初探如何培育具有高中物理核心素养的人

孔令月

【摘 要】爱因斯曾说过，教育就是忘记了在学校所学的一切之后剩下的东西。物理教学希望给学生剩下的是什么？物理学研究的事实和结论可能被学生忘记，但物理学研究的思想方法、研究态度、研究能力一定能够长久地支持学生的学习、生活和工作，是不会“还给”物理教师的。这些被学生终身保持的，成为他们行为习惯的就是一个人的核心素养和品质，培养具有高中物理学科核心素养的人才是高中物理教学的价值所在。

【关键词】培育；高中物理；核心素养；人

一、高中物理核心素养

余文森教授认为就一门学科而言，核心素养是核心知识、核心能力、核心品格的综合体现，它是对三维目标的整合、提炼与升华。学科核心素养倡导下的教学要求通过过程与方法获取学科知识的同时，形成学科能力，塑造学科品格，这些才是对人的发展终生受用的素养。教育部下发了《普通高中物理课程标准修订稿》内部征求意见稿，明确提出了高中物理核心素养及相关要求，它主要由“物理观念”、“科学思维”、“实验探究”、“科学态度与责任”等四个方面的要素构成。在新的国际形势下，核心素养是素质教育、三维目标、全面发展、综合素质的强化版、升级版、转型版，更是其“聚焦版”。促使提升和培养适应学科学习、终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力的人。

二、在物理概念、规律等的教学中培育具有物理观念素养的人

“物理观念”主要指高中物理中重要的观点、概念、规律，比如运动观念、能量观念、守恒观念、相互作用观念等，它是物理概念、规律的在头脑中的提炼与升华。物理教学过程不应该只是向学生“灌输”事实和结论的过程，而是应该帮助学生借助物理学家研究自然界的思想方法，自主探索、建构物理学科核心概念，并逐步将这些思想和方法内化成自身的行为习惯，形成良好的科学品质。以物理核心概念统领物理教学，可以帮助师生从纷杂的事实、概念、规律、定理、公式中跳出来，站在更高的位置上培育具有物理观念素养的人。

例如，点电荷的概念仅靠教师的讲授是难以掌握的，只有将其置于一定的应用情境中，才会显得生动和有意义。

A.線度比相互之间的距离小得多的带电体称为点电荷，B.讨论氢原子中的质子和电子的相互作用时，质子和电子可视为点电荷，C.两个相距很远的带电球体可以视为点电荷，D.可以忽略形状和大小的带电体可视为点电荷。

上面四种说法都是对点电荷概念的理解和延伸，其中A是核心概念，是实际电荷抽象出的理想化模型，B、C、D等是次位概念，是点电荷概念在具体情境中的解读，是事实性的结论。我们的教学活动不能停留在仅让学生记住一些物理学事实，而是要关注通过事实抽象提出的核心概念，教师可以围绕“带电体的线度远小于电荷间的距离”开展教学，讨论B、C、D三种情况下能否将电荷看成质点，培养学生敏锐鉴别的思维。点电荷是实际带电体的抽象和近似，它是建立具有普遍意义的基本规律的不可或缺的理想模型，又是把复杂多样的实际问题转化或分解为基本问题时必不可少的分析手段。例如，库仑定律、洛伦兹力公式的建立，带电体产生的电场以及带电体之间相互作用的定量研究，试验电荷的引入等等，都离不开点电荷。从而更深层次的理解“点电荷”的概念和“理想化模型”，并将这种“忽略次要因素”的思维观念迁移到工作和生活中，大大增强了学生的适应能力。

三、在物理模型、推理论证等的教学中培育具有科学思维素养的人

科学思维主要指高中物理中重要的思维方法、良好的思维品质和能力，包括建模的思想、理想化方法、分析综合、抽象概括、批判性思维、创造性思维、推理论证等，这也是高中物理技能培养的重点。

物理课堂教学应该为学生创新真实、复杂的问题情境，鼓励并引导学生剖析问题、简化问题、建立物理模型，并运用适当的方法解决问题。例如，理想实验是一种科学思维“实验”，理想实验与真实实验相结合往往能取得出其不意的成功。伽利略研究发现了落体运动规律后进一步寻求地面上物体的运动规律。他在实验中观察到让金属球从斜面滚，再滚上与之对称的斜面，则球所到达的高度略低于开始下滚的高度。他通过思考分析认为是由于摩擦的结果，假如能完全消除摩擦，金属球就可能达到起始的高度。进而推想如完全没有摩擦，不管第二个斜面倾角多大，球能达到的高度与从第一个斜面开始下滚时的高度相等，而且第二个斜面的倾角越小，小球在斜面上滚动的距离越长。如果第二个斜面倾角为零，球永远达不到起始高度，将以均匀的速度在无限长平面上永远运动下去。在真实实验基础上所作的理想实验，是无法实现的思维实验，但它是具有可靠性的。正是这种思维实验导致了伽利略惯性定律的发现，从根本上否定了统治人类历史两千多年的亚里斯多德的力是维持物体运动的错误观点。

从实验到理想实验是一种科学思维，同样从观察实验现象推理规律、概念、公式等的形成与运用都能很好的培育学生的科学思维，如牛顿主要依靠归纳法得出牛顿定律，欧姆则根据类比得出部分电路的欧姆定律等等，只要教学中能够高度重视，学生的科学思维素养就能得到迅速提升。

四、在物理实验的教学中培育具有探究精神素养的人

实验探究主要指高中物理通过实验提出物理问题，形成猜想和假设，获取和处理信息，基于证据得出结论并做出解释，以及对实验探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力。在物理实验教学中要注重培育具有探究精神素养的人。

科学家研究问题的关键，是能够在纷繁复杂的表象下发现问题的关键，在此基础上建构物理模型、设计方案、解决问题。实验探究教学的价值应该是培养学生利用实验探究的方法获取知识、研究解决生活中遇到问题的能力，促进学生真正理解科学探究的精髓。例如，牛顿第二定律的实验探究教学中中，教师提出典型问题：探究力与物体运动加速度之间的定量关系。不但要求学生在猜想假设、实验设计、实验操作的基础上，根据所测量的物理量进行分析，最终得到科学的结论。而且要进一步给学生提出问题：拉力大小的确定存在什么问题、如何有效平衡摩擦力、该实验成功的关键是什么、实验数据存在误差的原因是什么等等，引发学生对现有结论的反思和质疑，才能真正培养出具有实验探究能力和探究精神的人。

五、在物理学史的再现及各类科技活动中培育具有科学态度与责任素养的人

科学态度与责任主要指对待科学的态度与价值观，包括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，学会用物理的眼光来观察世界，解决问题等，在教学中注重应用物理学史及各类科技活动培育学生的科学态度与责任。

科学家杨振宁曾将他取得成功的奥秘归结为：“要站在问题开始的地方，要面对原始的问题，而不要淹没在文献的海洋里……”这给我们物理教学极大的启示：教学中教师要向学生展现物理概念的形成过程、物理规律的发现过程，以及物理问题的解决过程，为学生创设真实的情境，描绘物理学家探索科学的欢乐与痛苦、成功与失败，体验真实的科学精神。使学生在精神上受到感染、情操得到陶冶，意志得到磨炼，鉴赏力得到提高，正确理解人和自然的关系，正确理解人与社会的关系，并产生强烈的感情，形成对美和善的辨别力和追求热情，提升学生的科学态度和责任。例如，教科书通过比较亚里士多德和伽利略的不同观点来介绍牛顿第一定律的发现过程，教材写道：“这个‘错誤竟维持了近两千年。直至三百多年前，伽利略才……”直接从教科书上呈现亚里士多德的错误观点，强调伽利略勇于质疑的科学精神和牛顿“站在巨人肩膀上”总结得出牛顿第一定律的伟大成就。这样的教学过程会给学生造成“古人真笨”的印象，无法理解为什么“两千年无人反驳”，更无法理解“站在巨人肩膀上”的含义，以至于本应该充满生机活力的物理教学变得机械、沉闷和程式化，缺乏情感与灵性的自然流露。查看更多的历史资料我们发现，在伽利略之前，就有许多学者对亚里士多德的观点进行了批判，如希帕克斯、菲洛波诺、布里丹、奥雷斯姆、和达芬奇等，尤其是伽利略的哲学老师博纳米科和贝内代蒂提出了“冲力”的概念，为伽利略的“临门一脚”奠定了良好的基础。物理教学中如果忽略二千年中曲折的研究过程，学生就无从认识谁是“巨人”，无法领悟伽利略、笛卡儿和牛顿的伟大所在。

用开讲座、小制作、小论文活动来激发学习物理兴趣，拓宽学生的知识面，培养分析、解决问题的能力。讲座、小制作、小论文的内容可以根据教学内容和学生的特点选择合适的题材，如与生产生活相关并且有广泛应用的物理知识，与社会发展有着重大关系的物理知识，与科学，技术有关的社会热点问题，物理学发展的成就及前沿问题，生活用品的小改进等等。通过这些活动，既可培养学生的社会责任感，也使学生人文素养得到了提高。

【参考文献】

[1]冷冰冰.高中物理课程标准的核心素养分析.教育导刊，2015年8月上半月

[2]张敏.物理教学中科学思维能力培养和训练内容研究.长春师范学院学报，1999年9月.Vol.18 No.5

[3]林钦.基于探究能力发展的探究水平研究[J].教育评论，2014（8）

[4]物理必修1[M].北京：人民教育出版社，2010年3月第3版：68

[5]辛继湘.新课程与教学价值观的重建[J].课程·教材·教法，2003（4）

[6]柯瓦雷，刘胜利译.伽利略研究[M].北京：北京大学出版社，2008：8—16