基于学生物理核心素养提升的教学实践——以“行星的运动”一课为例

蒋天林

·教材与教法·

基于学生物理核心素养提升的教学实践
——以“行星的运动”一课为例

蒋天林

（江苏省南京市六合高级中学，江苏南京 211500）

“行星的运动”的教学不仅是传授知识、技能，更重要的是通过问题的设计引导学生自主、合作、探究学习，让学生重温行星运动规律的发现过程，领悟蕴含在科学探究过程中的物理思想与方法，体验科学探究的历程，继承、发展、运用物理学的思想和方法去发现问题、解决问题，以及实事求是、尊重客观事实、敢于坚持真理和勇于探究的科学态度和科学精神，提升学生的物理核心素养．

物理核心素养；高中物理教学；物理思想和方法

作为一名中学物理教师，我们常常反思这样一个问题：中学物理教学的价值何在？德国著名物理学家、诺贝尔奖获得者冯·劳厄就曾说过：教育给予人们的无非是当一切已学过的东西都忘记后所剩下来的东西．那么物理教学希望学生忘记已学过的东西后最后剩下的是什么呢？物理学研究的结论可能被学生忘记，但物理学研究的思想和方法、研究的态度一定能够长久地支持学生的学习、生活和工作．这些被学生终身保持的，能够成为他们行为习惯的就是物理核心素养，提升学生的物理学核心素养才是中学物理教学的价值所在．

1 学生物理核心素养的内涵

学生的物理核心素养是指学生在接受物理教育过程中逐步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，是学生通过物理学习内化的带有物理学科特性的品质．学生物理核心素养的关键成分，主要由“物理观念与应用”、“科学思维与创新”、“科学探究与思维”、“科学态度与责任”等4个方面的要素构成．

“物理观念与应用”是指对物理学科发展中核心概念和规律的理解与应用．即让学生通过学习，能够认识和理解自身生活的客观世界，认识自然界的构成、现象和规律，认识物质存在的多样性、复杂性和统一性，形成科学的唯物主义世界观．

“科学思维与创新”是指了解并掌握研究世界的基本思想和方法．即让学生通过学习，能够了解物理学研究问题运用的思想和方法，并认识到这些思想方法在解决问题中的价值．

“科学探究与思维”是指应用所学知识、方法解决现实问题的意识和能力．即让学生通过学习，不仅要能够解析“模型化”的物理问题，更要有解释生活中物理现象的意识，利用科学知识和方法解决学习、生活和工作中遇到问题的意识和能力．

“科学态度与责任”是指对科学研究的热情和实事求是的态度．即让学生通过学习，能够领悟物理学研究过程中表现出来的尊重事实、实事求是的科学探究态度，能在学习、生活和工作中坚持做到实事求是．

如何在物理教学中传授知识的同时，提升学生的物理核心素养，是每一位物理教师值得深思的问题．笔者认为改变教师的教学观念、教学方法、加大创新教学的力度，是提升学生物理核心素养的有效途径．在具体的物理教学中要关注以下4个方面：（1）经历学习过程，形成物理观念；（2）重视实验探究，培养科学思维；（3）学会合作交往，培养科学态度和责任；（4）关注实际问题，尝试科学创新．

2 基于学生物理核心素养提升的教学案例

下面以人教版物理必修2教材第6章“万有引力与航天”的第1节“行星的运动”为例，谈谈笔者是如何基于学生物理核心素养的提升来实施课堂教学的．

2．1 教材内容简析

“行星的运动”这一节介绍了托勒密的地心说、哥白尼的日心说、第谷的观测和开普勒的行星运动定律，形象、生动地体现了坚持真理、勇于创新和实事求是的科学态度、科学精神和科学思维方法．其内容对全章的教学起着引领性的作用，同时又为本章的重点内容万有引力定律的学习起一个铺垫性的作用．

人教版高中物理教材对本节课的处理较为简单，首先介绍了地心说与日心说争论的焦点，开普勒在分析第谷观察资料的基础上并结合自己的观察，否定了哥白尼的日心说，同时认为宇宙的中心也不是太阳，地球也不是绕太阳做圆周运动，并总结出开普勒三大定律；其次介绍了开普勒行星运动定律建立的过程；最后介绍了开普勒行星运动定律的内容及其物理意义．笔者认为该部分教材的处理存在以下不足：教材中直接给出了开普勒第三定律的内容：所有行星的轨道的半长轴的3次方跟公转周期的2次方的比值都相等，且比值对所有行星都相同．教材中并没有利用观察测量行星的数据，向学生清晰展示科学探究的过程．因而不能使学生领悟建立新理论的科学方法，不能很好培养学生的猜想、探究意识、科学精神和探究能力，不利于提升学生的物理核心素养．

2．2 教学设计思路

基于上面的分析，笔者设计本节课，突出“观察实践与理论探究”这一核心思想，让学生了解科学探究的方法，即观察现象→逻辑推理→实践检验→不断修正→形成理论……．通过“自主、合作、探究”的学习方式，以问题设计为主线，科学探究为方法，过程体验为收获，培养素养为目标，重点引导学生探究开普勒行星运动定律建立的过程，让学生从中学会科学探究的思想和方法，使学生的物理核心素养在不知不觉中得到提升．

2．3 教学目标定位（1）了解人类对行星运动规律的认识历程；（2）了解观察的方法在行星运动规律中的作用；

（3）知道开普勒行星运动定律，理解开普勒第三定律以及式中k的大小只与中心天体有关，与环绕天体无关；

（4）培养学生实事求是、尊重客观事实、敢于坚持真理和勇于探究的科学态度和科学精神，提升学生的物理核心素养．

2．4 教学过程设计

（1）引入新课．

仰望星空，在浩瀚的宇宙中有无数大小不一、形态各异的天体，人们对行星运动的探究过程是漫长复杂的，今天让我们穿越时空，追寻历史，一起去聆听在这段探究过程中的一些故事．

（2）教学过程．

请同学们自主学习教材中“科学足迹”栏目中的内容，并回答下列问题（PPT出示）．

问题1：“地心说”的基本观点是什么？其代表人物是谁？

问题2：“日心说”的基本观点是什么？其代表人物是谁？

问题3：“地心说”与“日心说”争论的焦点是什么？哪种学说占统治地位的时间较长？

问题4：为什么“日心说”最终战胜了“地心说”？

让学生在小组内交流学习成果，然后再请各小组的代表发言．在此基础上，教师对此探究历程帮助学生做一些简单的梳理．

设计意图：学生通过自主学习、合作交流及教师的指导和帮助，学生对上面4个问题有了较为完美的答案．通过这4个问题的讨论、交流，学生们加深理解了物理现象的本质与内在联系．教学中以学生作为学习的主体，通过引导学生独立地分析、探索、实践、质疑、创造等方法来实现学习目标．通过自主、合作学习，帮助学生自主地形成物理观念，获得独立思考和学习的能力，更能促使学生掌握现代学习的途径和方法，逐步养成学会学习、终身学习的素养．这也是回归物理学习的本真，从而有效地提升学生的物理核心素养．

问题5：如何利用表1中太阳系中八大行星的部分数据，探究行星的公转周期T与半长轴a的关系是怎样的？

表1 太阳系中八大行星的部分数据

生：可以利用线性关系图像寻找公转周期T与半长轴a的关系．

问题6：笔者在Excel中作出太阳系中八大行星的T－a图像、T－a2图像，如图1、图2所示．请大家分析一下，根据这两种图像的变化趋势，猜测可能的线性关系是怎样的图像？

图1

图2

生：根据这两种图像的变化趋势，可以猜测出线性关系图像可能在T－a、T－a2之间．

问题7：图3所示的是太阳系中八大行星的T－a3／2图像，由该图你能得到什么结论？

图3

问题8：开普勒行星运动定律内容是什么？

问题9：表2是太阳系中八大行星以及月球、地球同步卫星的部分数据，你们能从中能得出什么结论？

生：由表2中的数据可知，k值与环绕天体无关，与中心天体有关．

表2 太阳系中八大行星和月球、地球同步卫星的部分数据

设计意图：通过太阳系中八大行星的部分数据，引导学生通过线性图像去探究行星的公转周期T与半长轴a的关系；然后通过八大行星和月球、地球同步卫星的部分数据，让学生探究出“k”值与环绕天体无关，与中心天体有关．实验探究使学生从“被动接收”到“自主建构”．实验探究需要教师充分挖掘教材中科学探究的内容，精心设计探究实验过程，努力使物理知识、原理、概念与学生的探究活动紧密联系起来，让学生知道物理公式、定律的建立来源于科学实验与探究，这是一个艰辛的过程，培养学生实事求是、尊重客观事实、敢于坚持真理和勇于探究的科学态度和科学精神……教师在引导学生建构物理知识的同时，应该重视使学生形成科学的思维方法，使他们养成实事求是的科学态度．笔者认为，让学生理解科学的本质，领悟科学家的物理思想和方法，这是提升学生物理核心素养的一种重要途径．

问题10：哪位学生能对本节课所学的知识做个小结？

生：“地心说”与“日心说”争论→开普勒行星运动定律→简化处理．

问题11：这节课除物理知识外，学生们还学到了什么？

生：我们体验到了科学探究的历程，追求真理的艰辛；严谨的科学态度；科学探究的方法：观察现象→逻辑推理→实践检验→不断修正→形成理论……

设计意图：让学生在探究、体验、感受中获得科学探究的态度与责任，有助于学生更好地适应未来的社会生活，形成科学态度、社会责任心和核心价值观，着力提升学生的物理 核心素养，为后面的物理学习奠定了坚定的基础．总之，基于提升学生物理核心素养的教学是

体现物理教学价值的必由之路，我们物理教师应该转变教学观念，以学生核心素养的提升为目标，

改革教学的观念、方法和过程，关注学生个体知识的建构和应用，创设有利于学生物理核心素养提升的学习情境，全面提升全体学生的物理核心素养，进而为学生今后的发展奠定坚实的基础．

1 麦曦主．教学设计的理论和方法［M］．广州：新世纪出版社，1996．

2 曹义才．基于核心素养导向的中学物理实验教学表现性评价［J］．物理教师，2016（7）：9－11．

2016－08－13）