重视知识发生过程 培养学生核心素养

辛亚

摘 要：核心素养对提升学生物理学业水平和长远发展都至关重要。要落实核心素养，就需要在教学中重视知识的发生过程，让结论的得出水到渠成。教学中可以从“稀释还原概念，体验形成过程”“充分留白，探寻规律发现过程”“渗透方法，参与实验设计过程”三种形式，让学生经历知识的发生过程，可以实现学生对知识的深刻理解，对思想方法的透彻领悟。

关键词：重视；发生过程；培养；核心素养

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2018）12-0071-3

核心素养对提升学生的物理学业水平和长远发展都至关重要。2017年新修订的《普通高中物理课程标准》[1]提出“高中物理课程是普通高中自然科学的一门基础课程，旨在落实立德树人根本任务，进一步提升学生的物理学科核心素养，为学生的终身发展奠定基础，促进人类科学事业的传承与社会的发展。”培养物理学科核心素养要求从物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个方面落实，而这离不开学生经历知识的发生过程，离不开对知识的深刻理解和牢固掌握。只有学生经历知识的发生过程，才能深刻理解知识，才能在学习过程中“形成关于物质、运动与相互作用、能量等的基本认识”，才能将“物理概念与规律等在头脑中提炼与升华”，才具备“从物理学视角解释自然现象和解决实际问题的能力”。只有学生经历知识的发生过程，才能够实现以知识为载体，让学生的思维得到训练，逐步具备“模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新”等素养。学生经历知识的发生过程，才会逐步形成“基于观察和实验提出物理问题、形成猜想和假设、设计实验与制订方案、获取和处理信息、基于证据得出结论并作出解释，以及对科学探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力。”重视知识发生的过程才能“在認识科学本质，认识科学·技术·社会·环境关系的基础上，逐渐形成的探索自然的内在动力，严谨认真、实事求是和持之以恒的科学态度，以及遵守道德规范，保护环境并推动可持续发展的责任感。”[1]总之，要落实学生核心素养的培养，就离不开让学生经历重视知识发生的过程，让学生深刻理解知识。

1 稀释还原概念，体验形成过程

物理概念是物理教学的重要内容，学生在概念的学习中可以很好地形成物理观念，提升思维水平，并且领悟物理方法。但是，物理概念都是经过抽象、概括，所以具有高度浓缩的特点，学生往往会觉得过于抽象而难以理解。为此，在进行概念教学，尤其是核心概念的教学过程中，有必要对概念进行稀释、还原，让学生体验概念的形成过程，清楚为何要引入这一概念，如何定义概念，这一概念体现了什么思想方法。通过实验与生活素材的引入，学生有了更多的感性认识，学生感觉不再抽象，理解难度降低，为后续顺利建立概念奠定基础。

案例1：加速度概念的稀释

加速度是高中阶段的重要物理概念，是学生学习物理的分水岭，很多学生在后续的物理学习中存在困难，与加速度这一重要概念理解不透彻存在很大关联。为了夯实加速度概念的教学，可以利用演示实验、联系生活等策略积累学生的感性素材，达到稀释概念的目的，并从生活中变化率的例子逐步过渡到速度的变化率，最后得出加速度的概念、定义式、单位、方向、物理意义等。从实验、案例、生活中的类似情景出发，从“量”的变化率到速度的变化率，再到加速度的提出，循序渐进，契合学生的学习基础，契合学生的心理特点与认知规律，这样学生对知识、方法、思想都才会领悟得更透彻，这样核心素养的培养才会落到实处。具体如下：

第一，给学生提供斜面和小车，让学生感受小车在不同倾角的斜面上运动时速度变化的快慢，累积直觉经验。

第二，给学生提供运动员、飞机、汽车、火车等物体运动情况的视频，并给它们的初末速度、时间赋值，让学生感受生活中不同物体运动快慢的变化及变化的快慢。

第三，给学生提供生活中数量变化的例子，如温度变化、房价变化、婴儿身高变化等，让学生感受到生活中“量”变化的多少及变化的快慢。并引导学生思考如何比较变化的多少和变化的快慢，得出变化率等于变化量除以发生这一变化的时间。

第四，引导学生比较运动员、飞机、汽车、火车谁的速度变化大？谁的速度变化快？如何比较变化的快慢？

第五，引导学生得到：比较速度变化（增加或者减少）快慢，就是比较单位时间内速度的变化量，即用速度变化量除以时间。

第六，教师明确指出：速度的变化与时间的比值叫速度的变化率，物理上起了一个名称叫“加速度”。

第七，引导学生尝试用自己的语言表述加速度的概念和定义式。

第八，根据定义式a=■=■，引导学生思考加速度的单位和方向。

第九，首尾呼应，明确加速度的物理意义，描述速度变化的快慢。

2 充分留白，探寻规律发现过程

规律教学是学生认识和掌握物理规律的过程。规律认知过程其实是构建概念之间的联系的过程，规律其实是高度浓缩的知识链接。进行规律教学时，不应该直接告诉学生结论，而应该给学生充分的思考机会和时间，应该让学生充分经历探究规律的过程。对一个物理规律的探索可以引导学生从实验探究法和理论分析法两方面进行。实验探究法是探究物理规律的一种重要的、基本的方法，需要学生观察，甚至亲自操作实验，记录实验现象、实验数据，并对其进行分析、归纳、抽象概括得到物理规律。理论分析法需要学生利用已经学过的知识，包括概念、规律、方法，通过数理推导，得到新的物理规律。在物理规律的教学中，应该充分留白，让学生经历探究规律的过程，有充分的思考机会，这样学生不仅能深刻理解物理知识，还能初步掌握探究物理规律的方法，领悟物理思想，从而使思维得到发展，学科素养得到提升。学生记住规律容易，但是在应用规律时感觉困难，不知道该选择什么样的物理规律，或者误用物理规律，究其原因主要是学生没有充分经历规律探究过程，对规律理解不透彻，故而不能灵活运用。充分留白，经历完整的探究规律的过程，会拉长教学的链条，会在同一个知识点上花费更多的时间，但是磨刀不误砍柴工，学生对规律掌握牢固、理解透彻，会灵活运用，教学反而更高效。

案例2：动能定理的探究

动能定理是高中阶段一个非常重要的功能关系。正确理解、运用动能定理对提升学生的学业水平有重要作用。动能定理的教学中要让学生从实验和理论两个方面充分探究，需重点夯实以下教学环节。

第一，进行充分有目的的实验探究。首先，教师应该大胆放手让学生动脑动手。动脑就是要引导学生透彻理解实验目的、实验原理，深入思考实验操作背后隐藏的逻辑关系。只有将这些问题想透，学生才能实现迁移实验原理和方法，做到举一反三。在探究动能定理的过程中，学生需要明白实验目的是探寻外力做功与动能变化的关系，需要测量外力做的功、物体的初动能、末动能。而这三个物理量都不能直接测量。此时需引導学生明白利用转化法将测量功、初末动能转化为测量物体所受的合外力、位移、质量、初末速度之后，还应该让学生思考如何测量力、质量、初末速度，使用何种工具测量，测量时需要注意的事项，为了测量方便应该让研究对象做何种运动等。根据上述思考的结果学生不仅可以透彻理解实验原理，还可以组合出多种不同的实验方案，并能够明白实验操作步骤为什么要这样。其次，教师可以让学生亲自动手进行实验操作，记录实验数据，并对实验数据进行分析、比较、归纳，得出实验结论。

第二，引导学生自主进行理论分析，得出结论。进行理论分析时，教师给学生创设情景，让学生基于已有的物理规律、物理概念进行逻辑推理得出新的物理规律。学生经历了理论探究过程，不仅可以复习旧知识，还能构建新旧知识之间的联系，实现知识组网。以探究动能定理为例，教师给出情景：质量为m的物体与水平面之间的摩擦力恒为f，在一恒定拉力F的作用下，以速度v1开始沿水平面运动，经位移s后速度增加到v2。然后，让学生导出合外力做功与物体动能变化的关系。让学生根据已经学过的牛顿第二定律、运动学公式、功的定义式即可导出结论。

第三，分析、推广结论。从实验和理论分析得到结论后，还应该给学生提出如下问题：1.是否动能定理只适用于匀变速直线运动？动能定理适用的条件是什么？2.遇到复杂的运动时如何处理？当遇到复杂的曲线运动时，可以采取分解和分割的方法，将复杂的曲线运动变成简单的直线运动。分解法：把一个复杂的运动分解为两个简单的匀变速直线运动、匀速直线运动。所以，动能定理适用于更多的运动。分割法：把一个复杂的运动分割成若干段运动，每一小段都可以看成匀速直线运动或匀变速直线运动。所以，动能定理适用于一切运动（微元法）。经历了这样深入的思考过程，学生可以将结论推广到一般，即动能定理不仅适用于简单的匀变速直线运动，也适用于复杂的曲线运动。

3 渗透方法，参与实验设计过程

实验是物理教学的重点，更是难点。实验教学的效果对物理教学的重要性不言而喻，只有扎实有效的实验，才能促进学生更深刻地理解物理规律、物理概念，促进学生迁移物理方法，灵活运用物理知识。教学中往往会出现教师为了节省时间或者觉得学生没有能力设计实验，将实验原理、实验步骤、数据记录与处理、注意事项等直接告知学生，让学生记熟后，按部就班地进行操作。如此实验教学，其效果很难提升，实验过后有不少学生只是达到了见过实验仪器的水平，至于实验中为何要这样做，还可以怎么办均毫不清楚。当然，设计实验方案对学生的基础知识、实验技能、实验原理、实验方法、思维水平等都有较高的要求，所以某种程度上实验教学效果的提升瓶颈在实验方案的设计。所以，实验教学中需要让学生参与到实验方案的设计过程中，从而实现对物理方法的渗透。

案例3：探究物体获得的加速度与质量、合外力的关系

探究物体获得的加速度与质量、合外力的关系是高中《物理》“必修1”的重要实验，对学生实验要求较高。教学中建议采用两个课时，第一课时给学生设置问题，采用任务驱动的策略，让学生想透彻实验中的一些关键问题，从而初步设计好实验方案；第二课时则让学生选择实验方案，充分完成实验操作、数据记录、数据处理、分析实验结果、反思实验不足。第一课时设置的主要问题如下：

问题1：为何要探究加速度与质量、合外力的关系，而不是加速度与体积、密度、时间等其他物理量的关系？

问题2：如何测量加速度？用什么工具测量？

问题3：如何测量合外力？

问题4：悬挂物体的重力近似等于物体（小车）所受的合外力需要满足什么条件？如何理解“近似”二字？

问题5： 如何平衡摩擦力？平衡好摩擦力的标准是什么？

问题6：探究加速度与质量、合外力的关系采用什么样的实验方法？如何具体操作？

问题7：如何处理实验数据？质量一定，探究外力与加速度关系的时候，如何建立坐标？外力一定，探究质量与加速度关系的时候，如何建立坐标？

问题8：简要说一说，本实验中你学到了哪些重要的物理方法。

通过上述问题的思考，学生可以将实验设计中的难点、关键节点想透彻，弄清楚用到的物理知识、用到的物理方法，隐藏的逻辑关系，这样可以促进学生深度参与到实验方案的设计中。学生在实验教学中的参与程度更深入，自主性更强，学生会有更好的学习效果，不仅对知识有深刻的理解，对实验中的方法、思想也会有更透彻的领悟，奠定了学生迁移实验原理和方法的基础，为学生创新实验设计夯实基础。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准[S].北京：人民教育出版社，2017：4.

[2]张宪魁，李晓林，阴瑞华.物理学方法论[M].杭州：浙江教育出版社，2007：3.（栏目编辑 李富强）