基于核心素养的物理智慧课堂创建研究

陈国文 欧剑雄

摘 要：要使核心素养落地，“智慧课堂”是课堂改进的着力点。“智慧课堂”以科学思维的概念构建为手段，以科学辩论为载体，以解决物理问题为目的，追求创建思维层次更高的课堂。“智慧课堂”关注学生的个体差异，体现学习内容的选择性，重视教学过程的交互性，追求创建开放程度更大的课堂。“智慧课堂”以物理学史、物理学科的思想方法为载体，挖掘物理学科蕴含的文化价值，追求创建文化意味更浓的课堂。

关键词：核心素养；智慧课堂；物理教学

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2018）3-0007-3

“智慧課堂”有基于“智慧”的语义学视角和基于信息技术视角的两种定义。本研究中的“智慧课堂”主要是指前者，它是核心素养引领下的一种课堂教学方式。在教学目的上，追求学生的核心素养发展；在教学过程中，强调思维层次、开放程度和文化意味；在教学评价上，关注学生智慧的发展。本研究从课堂教学入手，主要运用实践研究方法，开展富有智慧的课堂教与学活动，通过创建思维层次更高、开放程度更大、文化意味更浓的物理课堂，让学生建构个性化的知识系统，解决真实情境中的物理问题。在获得物理知识建立物理学科观念、发展物理学科思维、丰富物理学科经验的基础上提高其物理学科核心素养。

1 创建思维层次更高的物理课堂

1.1 基于科学思维的概念及规律建构

基于科学思维的概念及规律建构常用的方法有归纳策略、类比策略、理想化策略和实验探究策略等。

在“磁生电的探索”的教学中，可以在教材中原有的三个实验的基础上增加一个“闭合回路磁通量不变”的实验。实验器材包括柱状磁铁、3D打印制作的该磁铁的磁场分布模型、面积可以改变的线圈和灵敏电流计。将柱状磁铁放在“磁场模型”顶端，闭合线圈沿“磁场模型”运动，虽然磁感应强度和面积均变化，但“磁感线条数”不变，灵敏电流计指针不发生偏转。通过这四组实验，学生能更深刻地理解产生感应电流的条件。这种基于归纳的教学策略不仅能够让学生掌握物理知识，同时也让学生领悟到事物的本质和规律隐藏在无数的现象之中的科学思想。

在“闭合电路欧姆定律”的教学中，可以用电池组和“恒压电源串联定值电阻”这两种电源分别对并联的小灯泡供电，当逐个闭合并联的灯泡所在支路的开关时，每个灯泡逐渐变暗。通过对比两个实验，学生很容易建立电源存在内阻这一概念。这种类比能够利用具体的实验现象推测事物的抽象属性，教学中合理利用这种策略有助于突破部分抽象物理概念的教学难点。

在“万有引力定律”的教学中，教师可以引导学生利用学过的平抛运动规律分析一个理想实验——在地面上某一高度处以不同初速度抛出石块，当石块速度足够大时将离开地面，绕地球运动。再将不落回地面的石块与月球比较，学生不难得出地球对石块和地球对月球的作用力是同一种性质的力。这种理想化的教学策略有助于学生理解“万有引力”的本质。

1.2 将科学辩论引进物理课堂

将科学辩论引进物理课堂对培养学生的质疑与创新能力至关重要，正如美国科学课程标准所言——“辩论是科学实践的一个基本特征”“科学是一个辩论的过程”。物理课堂中常用的科学辩论方法有：探究报告式、概念图式、理论比较式、预测与解释式、实验探究式等。

一是探究报告式，通过提供“探究方法有误”的报告，例如“阿拉果圆盘实验中，铜圆盘中有涡流产生是由于穿过圆盘的磁通量发生变化”，让学生对上述问题进行辩论从而找出其研究方法上的错误。二是概念图式，例如提供“同一物体，速度大更不容易停下，惯性与速度大小有关”的观点，让学生对概念构建中存在的科学问题进行科学辩论。三是理论比较式，提供光具有“波动性”和“粒子性”这两个理论及相应的证据，让学生对光的本性问题展开辩论。四是预测与解释式，例如让学生猜测“带电金属球与筒内壁接触时电荷会如何分配”，然后通过实验进行验证，并通过科学辩论理解净电荷分布在圆筒外壁的现象及产生的原因。五是实验探究式，让学生提出猜想并进行实验，验证自己的观点，比如在研究影响单摆周期的因素中，学生从摆球质量、摆长、振幅、当地的重力加速度、空气阻力等因素进行猜想，然后分组用控制变量等方法进行实验，再针对其影响因素进行科学辩论，以揭示其规律。

“科学辩论”能促进学生对物理问题进行更加深入的思考，能更有效地解决“前概念”的影响，同时还要求学生用言语表达出来，有助于学生思维品质的提升。

1.3 基于问题解决的概念、规律应用

用所学的知识解决物理问题，需要从“问题”中提取关键信息，在已知和新知中建立链接、建立物理模型、建立定性或定量关系从而解释或解决实际现象或问题。例如，在“磁生电的探索”的教学中，可以设置以下三个需要解决的问题。一是让小磁铁和塑料圆柱分别通过长铝管，记录观察到的现象并尝试解释；二是了解手机无线充电的原理，尝试根据老师提供的器材将普通手机改装成有无线充电功能的手机；三是自制无线电能量传输装置，利用三极管的自激振荡，将直流电变成交变电流，从而实现送电线圈的电流变化引起受电线圈的磁通量变化，使与受电线圈相连的二极管发光。

要解决上述问题，必须通过查阅资料和交流来完善知识、提升思维技能。学习涡流的相关知识、了解无线充电的原理、学习将直流电变为交流电的方法，迁移所学的“互感”模型，建立现象与本质之间的联系，从而实现问题的解决。在应用中不仅提升了学生解决问题的能力和智慧，同时也让他们体会到了物理知识的价值，进而有助于提升他们的核心素养。

2 创建开放程度更大的物理课堂

2.1 关注学生的个体差异，推进“差异性教学”

个性化的学习更能彰显学习的价值，而差异性教学则能更好地帮助学生完成个性化学习。在实施差异性教学的过程中，必须先分析个体差异，即不同学生的基础、优势和不足，以及能引导不同个体走向发展的各种有效方法，通过开展多样化的学习活动，让每个学生用自己最具优势的方法进行学习。差异性教学要思考两个问题：一是什么样的活动放在什么时间去组织最有价值；二是课程和活动应如何满足不同学生的个性需求。

2.2 体现内容的选择性，满足学生的发展需求

着眼于人的发展来看，扬长比补短更重要。教学实践中，可以针对学生的兴趣、发展潜能开设与物理学科相关的课程，比如“创新能力培育”课程、“微讲座”课程、“拓展”课程等。在这些课程中，学生可以利用智能手机中的APP测量地磁场的磁感应强度、演示多普勒效应、研究向心力与角速度的关系等。通过创新性地解决这些问题，学生能更深入地把握学习内容，同时涉猎到更为广阔的跨学科知识，为终身发展打下良好基础。

2.3 重视教学的交互性，助力课堂精彩生成

交互性强的课堂有“倾听学生解释”“教学即研究”“打造学习共同体”等特点。达克沃斯倡导“去倾听学习者，并让我们的学习者告诉我们他们的思想。”张华强调“教学是师生共同创造新知的过程。”余文森指出“学习有三个层次，一是与书本的对话，二是与自我的对话，三是与同伴的对话。”现代信息技术为课堂教学的交互性提供了强有力的工具。例如，可借助“智慧教室”互动课堂模式进行实时反馈，让教师成为更加高效的倾听者；也可以借助手机控制电脑，实现“走动式”教学，对学生的课堂活动拍照，然后直接上传到屏幕，捕捉课堂生成资源，实现师生、生生的多元评价。

3 创建文化意味更浓的物理课堂

当前的物理教学多以知识为线索展开，侧重于对物理知识的认知，较少追问知识背后所隐含的思想、意义、思维方式。这种教学方式掩盖了物理知识背后隐含的人文精神，使物理课堂缺乏文化意味。

杜平武有言“学习很多情况是学习历史，一个个故事，一个个人的发现。”文化意味是教育实现“立德树人”根本目的中不可缺失的内容。物理智慧课堂倡导生动再现物理学家的研究历程，将凝聚智慧的研究方法以情景为载体，实现传承与创新。下面以相对论中“引力波”的概念介绍为例来说明如何将物理知识转化为问题情景，增强物理学科的文化意味。

“引力波”是一个热门的话题，仅从教材的描述来看，大众很难理解和接受。我们在“二次开发”教材中设计一个宇宙灾难，如果太阳突然毫无征兆地消失，地球将如何运动？学生按牛顿运动定律，可以判断地球将立即离开它的轨道倾斜地飞向宇宙空间。引力的传播速度会超过光速吗？带着疑惑，基于相关理论，我们可以用“物体放在绷床上”为情景，展示“时空弯曲”的情况，用“投入湖中的石块激起的水波”为情境，展示太阳消失引起扰动造成沿空间结构延伸的引力波。

还原“引力不可能超时空传播”的知识背景，意识到对“引力”理解需要发展和修正。精巧的“宇宙灾难”模拟实验情境，集中反映了太阳引力作用下的行星运动及行星做“离心运动”的条件。以“弯曲的绷床”类比“时空弯曲”，以“水波”类比“引力波”，能增强学生对“真实性”的信念和直觉。有文化味的课堂要呈现丰富、生动的知识背景，要挖掘所蕴含的科学思维方法，要呈现“可被理解、自洽”的情景真实性。

我们要认识到物理学研究所积累的知识是学生学习活动的载体而不是终极目标，要清楚地认识到物理学科核心素养是一种行为习惯和思维习惯，智慧的形成不仅需要学习体验，同时也离不开学习者的自身实践。

参考文献：

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