核心素养理念下高中物理教学实践探究

王旭茹

(涡阳县第四中学 安徽亳州 233600)

核心素养理念的提出,顺应了当今社会发展的需求,为高中教学应该培养什么样的人做了解答。物理作为自然科学的基础学科,在整个教育教学体系中处于较为关键的位置,其涉及的知识不仅广泛而深刻,而且与生产、生活紧密相连,对于促进学生科学核心素养的提升意义重大。而在实际的物理课堂教学中,通篇讲授理论性知识、重视学习结果速成的现象依然存在,背离了“以学生为本”的素质教育要求,难以落实物理学科核心素养的培养目标。为此,笔者以发展学生的核心素养为教学出发点,在此基础之上对物理课堂教学进行内容的调整与方法、途径的创新,以期实现对物理学科核心素养的培养目标。

一、物理学科核心素养的内涵

物理学科核心素养是核心素养理念在物理学科中的具体化指向,是学科本质和育人价值的体现。核心素养不仅为课程改革指明了方向,也对物理教师的教学设计能力及课堂教学掌控能力提出了更高的要求。《普通高中物理课程标准》指出,物理学科核心素养是学生在学习物理知识的过程中逐渐形成的适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力,主要包含“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面。

二、以核心素养为导向的课堂教学意义重大

以核心素养为导向开展教育教学实践活动的意义是深远的。将核心素养理念引入高中课堂,一方面可以有效落实立德树人根本任务,对于素质教育的进一步推进大有裨益;另一方面能够促使高中物理课堂顺应时代潮流,紧跟课程改革与发展的趋势,适应物理学科特性与学生身心状态、学习状况等具体因素。

从核心素养培育的角度出发,结合物理学科具体内容,思考物理课堂教学的设计,做到理论与实践相结合,可以进一步优化高中物理教学,同时有助于学生以下三个方面的成长。一为科学素养的提升。学生在习得物理知识与技能的同时,也能够认识到一些生活现象的本质,并将知识应用到日常生活中去解决实际问题。知识的迁移运用,可以让学生保持一定的理性思维,以及善于探究、质疑与批判等良好的学习品质。二为学生自主性的培养。自主性是人作为主体的本质属性,能够使学生有效地去管理学习与生活,发展身心,认识与发掘自我价值,深挖自身潜力,从而确定人生的方向。三为社会参与。核心素养强调了科学探究的过程要通过学生交流、评估和论证来实现,因此能够培养学生团队协作的精神,有意识地增强学生在活动中的责任感,锻炼学生处理好自身与社会关系的能力。

三、核心素养培养背景下物理教学实践的探索

(一)整合知识层级结构,建立物理观念

物理学科知识具有严格的学科逻辑框架,把学科知识有效地贯穿起来,可以帮助学习者更加容易且准确地把握学科知识的整体性和系统性。所以,在物理学科教学设计的过程中,教师要在遵循高中学生的认知规律和认知水平的基础上,从学科核心素养的角度建立逻辑框架,促使学生完成物理学科知识体系的构建。随学习范围的广大,物理学科概念呈现出一定的层级结构,从基本知识、技能到一般概念,然后再凝练和升华为学科大概念,最后甚至上升到哲学观点,其中学生认知结构也在不断提升的过程。

以物理学科中的“圆周运动及其应用”为例来说,底层为基本知识和基本概念,例如线速度、角速度、向心力及万有引力定律等。第二层是对学科知识进行整合之后,形成物理学科中的核心概念,例如力学概念和运动学概念。第三层是学科大概念,将高中物理学科知识围绕大概念建构出具有一定逻辑性的知识层级结构,也就是把物理学科不同单元中的知识内容根据内在的逻辑关系科学而合理地链接到一起。例如,在必修一和必修二的教材中,主要介绍“力与运动”这一学科大概念,从“力与直线运动”到“力与曲线运动”,从一般运动到特殊运动,其逻辑关系如图1所示。第四层,根据多个学科知识内容通过整合而得到的概念,也就是物理学和其他学科共通的概念;最后一层是引领其他所有知识的“元认知”,一般情况下,涉及的概念范围越大,所阐述的知识范围和内容也就越宽泛,距离学科实际现象就更远,出现的形式也就越抽象,那么所处的层次就越高。

图1 力与运动示意图

以“圆周运动及其应用”教学为例,这一模块实际上是运动学和动力学知识在曲线运动中的特例,也是对运动学和动力学内容进一步的拓展和延伸。整个单元教学的思路是从生活中认识圆周运动,即理解圆周运动的基本概念、基本知识;接着分析这种运动的受力条件和初速度条件,让学生对运动与力的关系认识逐步深入;然后紧密联系生产、生活实际,其中涉及丰富的模型建构和推理过程,进而揭示知识间的联系以及物理对生活的意义;最后从实际生活延伸到天体运动,从牛顿力学的局限到相对论的建立与发展,完成知识内容的进阶过程,完善相互作用与运动的知识体系,整个教学过程是逐渐形成物理观念的过程。

(二)重视模型构建,提升科学思维

模型构建作为科学思维的要素之一,是学生学习物理的一种重要方法。学业质量水平不仅对构建模型提出了要求,还将模型构建细分成了便于操作的5个水平,可见建模意识和能力的培养对于学生来说有着重要价值。在高中物理知识体系中,物理模型一般有两种:一是物质结构的模型,这一模型的建立需要经过长期的探索和研究进行论证归纳。二是作用过程的模型,这一模型是根据题型抽象概括出来的,例如小船渡河模型、双星系统模型等。比如,理想模型是为了便于研究问题而抽象出来的一种理想客体。由于实际物体都具有多种属性,像形状、体积和内部结构等,研究起来较为复杂,所以在认识物体的某种特性时,那些与所研究的问题无关的属性便可以忽略。高中物理在处理与运动相关的问题时引入质点模型,能够让问题的解决过程大为简化,从而便于学生更好地学习应用,也为后面学习“点电荷”模型、理想气体模型等奠定基础,同时有利于联系新旧知识,总结模型结构,促使知识和学习能力的迁移。

(三)优化课堂教学,促进科学探究能力的发展

1.注重实验教学

在传统实验教学中,教师往往只是从理论层面去讲授,或者把相关的知识内容、结论等进行概括后直接告知学生,从而达到让学生会做题的目的。然而这样的教学方式,往往使学生对实验原理及过程的认识一知半解,并不能有效提升学生科学探究能力,也让学生失去了观察的兴趣。要改变这一现状,教师应以实验为载体,让学生积极参与进来,经历实验的探究过程,探究现象背后所包含的原理,体会科学探究的方法;而教师在这一过程中只作适当的指导。科学探究始于问题,所以在实验探究中,教师要善于结合所学内容提出问题,让学生在深入思考的过程中找出解决问题的思路和方法,并通过实验检验自己的猜想。

2.小组合作交流

高中物理学习中的科学探究更多的是需要通过小组合作完成,小组合作突出了学生才是学习的主体,能够促进学生由被动接受转化为主动参与,进而提高学生自主学习以及交流、沟通的能力。然而每个学生能力有所不同,所擅长的领域也不同,这就需要在小组学习中进行合理的分工,有效地促使学生取长补短、共同进步。由于每个学生看问题的角度和理解问题的方式有所不同,以至于每个学生在思考问题的过程中会形成自己对问题独特的想法。因此,在小组合作学习中教师需要引导并鼓励学生之间相互交流讨论、分析论证,在合作中取得共赢。

例如,在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中,针对如何为小车提供恒定的牵引力这个问题时,可以选择通过小组讨论的方式,让学生充分交流,提出方案,分析其合理性和可操作性。学生在探究活动中经历、体验和感悟,逐步形成科学探究的能力。

(四)基于核心素养,培养科学态度与责任感

1.实事求是地开展实验,认识科学本质

实验作为物理教学的重要内容,也是学生学习物理知识的重要渠道,一般需要通过对现象的分析或数据的搜集整理,归纳总结得出一般规律或结论。而在实验中不可避免地会出现误差,以至于学生在实验后得到的结果和所预想的结果出现一定的偏差。教师要强调不能因为和理论结果不同而去修改或者编造实验现象、数据,应要求学生实事求是地记录所观察到的现象和所测得的数据,分析偏差出现的原因,提出相应的改善措施,从而培养学生严谨的科学态度。

在“验证机械能守恒定律”的实验中,通过测量数据所计算出的物体重力势能的减小量和动能的增加量并不完全相等,两者只是很接近,这其中主要是由于受到阻力的影响。对于这些客观存在的因素,教师要做的就是引导学生实事求是,可以通过分析误差产生的原因,找出解决办法,从而在实验中减小误差,得出更为准确的结果。

2.将物理学史引入教学,培养学生的科学态度与责任感

物理学的发展史体现了人类探索并逐步认识物理世界的现象、规律和本质的历程,包含了认识论和方法论。在对物理学史的认识中,学生不仅可以了解物理知识产生、物理规律发现的过程,还能了解到物理观念的形成不是一蹴而就的,往往需要几代科学家的努力,且随着科技的发展进步甚至推翻重建。例如光的本质,一开始牛顿提出的微粒说占据了统治地位,但是后来托马斯·杨的双缝干涉实验和菲涅耳的泊松亮点发展了波动说,波动说便击败了微粒说。而到了20世纪,当微粒说基本被抛弃时,爱因斯坦又把它捡回来解释光电效应。至此,人们才明白光原来具有波粒二象性。

在20世纪初,量子力学的发展史中最有名的便是玻尔和爱因斯坦关于量子力学完备性的论战,两位科学家在追求真理时是严肃论战的对手,在生活中又是友情深厚的朋友。这种实事求是、敢于质疑、追求真理的科学态度,有利于感染并激励学生将这些精神应用到日常的物理学习中。

3.加强STSE教育,密切联系生活实际

STSE教育的主要目的是给学生创造一个真实的社会环境,将社会发展、环境保护等科学知识与日常生活密切地联系在一起,既提高了学生对物理的兴趣,又为学生拓宽了知识视野,加深对科学前沿知识的认识。通过STSE教学目标与物理课堂教学的融合,促使学生实现物理知识在实际生活中的应用,有益于学生在潜移默化中形成强烈的社会责任感、环保意识以及创新意识,真正促进物理核心素养的养成。

结语

物理学科核心素养是物理学科育人价值的集中体现,其宗旨是将物理学科的观念、方法、态度等落实到教学中去。因此教师不能再将目光锁定在传统的教学和考试中,而应本着学以致用、终身学习的观念,努力探索适合学生实际发展的创新型教学方式、方法,提升学生的综合素养,使其终身受益。