整合原始物理问题解决与物理学科核心能力培养的有效方法

刘震宝

《义务教育课程标准（2022年版）》强调课程的综合性和实践性，推动育人方式变革，着力发展学生核心素养，关注学生运用知识解决实际问题能力的培养。应用物理知识解决原始物理问题的能力对学生具有重要意义。当今世界科技日新月异，人们的生活、学习、工作方式不断改变，青少年的成长环境也在发生着深刻变化，人才培养面临新的挑战，学生需要掌握更多解决问题的技能，这符合当今社会对具有综合能力人才的迫切需求。因此，如何整合原始物理问题解决与物理学科核心能力的培养，为学生提供更全面的物理学习体验，促进其问题解决能力和创新思维的培养，已经成为当前物理教育亟待解决的问题之一。

一、整合原始物理问题解决与物理学科核心能力培养的意义

（一）提升实践能力

整合原始物理问题解决与物理学科核心能力培养对于提升学生的实践能力具有重要意义。将物理问题融入实验与实践中，学生不仅能够加深对物理原理的理解，还能在实际操作中培养解决问题的技能。

例如，在学习机械运动时，教师将物理问题整合到实验与实践中，学生能够通过具体的实验提升解决问题的能力。例如，学生搭建一个简易的斜面和小车系统，观察小车在不同斜度下的运动规律，并测量小车的运动速度，不仅深化了对机械运动原理的理解，而且培养了实际操作和数据分析技能。这样的综合性学习方法既加强了理论知识的应用，又锻炼了学生在解决实际问题时的创造性思维和实验设计能力。同时，根据实验数据分析得出与理论知识相符的结论。这种实验设计不仅让学生亲身参与，更能激发学生的探究欲望，提升学生在实验操作与数据处理方面的技能。

（二）培养创新思维

整合原始物理问题解决与物理学科核心能力培养对于培养学生的创新思维有着重要意义。教师将物理知识与实际问题相结合，鼓励学生运用创造性思维解决问题，有助于激发学生的创新潜能。

例如，在学习磁场的理论知识时，教师可以引导学生思考如何应用这些知识解决现实生活中的问题，让学生探索磁场在电磁感应中的应用，如设计一个简易的电磁感应器，以体验电磁感应原理。这个电磁感应器包括一个铜线线圈和一个磁铁，学生将铜线绕成一个小线圈，然后将线圈的两端连接一个小灯泡和电池。接着，将磁铁快速移动穿过线圈的中心，观察灯泡是否发光。这个实验演示了当磁场穿过线圈时会感应出电流，从而点亮灯泡，体现了电磁感应的实际应用。通过这样的设计，学生不仅理解了电磁感应的基本原理，而且亲身体验了将理论知识转化为实际装置的过程。

又如，在学习光学原理时，教师引导学生思考如何利用光学知识解决日常生活中的问题，可以让学生设计一种简易的光学仪器或者光学装置，如望远镜、显微镜等，以体现学生对光学原理的理解，并应用于实际中。这种活动能够锻炼学生的创新思维，培养学生寻找解决方案和独立思考的能力。将物理问题与创新思维相结合有助于激发学生的创造性思维，使学生更加灵活地运用所学的物理知识解决现实问题。这种创新性思维的培养有助于提升学生解决问题的能力，为其未来的创新与发展打下坚实的基础。

（三）深化学科理解

整合原始物理问题解决与物理学科核心能力培养对于深化学科理解有着重要意义。将物理问题与学科核心概念相结合，学生能够更全面、更深入地理解物理学科的基础理论，并将其运用于实践中。以初中物理中的弹力知识为例，教师将物理问题融入实践，使学生在实验中直观感受到弹簧的弹性，理解背后的物理原理。教师设计弹簧实验，让学生通过实际操作理解弹力与弹簧形变之间的关系，从而深刻地理解弹簧测力计的原理。此外，教师可以设计弹簧减震系统，促使学生将理论知识应用于实际情境，培养学生解决实际问题的能力。例如，让学生思考如何利用弹簧系统减缓物体的震动，这不仅需要他们运用弹力的理论知识，还要运用创新思维设计出实用的解决方案。这一过程有助于同时培养学生的创新思维与实际应用能力，为他们今后深入进行学科研究奠定坚实的基础。这样的学习方法不仅加深了学生对物理学科的理解，而且培养了学生在解决未知问题时的独立思考能力。

（四）培育问题解决能力

教师要引导学生面对真实而复杂的物理问题，培养学生分析问题和解决问题的能力，提高学生的实践技能。例如，在学习力学时，学生面临设计一个模型汽车车架的挑战，要求学生考虑力学平衡、材料强度等因素，并运用所学的力学原理设计出结构稳定的车架。这一任务不仅考查学生理论知识的掌握程度，还要求学生将理论知识运用于实际情境中，解决实际工程问题。又如，在学习电路原理时，要求学生设计一种满足特定功能需求的电路板，这项任务需要学生综合运用电路理论、元器件知识以及创新思维，将所学知识应用于解决实际电路设计问题。这种整合的方法不仅让学生直面真实的物理问题，还能够提高学生的问题解决能力。将理论知识与实际问题相结合，有助于培养学生分析、思考和创新的能力，这样的学习模式强化了学生对物理学科核心概念的理解，更重要的是增强了学生未来面对复杂问题的信心。

二、整合原始物理问题解决与物理学科核心能力培养的策略

（一）将物理问题纳入实验与实践中，培养学生解决问题的能力

杠杆是初中物理的一个重要内容，是学生理解物理学概念的基础，为培养学生解决问题的能力提供了丰富的实践场景。整合原始物理问题解决与物理学科核心能力培养的策略之一就是将杠杆原理纳入实验与实践中进行教学，学生可以通过实验来深入理解杠杆原理。如设计一个简单的实验，让学生利用木板和支点来搭建杠杆，学生可以尝试改变支点位置或使用不同长度的杠杆臂，并测量不同条件下所需的力来平衡物体。这样的实验能够直观地展示杠杆的作用原理，让学生通过实际操作感受到力的平衡条件，加深学生对杠杆原理的理解。

教师可以引导学生在日常生活中寻找杠杆原理的应用，如观察门锁，并探究为什么改变门锁开启方式需要更大或更小的力；观察家用工具、游乐场设备等，发现杠杆原理在各种场景中的应用，从而让学生认识到杠杆原理在实际生活中的应用。除此之外，将杠杆原理与解决问题的能力结合起来，教师可以提出一些具有挑战性的任务，让学生用家里常见的物品制作一个简单的杠杆装置，如使用铅笔和书本来实现平衡，或者利用积木搭建一个升降机。这些任务不仅要求学生运用所学的杠杆知识，还要求学生动手尝试不同的方法，解决实际问题。通过这些教学策略，学生能够更深入地理解杠杆原理，在观察、实验和改进中学会分析问题，并找到解决方案，为今后面对更复杂的物理问题打下坚实的基础。

（二）将基础知识应用于实际问题，加深学生对学科核心概念的理解

在初中物理学中，物质的比热容是一个重要的内容，整合原始物理问题解决与物理学科核心能力培养的策略之一是将物质的比热容基础知识应用于实际问题中，以加深学生对学科核心概念的理解。教师可以让学生设计一个简单的实验，如测量不同物质在加热后的温度变化，学生可以选择使用不同的物质，如水、铁、铝等，通过加热相同质量的物质并测量其温度变化，计算出它们的比热容。这样的实验可以帮助学生直观地理解不同物质的热学特性，深化对比热容概念的认识。同时，教师引导学生探究比热容在日常生活中的应用。例如，思考为什么金属铝制成的餐具比塑料餐具更容易传递热量，或者探讨为什么在相同的太阳光下，沙滩比水升温更快。这些问题可以帮助学生将比热容的概念与实际问题联系起来，加深对这一概念在日常生活中的应用理解。

教师还可以提出一些实际问题，鼓励学生利用比热容知识来解决。例如，如何在冬季更有效地利用太阳能进行加热？或者设计一个装置，保持饮料的温度在一个较长的时间内不变。这些问题需要学生结合所学的比热容知识，运用物理原理寻找解决方案。将物质的比热容基础知识应用于实际问题中，学生不仅能够加深对物理学科核心概念的理解，还能够培养解决实际问题的能力，激发学生对物理学科在日常生活中应用的兴趣。

（三）设计实验探究物理问题解决方法，培养学生实践操作技能

在整合原始物理问题解决与物理学科核心能力培养的策略中，具体的实验过程能够引导学生深入理解物理问题的本质，培养学生的实践操作技能。以初中物理定滑轮知识为例，教师可以通过以下实践过程来实现这一目标。

首先，学生利用滑轮系统进行一系列的实验，通过调整力的大小和方向，观察滑轮系统在力的作用下的运动情况。这一阶段旨在让学生亲身体验力的平衡是如何在定滑轮中体现的，从而建立对机械平衡的深刻理解。

其次，实验内容进一步拓展至考虑摩擦力的影响。学生调整滑轮系统中的摩擦系数，观察摩擦力对力的平衡的影响。这一步骤旨在引导学生思考实际问题中不可忽视的因素，提升他们的问题解决能力，并将理论知识有效地融入实际场景。

再次，为了培养学生的实践操作技能，学生亲自操控实验器材，测量力的大小、调整滑轮系统的参数，并记录实验现象。这一过程不仅锻炼了他们的实验设计和观测技能，还提高了他们对仪器使用的熟练程度。

最后，实验以小组合作的形式进行，小组成员分工合作，共同完成实验任务。这不仅培养了学生的团队协作能力，而且加深了学生对整个实验过程的理解。通过小组讨论，学生能够从不同的角度思考问题，提升解决问题的综合能力。

在具体的实践过程中，学生将更深入地理解定滑轮的核心概念，提高了解决实际问题的能力，同时提升了团队沟通能力。这样的实践性学习方法加强了学生对物理知识的理解，为学生今后在科学研究和实际应用中的发展奠定了坚实的基础。

（四）探索物理现象背后的原理，提升学生问题求解的数学运用能力

初中物理中，电压表的使用是一个重要的实验。深入理解其背后的原理，结合数学运用能力，能够帮助学生更好地掌握物理学科的核心知识。以电压表的使用为例，在电压表的使用中，理解欧姆定律是至关重要的，欧姆定律描述了电流、电压和电阻之间的关系，即 u=I×R，其中 u表示电压，I 表示电流，R表示电阻。这一定律不仅是物理知识，也涉及数学中的简单代数运算。在学习欧姆定律的过程中，学生不仅能够理解电路中电压、电流和电阻之间的基本关系，还能够运用代数知识解决相关问题。例如，在使用电压表测量电路中的电压时，学生需要连接电路，将电压表正确接入电路中，这一过程需要了解电路的基本结构，同时考虑电压表的内阻对电路的影响，这就需要运用欧姆定律来计算电路的总电阻，以确保电压表的接入不会显著改变电路本身的特性。

在解决实际问题时，学生需要根据给定的电流和电阻数值计算电路中的电压，这需要运用欧姆定律进行代数运算，以获得正确的电压值。这种数学运用能力的训练有助于学生理解物理现象背后的数学原理，并更准确地解决问题。除了欧姆定律，学生还可以通过学习电路中的串联和并联关系来加强数学运用能力。这些数学运算不仅帮助学生理解了电路中元件的连接方式对总电阻的影响，而且训练了学生的代数运算能力。

三、结语

整合原始物理问题解决与物理学科核心能力培养是构建更全面、更综合的物理学习体验的关键。在整合过程中发现，引导学生探究真实世界中的物理问题来提升其核心能力，可以激发其更深层次的学习动力。在实践中解决问题，学生不仅在知识上获得了丰富的体验，更加强了创新思维和实践技能。同时，这一整合也意味着教育者需要创新教学方法，将问题解决融入课程设计中，创造更多互动、实践、探索的机会，让学生在解决问题的过程中掌握学科的核心能力。总之，整合原始物理问题解决与物理学科核心能力培养需要教师持续努力，不断探索更加切合学生需求的教学方法，以促进学生综合能力的发展，培养出更具创造力和批判性思维的物理人才。

注：本文系江苏省教育科学“十三五”规划2020年度课题“初中学段原始物理问题教学与物理学科关键能力培养统整推进研究”（课题批准文号：B-b/2020/02/224）的研究成果。