物理教学对学生发展核心素养的培养

潘木清

摘   要：学生发展的核心素养主要包括“人文底蕴、科学精神、学会学习、健康生活、责任担当、实践创新”这六大素养。物理教学中蕴含着丰富的培养学生发展核心素养的途径。教学中借助实验设计，开发学生的实践创新素养;渗透物理史实，提升学生的科学精神素养;贯彻数理思想，培养学生的数理方法素养。

关键词：核心素养;实验;物理学史;数理思想

当前我国课程教学改革的焦点是课程教育应注重培养学生发展的核心素养。学生发展的核心素养主要包括“人文底蕴、科学精神、学会学习、健康生活、责任担当、实践创新”这六大素养。初中物理新课标明确指出：义务教育阶段的物理课程要“注重对学生终生学习的愿望、科学探究能力、创新意识及科学态度、科学精神等方面培养等” [  1  ]。这句话包含了“学会学习、科学精神、实践创新”这三种素养。物理课程是以实验为基础并以数学为工具且融合科学思维与方法的学科，学生的数理协调能力是学好物理课程的基础，故本文就初中物理教学如何培养“实践创新、科学精神、数理方法”这三种素养，谈谈个人的认识。

1  借助实验设计，开发学生的实践创新素养

物理是以实验为基础的科学课程。教材中物理概念的建立与物理规律的导出，实验是最基本的课程资源，既源于生活，又高于生活。源于生活是指实验现象是日常生活现象的再现，高于生活是指在实验条件与方法方面，有意识地排除干扰性因素而突出其本质性内涵，力图为课程知识构建服务。教材中的物理实验，既体现物理学家的探究经历，更蕴含着物理学家的科学智慧，对开发学生的实践创新素养有着及其重要的价值。

借助实验设计来开发学生的实践创新素养，首先要重视实验，突出实验在物理课程教学中的特殊地位，充分发挥教材中实验的教学功效，同时尽可能设计一些创新性实验来充实实验教学。如认识光的直线传播现象，教材设计了“激光照射玻璃水槽”和“激光照射玻璃砖”的实验，实验现象清晰直观，对知识的形成有着很好的感知效果。但作为充分发挥教材实验的教学功效，教学中就不能就此为止，在演示完“光的直线传播”现象后，教师还可以演示激光斜射入情景，让学生观察“折射”現象。虽然“折射”不是本节课的内容，但可以提出与“折射”有关的问题，为后面学习“光的折射”课题设置悬念。这样，既可以激发学生的兴趣，又可以诱发学生的求知欲望，更可以促进学生对光传播的深入思考，这就是超越教材与超越课堂的高效教学。在充实实验教学方面，教师要有意识设计一些创新性实验。如让学生感知大气压的存在，教材是设计“冷水浇铁皮罐”实验，由于实验器材选择及操作不便，教学中就可以设计如下的创新实验：把热水倒入矿泉水瓶，停顿片刻再倒出热水，旋紧瓶盖，不一会儿，空矿泉水瓶变瘪了。这个实验，不仅能让学生很好地感知大气压的力量，而且还能培养学生的创新意识。

其次是引导学生领悟实验中的科学方法与科学思维。实验教学，既有助于学生对科学知识构建，又可以促使学生领悟其中的科学研究方法与科学思维方法。如“质量”概念的建立，教材设计了两个演示实验：①盖在杯中的冰块熔化成水;②把橡皮泥捏成小动物。这两个实验的共同点为：虽然物体的形态或形状发生了变化，但物质的量没有变化，其中既突出了“物质多少”（质量概念）涵义，又蕴含着“异中辨同”的科学方法，还揭示了“透过现象究本质”的科学思维方式。应该说，物理学的精髓是科学方法与科学思维，教学中让学生领悟实验中的科学方法与思维，这是夯实学生发展核心素养的重要指标，也是真正的教书育人。其三是引导经历尝试实验设计训练。实践创新素养的形成必须经历实践创新训练。如探究“二力平衡条件”实验，教学中就可以开展课堂讨论：设计怎样的实验可以论证二力的平衡条件？对此问题，学生可以用弹簧秤悬挂物体来求证，也可以在定滑轮两端悬吊两个物体来分析，还可以采用两个弹簧秤对拉水平桌面物体来比较，不论哪一种方法，对学生来讲，都属于实践创新设计，这何以不是开发学生实践创新素养的教学呢？

2  渗透物理史实，提升学生的科学精神素养

物理学史，既是自然科学与科学技术的发展史，也是科学精神的教育史。科学精神，指实事求是，求真务实，开拓创新的理性精神，具体包括：批判和怀疑精神、求真和务实精神、探索和创造精神、奉献和人文精神等。其中实事求是是科学精神的核心，而开拓进取则是科学精神的活力。一个物理规律的发现，它不仅凝聚着诸多科学家的心血与汗水，而且更是诸多科学家的科学精神与科学智慧的结晶。库仑定律的发现，最早是瑞士科学家伯努利受牛顿万有引力的启发，提出静电引力是否也遵循距离平方反比定律的猜想。对这种猜想，诸多科学家开展实验并求证，但都没有得出科学结论。然而，打破这种科学发展僵局的是法国物理学家库仑。在卡文迪许对静电力的研究的基础上，他首先确定库仑力与距离平方成反比，进而又借助卡文迪许测定万有引力常量实验思想巧妙地设计了库仑扭秤实验，从而成功地测定了静电力恒量。但这个实验并不能验证库仑定律的正确性，最终是英国物理学家麦克斯韦通过对实验的改进并运用数学推理论证了库仑定律，然而足以使科学界信服的还离不开美国科学家沃赛斯特的精确实验论证。由上可见，一个科学发现，它不仅是诸多科学家对科学问题的接力探究，而且也是诸多科学家勇于进取并努力探索的结果，这正是培养学生科学精神素养最好的素材资源。

在物理教学中渗透物理学史，就是适当介绍与知识有关的物理科学研究史实，具体做法就是围绕以下三个问题展开：①问题的提出背景;②问题的探索过程;③问题的研究结论。如在“科学探究 怎样产生感应电流”课题教学前，教师就可以渗透讲述如下史实：1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了“电流的磁效应”，英国物理学家法拉第对此而提出质疑：电能生磁，是否磁也能生电？针对这个问题，法拉第开展了近10年的实验研究，但都以失败告终。1831年8月的一天，法拉第用长为62米的铜线绕成一个圆筒式线圈，圆筒的一端与一根22厘米长2厘米粗的圆柱形磁铁相连，电流表指针静止不动，换过一种方式也不行，他突然萌发“把磁铁插入线圈（线圈两端连接电流表）”的想法，结果发现电流表指针偏转，并且发现磁铁穿入或穿出线圈过程电流表指针会偏转，进而发现了电磁感应现象[  2  ]。介绍这一段史实，既能引发学生对课题的学习兴趣，又能从中领悟法拉第由奥斯特现象引起的质疑思维，更能教育学生学习法拉第对科学真理执着追求的科学精神。

3  贯彻数理思想，培养学生的数理方法素养

数理思想，指运用数学解决物理问题的观念。它作为一种策略或方法，对探索与研究物理问题有着重要的作用与价值。尽管法拉第发现了电磁感应现象，但由于缺乏数学功底，他未能对电磁感应定律做到定量描述，其数学形式的建立还应归咎于英国物理学家和数学家麦克斯韦。麦克斯韦运用数学建立的电磁学方程，不仅建立了电动力学课程，而且预言了电磁波的存在，为推动社会进入电气时代奠定了基础。数学方法，它作为一种形式语言，在解决物理问题的演绎与推理方面有着简捷明了的作用。在高中物理课程学习中，能否熟练地运用数学方法来解决物理问题，是学生能否学好物理的关键。核心素养中的学会学习，不仅针对学生的现阶段，而且要着眼于学生的未来，最临近的未来就是高中物理课程学习，也正是教师们常说的必须做好初高中物理的衔接教学，其中最重要也是最关键的任务就是培养学生的数理方法素养。数理方法素养，指运用数学知识与方法解决物理问题的思维品质与能力。

在知识内容方面，虽然初中物理着重于介绍一些基本的物理生活常识，而且多数是定性描述，但只要在贯彻数学思想的主导下，注意正确选点并适当地对教材内容挖掘或拓展，就能有效地搭建训练学生数理思维与方法的平台。具体做法为以下三方面：

（1）引导学生理解或領悟数理涵义。在描述物理概念与规律方面，物理学通过数学形式来表示，但其中的涵义又不能单纯地从数学关系来认识，必须结合物理事实特点来理解。如密度定义，数学形式为P=m/v，它表征比值内涵，可以用质量与体积的比值来求算密度，但不能理解为“密度与质量和体积有关”。而对于压强公式P=f/s，与密度公式比较，形式相同，但内涵却不同，压强大小由压力和受力面积共同决定。再如串联电路特点公式：U=U1+U2与R=R1+R2，共同点是总量与分量关系，不同点则是：前者表征电压的分配特点，后者表征等效替代特点。

（2）引导学生学会构建数理模型。数理模型，指描述物理现象或物理过程的数学形式。如匀速直线运动和变速运动，教材仅从“速度是否变化”来描述，教学中就可以引导学生用数学函数s=vt来描述，而且要使学生理解其涵义：在匀速直线运动中，v是恒量;在变速直线运动中v是变量。在此基础上，教师还应引导学生尝试画出两种运动s-t图象，让学生理解“直线”图象与“曲线”图象的涵义。

（3）引导学生运用数学进行演绎或逻辑推理。在初中物理解题中，凡属于定量分析或比较大小问题，一般都可以运用数学进行演绎或逻辑推理。如例题：某同学将一支点燃的蜡烛放在距凸透镜15cm处时，在光屏上得到一个缩小的像，当蜡烛距透镜9cm时，在光屏上得到一个放大的像，试求凸透镜的焦距的取值范围.这就是定量分析的问题，如果建立如下两个方程：依据缩小实像的条件：2f<15cm;依据放大实像的条件：f<9cm<2f;联解方程得4.5cm

理解物理公式的数理涵义是数理方法素养的基础，构建数理模型是数理方法素养的灵魂，而运用数学进行演绎或逻辑推理则是数理方法素养的标志。

培养学生发展的六大核心素养，本文虽论述了实践创新、科学精神、学会学习这三个，实际其中还包含着另外三个素养。实践创新的动力就是对人类社会的责任担当，渗透物理学史的教学就是一种人文底蕴教育，而健康生活底蕴既依托于人文底蕴，也依托于科学素养和科学精神。总之，六大核心素养既互相联系又互相影响。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准[S]. 北京： 北京师范大学出版社， 2012：2-3.

[2]王溢东. 照耀世界的火炬-物理学发展史上的光辉篇章 [M]. 广州： 广东科技出版社， 2012：186-189.