚。创设问题情境：什么是相对运动，如何判断相对运动。构建模型情境：板块模型。1.让木块在静止的板上滑行。2.木块静止，让下板滑行。3.木块和木板都向前滑行，木块更快。4.木块和木板都向前滑行，木板更快。5.木块和木板分别向相反方向滑行。6.木块和木板一样快，向前滑行。通过讨论总结速度不相等的两个物体相对运动。创设问题情境：运动的物体是否受到滑动摩擦力？静止的物体是否受到滑动摩擦力？滑动摩擦力的方向与运动方向相反一定是阻力，阻碍物体的运动？构建真实情境：粉笔在黑板上写字，传送带输送煤块在传送带上留下划痕，根据力的作用是相互的，体验相互滑动摩擦。得出静止和运动的物体都可能受到滑动摩擦力。演示在可滑动的黑板写字时，带动黑板往前运动。在一叠书底下抽取书本时可以带出其他书本，扫地把垃圾带动往前运动等。体验滑动摩擦力阻碍相对运动，不阻碍运动，促进运动提供动力，摩擦力方向与运动方向相同。在课堂教学中经历知识形成过程体验、知识应用过程体验等，让学生全面深刻理解滑动摩擦力。

（三）改变实验教学培养科学探究能力

实验教学一直是中学物理教学的重要组成部分。新课程标准强调要让学生经历科学探究的过程，掌握科学探究方法，锻炼学生的科学思维，形成科学的态度。物理实验教学能够很好地实现这个目标。然而教材中所设计的实验多为验证实验，有的名为“探究”但并不是“真探究”。这种“伪探究”对于学生科学思维的锻炼，科学探究能力的培养还处在较低层面。因此要改变物理实验教学——以问题为导向的探究性学习。问题源于教材却不局限于教材，实验教学应以教材中的实验为基础，从实际出发指导实验，通过学生自主实验，体验科学探究的实验过程，并根据学生实验中遇到的真实情况，创设新的问题情境，启发学生深层次的思考、讨论，并提出创新的实验方案，激发学生强烈的创新意识，锻炼学生的探究能力，形成科学态度。

例如：学生在探究小灯泡的伏安特性实验中，按照教材的指导完成实验，是在所给的所有仪器完好无损，电源为新电源无发热等理想条件下完成实验数据的采集。但现实情况是实验室准备的器材不是全新的，有的仪器可能有损坏，多个班级轮流实验，使用时间长会发热，滑动变阻器来回调动，测量时间过长，造成误差等。很多的现实问题在教材和试题中没有呈现出来。针对学生实验面临的实际问题，教师可以在学生探究实验过程中提出以下问题，引导学生进行实验步骤的创新：1.你能确保你使用的器材都是完好无损的吗？如何连接电路可以快速排查出损坏的器材。设计意图：让学生通过动手尝试发现，电路器材越多越难排查，应从少到多逐一排查。2.能否在按照原理图连接的过程中进行排查，节省时间。设计意图：得到最优化的方法。3.实验原理图为分压接法，需要重新拆连限流式？设计意图：引导学生认清分压式和限流式连接的区别，培养学生理论结合实际，训练学生的实操能力。4.连好电路后，如何让电压从零开始测量，你连接的滑动变阻器应滑向哪端。设计意图：通过问题将理论与实践相结合，理解分压式电路的工作原理。5.测量时，回测会导致实验误差变大，你是如何做到不回测的？设计意图：滑动变阻器的调节具有很大的不确定性，因而实验数据也是有很大的随机性，测量的数据不一定能像表格给数据那么好看，但依然要保证数据的准确性，不能去杜撰或拼凑数据。培养学生科学态度和责任。通过创设问题情境的实验探究，学生经历了问题—设计—探究—分析—交流，在实验探究和问题解决中思维层次不断提升。在实验结束后教师还可以让学生讨论交流在实验过程中遇到的问题，如何解决问题。或是在实验过程中存在的疑惑和错误等。在经验的总结和交流中，开拓学生的科学思维，提升学生的科学素养。

（四）重视数学知识在高中物理教学中正迁移

高中物理的学习经常要利用数学知识进行分析、理解，而学生对数学知识的掌握和应用情况直接影响对物理的理解。在实际教学中发现，学生在单纯的数学环境下可以将数学知识应用得很好，但将数学知识正迁移到物理情境中理解概念和解决实际问题的能力就比较薄弱。大部分物理教师认为数学知识的讲解是数学教师的事，不是物理教师擅长的而忽视数学方法在物理教学中的渗透，导致在教学中遇到涉及数学知识时，经常一笔带过，让学生课后自行体会数学知识在物理学习上的应用。这恰恰错过了数学知识在物理教学中正迁移最好的契机。重视数学知识在高中物理教学的正迁移有助于学生对物理概念、物理规律的理解。例如：在数学中出现的变化率的概念，将变化率的理解迁移到物理的加速度的概念学习以及法拉第电磁感应定律的学习，有助于学生快速对速度变化率和磁通量变化率的理解。在学习探究匀变速直线运动的规律中，推导位移公式就用到了数学中的分割、以直代曲、作和、逼近的积分思想[3]。（见图1）

图1 匀变速直线运动的位移与时间的关系

在探究匀变速直线运动规律时，学生对在连续相等时间内的位移差为一个定值的直线运动为匀变速直线运动的推论理解十分困难。尽管通过实验探究得到的纸带进行等时分割，并贴在同一水平面上的方法让学生观察和测量得出推论，学生对连续相等时间内位移为一定值的理解还是不尽理想。（见图2）

图2

但是在高三总复习时，学生有过数学中等差数列的知识，将这一推论用等差数列来理解就变得十分容易。此外将数学的一次函数图像知识迁移到物理实验数据图像中，结合物理知识的相关公式进行变形与一次函数的斜率、横纵截距一一对应，面对看不懂的图像问题就迎刃而解了。物理中还时常遇到临界问题，也是可以通过数学函数的最值、不等式的知识进行求解。用代数的思维解决物理的问题是一种常规思维，因此数理不分家。

（五）走出情境建构物理模型，落实核心素养培养目标

随着2017版高中物理课程标准的颁布，高考的评价体系发生了巨大的变革。高考评价体系将考查内容定位为应对生活实践、应对未来的学习或者高等教育的学习，聚焦于在面對生活实践或学习探索情境中的问题时所需要的知识和能力，即将在科学素养导向确定应考查学科的必备知识和关键的能力。其中关键能力包括：理解能力、推理论证能力、实验探究能力、模型建构能力、创新能力。模型建构能力和创新能力是根据物理教学实际和时代发展要求提出的新的能力。模型建构能力是物理培养学生关键能力之一，对实现核心素养的培养目标具有深刻意义。而现实的情况是学生在学习的过程中，面对熟悉的物理问题，很容易找到解题的思路和解题方法，但面对陌生的物理情境时，却无从下手。实际上在每个物理情境中都可以构建相应的物理模型。学生只是粗浅地了解一些常见的基本模型，并没有深入地理解模型的内涵，对物理模型认识不足，导致模型建构能力欠缺，因此，培养学生模型建构能力才能真正地走出情境实现核心素养的培养目标。培养学生的模型建构能力要对基本模型进行分析，深刻挖掘基本模型的内涵，尝试将基本模型进行延伸重建。例如：环形电流的磁场分布模型，用右手定则可知N极和S极，距离中心越远，磁场越弱。根据磁感线的特点进行理解环形电流的磁场分布特点：在磁体内部，由S极指向N极。安培定则指的是内部磁场的分布，所以大拇指指向N极，中心磁感线为直线。磁感线是闭合曲线，因此从环形出来的磁感线必弯曲才可能闭合。将环形电流磁场分布模型进行延伸重建。反亥姆霍兹线圈是冷原子实验室中的科研装置，结构为一对完全相同的圆形线圈，共轴放置。已知O为装置中心点，a、b、c、d点到O点的距离相等，直线dOb与线圈轴线重合，直线cOa与轴线垂直，现两线圈内通入大小相等方向相反的电流，探究O.a.b.c.d五点的磁场强度特点。对于陌生的情境引导学生要大胆尝试，小心求证。建立关联，电流与磁场的关系，通电导向周围分布磁场，明确需要用到磁感线分布来探究。大胆尝试将两个环形电流分开，一个环形电流的磁场分布明确。再重新建构两个环形电流的磁场情况。由于磁场是矢量应遵循矢量叠加原理，故将两个环形电流的磁场进行叠加，得出中心点的合磁场为零。两个环形电流在a、c两点处的磁感线都是弯曲的，故矢量叠加，发现a、c两点处磁场强度大小相等，方向相反。而b、d两点在直线磁感线上离线圈越近磁场越强，只要进行代数叠加，b、d两点磁场强度也是大小相等方向相反。（见图3）

环形电流的磁场         反亥姆霍兹线圈

图3

（六）开展学生课外课题研究活动，开拓核心素养培养新途径

课外课题研究是学生在学科领域或跨学科领域选择性研究专题，以独立或小组合作的方式进行的探究性、研究性的学习过程。课外课题的研究问题由学生自主提出，课题的内容由学生自己决定，时间安排由学生自主调节，学生通过经历了完整的研究过程，全面提升课题研究能力。通过课外课题研究，学生具有学习和研究物理的好奇心与求知欲，能主动与他人合作，尊重他人，实事求是，不迷信权威；关心国内外科技发展现状与趋势，了解物理研究和物理成果的应用应遵循道德规范，认识科学、技术、社会、环境的关系，具有保护环境、节约资源、促进可持续发展的责任。培养学生科学探究能力，锻炼学生科學思维，形成科学观念，进一步促进学生物理学科核心素养的养成和发展。课外课题研究跟课堂的科学探究具有很好的互补性，课外的课题研究应该与课堂科学探究得到同等的重视。传统的课外课题研究行为只停留在查找资料、归纳信息的底层次的探究上，相当于知识内容的重构，研究成果缺乏创造性。研究的内容大都围绕知识本身进行，缺乏自己的探究证据，学生的研究能力没有得到发展。高中教师如何指导学生开展课题研究没有相关教材指导参考，也没有具有代表性和创造性的研究案例作为示范。要以核心素养为目标开展学生课外课题研究活动，要注意避开以上的问题。选择课题应来源于生活的真实情境，又要有相关的物理原理作为支撑，还要具有实验探究的路径。这样的课外课题研究不仅增强了理论联系实际的意义，又促进科学思维能力的发展。根据课题相关的物理原理支撑，创设合理的科学探究实验进行探究，记录实验数据进行实验数据分析，得出结论。通过交流讨论进一步验证科学探究实验，提出创造性的建议和意见，弥补实验过程的不足。

结束语

总之，我国的课程改革提出教育的根本任务是立德树人，全面发展学生的核心素养，核心素养并不像传统的教育教学目标一样能够相对容易实现，核心素养是学生将所学的科学文化知识内化于个人思想、能力品质上的体现，想要学生真正具有心智、内涵和生命体有机构成的学科核心素养，就要颠覆现行的教学方法和学习方式，促进教学真正进入真实的复杂情境中。

参考文献

[1]廖伯琴.普通高中物理教科书（物理必修第一册）[M].济南：山东科学技术出版社，2019.

[2]林明华.高中物理教学中科学思维教育的落实[J].物理教学探讨，2018，36（10）：1-4.

[3]李铮.数学知识在高中物理教学中正迁移的策略[J].福建基础教育研究，2020（4）：110-112.