培育物理学科核心素养的“五位一体”教学策略

摘要：关于发展核心素养的探讨，大多处于思辨阶段.如何将学科核心素养的培育落实到课堂教学中是一项重要课题.做好整合和发展，深入发现和挖掘现有教学过程中符合核心素养理念的内容和做法，进行有机整合并结合学生和学校实际不断发展和完善，积极探索学科核心素养的实现路径.笔者在物理教学实践中，构建了以教学重演律为导向、以真实体验为基础、以原始物理问题为抓手、以思维活动为主线、以实践应用为重心的“五位一体”教学策略.

关键词：物理学科核心素养；教学重演律；原始物理问题；实践应用

作者简介：任虎虎（1989-），硕士研究生，研究方向物理学科教学.

学科核心素养是连接学生核心素养和教学实践的过渡环节，学科核心素养对于发展学生核心素养具有举足轻重的作用、对于教学实践具有重要的指导意义.物理学科核心素养包括：物理观念；科学思维；实验探究；科学态度和责任四个维度.在教学中，遵循教学重演律，设计能真实体验的活动，编制原始物理问题进行教学，关注学生的思维发展情况，迁移应用解决实际问题，从而有效培育物理学科核心素养，达到发展学生核心素养的目的.

1遵循教学重演律

“重演律”源于生物学.学生从“未知”达到“真知”，需要经历一定的教学过程，而这一过程是以浓缩时空的形式，在短暂而迅速地重演着人类漫长的认识发展历程，此即“教学重演律”.如果把科学家从事科学研究的过程视为科学知识的原生产过程，那么，学生学习知识的过程可以理解为科学知识的再生产过程.学生学习物理的心理顺序差不多就是物理学家探索的历史进程，学生学习科学的进程可以看成是人类探索科学进程的认知意义上的重演.

教学重演律的本质就是要“关注过程，优化过程”.让学生重蹈科学知识发现过程中的一些关键环节，实验探究中让学生重走物理学家的探索之路，在这一过程中形成物理观念，发展科学思维，在潜移默化中培养科学态度和责任，从而提升物理学科核心素养.

案例1例如在“伽利略对自由落体运动的研究”一节.伽利略的斜面实验（图1），在教学中一般都是正面解释，即甲、乙、丙如何“冲淡”了重力的作用效果.笔者认为这样处理没有发挥其应有的教学价值，不妨让学生重演伽利略的研究过程，让学生经历“提出问题、分析问题、解决问题”的全过程，培养科学思维.

重演情境：将一个小球从离地面1m的高度自由释放，让一个同学用秒表记录小球下落的时间，重复做3次实验，并把3次的实验结果写在黑板上， 3次的结果偏差很大，学生自己进而会提出问题：为什么偏差会这么大？

师：请同学们小组内交流讨论产生这一结果的原因是什么？

生：根据自由落体运动的知识，小球下落的时间只有045s，而人的反应时间要02s左右.

师：伽利略生活的年代沒有秒表可以用，只能靠滴水计时.想象一下，如果你是伽利略，该如何验证小球通过的位移与时间的平方成正比？现在再请各小组交流讨论.

师：小球做自由落体的时间很短，测量很困难，有没有什么办法让运动的时间长一些？

生：增加下降的高度.

师：很好，方法可以.在不增加高度的情况下，如何来验证呢？大家再讨论一下.

接下来介绍伽利略的斜面实验.经历这样的过程，学生不仅能感受到斜面实验的精妙，不愧为世界十大最美丽物理实验之一，还能更好地体验和领会到伽利略开创的“实验+思维+数学”的科学研究方法.

教材中还写到“从伽利略开始，大师辈出，经典如云，近代科学的大门从此打开了”.让学生思考伽利略对物理学乃至近代科学的发展影响为什么会如此巨大？这不仅是伽利略开创的科学研究方法影响的结果，更是正如教材中所述的“伽利略做了上百次实验”这种百折不挠精神传承的结果.这样就不难理解：居里夫妇为了证实镭的存在，他们在一间夏不避燥热，冬不避寒冷的破旧棚屋内从事脑力和体力劳动，从1898年到1902年，坚持不懈，终于从几十吨铀沥青矿废渣中提炼出十分之一克纯镭盐，并测定了镭的原子量；爱迪生利用三年时间，在分类试验了1600多种不同耐热的材料后，最终发明了电灯，这些科学史不正是这种伽利略科学精神的传承和发扬吗？

2设计能真实体验的活动

学生的真实体验和感受是教学活动的基础和起点，创设情境、分组实验一个很重要的作用就是增进学生的真实体验和感受，为学生的思维发展做好铺垫.通过设置真实的活动，让学生参与、体验，在体验中让学生自己发现并提出问题，激发认知冲突，从而促进学生深度学习.

案例2在自感教学中断电自感实验可改成一个“有惊无险”的活动，让学生合作参与活动，增进真实体验和感受.

实验装置：如图2所示，实验时只须取下教材中演示断电自感现象中的灯泡，分别引出两导线，让几位（如10位）同学“串联”在电路中，供电电源只须1节干电池即可，图中的自感线圈也可用日光灯的镇流器替代.

活动过程：闭合开关S前，学生谈体验“无感觉”；闭合开关后，学生再谈体验“无感觉”；在断开开关S瞬间，同学突然受到电击“迅速收回双手”.换一批学生重复实验，最好让所有学生都有所感受.

活动感悟：合作活动之后，不用老师提问，学生自己就会提出问题：一节干电池何以能使这么多同学同时受到电击？激发认知冲突.思维发展自疑问和惊奇开始，这种合作活动方式的优点在于：学生体验深刻，充分引发形象思维，能进一步激起学生下一步的探究欲望.

3运用原始物理问题教学

原始物理问题是基于实际情境，是自然界及社会生活、生产中客观存在且未被加工的物理问题，具有生态性和开放性的特点.原始物理问题的呈现形式是对物理情景的描述，没有已知量、未知量，需要学生自己去抽象、设置，因此原始物理问题不同于物理习题，它们之间的关系如图3所示.

现象是物理学的根源，原始物理问题正是基于想象，学生在解决原始物理问题的过程中要综合应用类比、猜想、抽象、概括等思想方法，从而有效地提升科学思维能力，培育物理学科核心素养.

案例3“质点”是高中阶段学习的第一个理想化模型，它的建构思想和方法对其它模型的建立有重要的指导意义.学习时可编制如下原始物理问题进行教学：

从上海到北京的高铁需要经过南京大胜关长江大桥，请估算一下高铁列车通过大桥需要多长时间.

学生抽象出物理过程后，了解南京大胜关长江大桥长度，列车长度以及速度后，可以算出时间.教师继续追问：“同样的列车经过杭州湾跨海大桥需要多长时间？”“在后一个问题中列车的长度对结果影响大吗？”接下来让学生讨论是否可以将一个具体物体看作一个点.经过这样的分析和对比，让学生形成具体问题具体分析的意识，在实际情境中建立质点的概念.从而达到在形成物理观念的过程中发展科学思维的目的.

4关注学生的思维发展情况

思维活动是物理教学的核心.学生的思维发展情况永远是教师关注的焦点，在核心素养理念下也不例外.课堂上，处于教师注意中心的并不是自己的讲述，而是学生的思维发展情况.教师要能从学生的眼光里以及表达中看出他们懂了还是没懂，如果有必要，就该迅速地变换方法，或者停一停，给予学生充分思考的时间和空间.驾驭学生思维的艺术，绝不在于事先把每一条思路都规定好，并且只讲事先准备了的东西，而是能根据学生思维发展的情况，从本节课发展的逻辑出发，按照此时此刻唯一正确的道路走下去.

案例4在“超重和失重”的教学中：用05cm左右宽的纸带提起200g的钩码，让学生自己操作：在不借助其它工具的情况下，如何使纸带断掉？有的学生向上提，有的同学向下移动然后迅速停止，都能使纸带断裂.此时，教师借助力传感器提起钩码演示刚才两个過程中拉力的变化情况，如图4所示.

此时教师不急于提问，学生自己很快就会提出问题：上提或下降过程中为什么同时出现拉力大于重力和拉力小于重力的情况？老师也不回答，让学生自己运用所学的知识解释这一现象，只要给机会和时间，学生可以通过自主思考和交流互动解释产生的现象，然后再通过问题引导，让学生对超重和失重的原因进行归纳总结.

5迁移应用解决实际问题

既然核心素养是让学生具备能够适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力，那么，在课堂教学中就应该培养学生运用所学知识和方法解决实际问题的习惯和能力.通过创设待解决的真实问题情境，将物理知识、思维方法从课堂迁移到社会，进行“问题解决式教学”，也只有指向实际问题、指向社会，才能更加有效地培育学生的物理学科核心素养.

案例5在学习了电磁感应和交变电流的知识后，正值学校研究性学习的课题选题阶段，于是在课代表的组织下指导班级几名同学确定了研究性学习课题《小型风力发电机的原理和研制》，指导学生上网查阅资料，了解风力发电机的原理和构造.在此基础上，让学生利用假期时间制作一个小型风力发电机，带到学校来展示，要求能让额定电压为15V的小灯泡发光.在这个过程中学生虽然花了很多时间和精力，但能有效提升学生的问题解决能力、协作能力、动手操作能力等，比做再多的题目都有用，并且为未来的学习和发展打下了坚实的基础.

物理教师可以通过学校的综合实践课程或研究性学习等，创设待解决的真实问题情境，从而将知识延伸到技术、将课堂延伸到社会，达到有效培育物理学科核心素养的目的.

参考文献：

[1]林钦，陈峰，宋静 关于核心素养导向的中学物理教学的思考[J]，课程·教材·教法，2015（12）.

[2]任虎虎浅谈教学重演律的教育价值与实施策略[J].物理之友，2016（10）