例谈基于学科核心素养的物理概念教学

胡皓云

摘 要：物理概念是整个物理学科知识的基础，也是物理思维的基础。物理概念是核心素养中物理观念的重要组成部分。本文通过以“加速度”概念教学为例，总结物理概念的教学模式以及概念教学中物理教学方法的应用分析，探讨在物理概念教学中如何落实物理核心素养的养成。

关键词：核心素养；物理概念；概念教学；加速度

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2017）10-0008-4

2014年3月30日《教育部关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见》正式印发，该文件提出各学段学生发展的核心素养体系，明确学生应具备的适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力，突出强调个人修养、社会关爱、家国情怀，更加注重自主发展、合作参与、创新实践[1]。核心素养的提出既回答了我们要培养什么样的人，同样也是新的课程标准制定的重要依据。

我们在认识世界过程中对客观事物共同属性和本质特征的抽象形成了物理概念，物理概念反映物理事实中最本质的东西，而物理规律本身就表达了有关物理概念之间的相互联系与严格的数量依存关系[2]。从物理概念转变为物理量开始，它利用种种数学表达手段为理论发展与实践研究开辟道路，使物理学的结构可以随时加以严格检验。物理学发展过程也是人类认识世界的过程，在认识世界过程中对客观事物共同属性和本质特征的抽象形成了物理概念，探索物理现象内在联系的过程中形成了物理原理和规律[3]。学生只有掌握好物理概念，才能理解物理事实，掌握物理规律，真正提升其核心素养。核心素养导向的物理概念教学更加要求注重科学研究方法的应用、关注学生真实的情感体验、借助原始物理问题培养学生解决实际问题的能力和意识[2]。

学生对物理概念的建立一般会经历情景感知、思维加工、顺应生成、应用迁移、形成结构这五个阶段。下面以“加速度”概念为例具体阐述在各环节中如何培养相应物理学科核心素养以及如何设计出具体教学方案提升学生相应核心素养。进行教学设计时首要任务是要有明确的教学目标，对于加速度概念可从核心素养的四个方面来制定具体目标（如表1）。

1 情景感知

学生在形成概念过程中往往会出现感性认识不足的心理阻碍，这就要求老师创设真实的问题情景让学生获取丰富的感性认识。物理核心素养导向的教学要求教师为学生创设面对未知的、 “原始”的问题情境，这些原始问题可以是课堂生成的，也可以来自生产生活中的现象。学生像科学家那样“独立地尝试用各种方法研究问题”，在不断尝试的过程中，开拓视野、发展能力，不仅获得了知识，更重要的是体验到了科学探究的乐趣和科学精神，形成良好的科学研究态度[4]。课前教师可以剪辑摩托车、动车、战斗机加速的三段视频，学生通过观察视频，对直观材料进行信息提取，如表2。

在真实情景中引导学生自然而然地发现问题，提出问题。通过表2分析可看出三者速度的变化大小和变化快慢均不相同。那么，如何比较速度变化快慢呢？提示学生回顾描述位置变化快慢而引入速度概念的学习过程。学生通过类比学习，相互讨论得出：速度变化相同只需要比较所用时间，所用时间越长，说明速度变化越慢；时间相同则只需要比较速度变化量，变化量越大则速度变化越快；速度变化与时间均不相同，则比较单位时间内速度的变化量，单位时间内速度变化量越大，速度变化越快。

2 思维加工

学生对相关物理问题的感性材料进行科学抽象，得出结论后，怎样才算形成了物理概念呢？首先要明确这个概念的物理意义，能说出这个概念是如何定义的，同时对于有定义式的物理量要记住它的定义式及单位，明确概念的适用范围，还要特别注意相近概念之间的区别和联系[4] 。

教师水到渠成地引导学生引入表征速度变化快慢的物理量，引出加速度的物理意义，鼓励学生揭示概念本质并用专业语言进行描述。

加速的物理意义：描述速度变化快慢的物理量。

加速度的定义：加速度是速度的变化量与发生这一变化所用时间的比值。

计算公式：a==（1）

单位：m/s2。

矢量性：加速度的方向与速度的变化量的方向相同。

通过比较、分析、综合等思维活动，抓住问题的本质，抽象出加速度概念，学生在提出物理问题、解决物理问题等方面获得具体的成果，体验科学研究的方法。得到成功的体验，这样可以更好地激发学生学习的热情。学习用比值法定义速度变化的快慢，接着可引导学生通过实验探究测定物体的加速度。

问题1：要测出运动物体的加速度，至少需要测量哪些物理量？

问题2：我们已经学过什么方法可以测物体的初速度、末速度和时间？

学生通过讨论得出：要测量物体的加速度，需要先测量物体的初速度和末速度及对应过程中的运动时间。为了更快速和直观地帮助学生理解加速度的实验测量方法，本課创设用光电门和数字计时器在斜面上来进行实验。引导学生讨论设计出记录实验数据的表格。（如表3）

教学实践表明通过以上探究实验可帮助学生理解加速度定义式中各物理量的准确含义。

3 顺应生成

大量研究证明，传统教学模式中，教与学之间存在距离。研究者认为，是因为学生在学习物理之前，大脑中已经存在了一些来自于生活经验的对一般物理现象的直觉认识，通常被称为前概念[5]。学习新概念时一些前概念会对学生思维造成很大的消极影响。比如，部分学生从字面上理解加速度就是物体运动中增加的速度，此时应及时通过问题引导学生利用现成的物理情景进行概念辨析，使学生明确概念的内涵和外延。

问题1：如果给小车一个初速度，让它沿着斜面往上滑，会出现什么情况？

问题2：用较小的末速度减去较大的初速度，得到的速度的变化量是一个负值，由此得到的加速度也是一个负值，那么这个负值表示什么意思？endprint

问题3：两个加速度分别是4 m/s2和-8 m/s2，那么哪一个加速度更大？

问题4：我们刚才算出的加速度对应过程量还是状态量？引出平均加速度的概念。引导学生认识到，当讨论“平均加速度”时，必须说明是在哪一段时间内，物体整个运动的平均加速度并不一定和运动中某一段时间的平均加速度相同。

问题5：如果我们要了解物体在每一个时刻的加速度情况，需要引入“瞬时加速度”这个概念，那么我们有什么办法能测量一个物体的瞬时加速度？[6]

通过讨论得出：物体有加速度并不一定表明物体速度就是增加的，加速度的方向与初速度的方向关系决定了物体做加速运动还是减速运动；同时对速度、速度的变化量和速度变化率概念进行区分；进一步明确加速度的矢量性，及矢量大小比较方法；复习学习速度概念时由平均速度定义式求瞬时速度的方法，类推瞬时加速度的求法，引导学生把极限思想迁移应用。根据加速度的定义式a==，可知如果当所取非常小的Δt时，此时算出的加速度可以近似地认为是某时刻的瞬时加速度。

通过实验探究，发现问题，分析综合、归纳演绎等方法，辨析相近概念的区别与联系，排除相关概念的干扰，揭示概念的本质。在教师设置的具体问题情景中帮助学生顺应生成新的物理概念。

4 应用迁移

当新概念建立后应及时激发学生思维，提出适合学生水平的实际问题。教师介绍死亡加速度：在很多国家，交通管理部门特制定了死亡加速度5 000 m/s2这一数值，以醒世人。意思是如果行车加速度超过此值，就有生命危险。那么大的加速度，一般情况下车辆是达不到的，但如果发生碰撞等交通事故时，将会达到这一数值，因为通常车辆碰撞的时间很短，大多为毫秒级。假如一辆汽车以90 km/h（25 m/s）的速度行驶，因发生事故与高速公路隔离护栏发生碰撞，碰撞时间为0.004 s，碰撞后速度即变为零，那么在碰撞过程中的汽车加速度有多大？[6]

通过问题分析，让学生在减速运动中应用加速度定义式，学生得出a=-6 250 m/s2。同时让学生加深对瞬时加速度的理解，即一般物体的速度不一定大，但是其瞬时加速度可能很大。通过分析再次引导学生分析速度大小、速度的变化量和速度的变化快慢之间在数量上没有必然的关系，从而有效地消除前概念对新概念建立的消极影响。同时唤起学生对交通安全的重视意识，体会到安全带、安全气囊和公路限速对交通安全的意义。

人的一生中科学素养都在不断发展和深入，早期的科学教育将对一个人科学素养的形成产生决定性的作用。学生通过物理课程的学习，不仅要能够解析 “模型化”的物理试题，更要有解释生活中物理现象的意识，并具有利用科学知识和方法去解决学习、生活和工作中遇到的问题的能力 。

5 形成结构

学习的过程就是在已有知识基础上发现问题，用已有知识解决新问题的过程。位移、速度等概念的学习为加速度概念的建立提供了必要的知识准备和方法引领，随着学生学习的深入，他们会理解加速度概念的引入是研究运动学规律的必要組成部分。加速度概念建立过程如图1所示。

实施核心素养导向的物理教学，要教师转变教学的价值观念，认识到物理教学的目的不在于对物理知识的记忆和再现，而在于知识和方法的应用，在解决问题过程中逐步形成物理学科核心素养[2]。事实是认识的基础，人的认识从感性认识开始，最终要上升到理性认识。在物理概念教学中，就要求教师重视情景的创设，引导学生观察、比较、思考，掌握分析综合、抽象概括等科学思维，经历充分的思维碰撞后进行总结归纳，上升到理性认识，最终形成正确的物理概念。

参考文献：

[1]吴菲菲.独立学院大学生自主学习能力的现状与培养研究[J].教科文汇，2015（2）：175-176.

[2]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）：90-95.

[3]高志文.基于生本视域的物理核心素养模型构建[J].教育科学论坛，2016（8）：19-21.

[4]邢红军，清梅.论高考物理能力理论与命题导向[J].课程·教材·教法，2007（11）：63-68.

[5]黎洪波.高中物理核心概念教学研究[J].教师教学能力发展研究，总课题组科研成果集（第二卷），552.

[6]蔡锦曦.关于“速度变化快慢的描述——加速度”的教学设计[J].物理教师，2008，29（8）：9-12.

（栏目编辑 赵保钢）endprint