浅析物理核心素养在新课教学中的指导作用

周雷

摘 要：从新课教学的理论和实践角度，围绕物理核心素养培养展开分析，首先提出设置教学情境培养学生批判性思维，其次展望了新技术背景下利用AR等技术进行创新性、探索性实验的情况，认为其对于学生学习兴趣、动手能力、创新能力提升以及教育公平具有巨大作用，最后阐述科学态度与责任培养的重要意义。

关键词：新课教学;物理核心素养;增强现实技术

新授课是物理教学中的重要课型。传统教学形式主要分为：教师讲授型和学生自学型。教师主讲，学生被动接受，再精彩也无法增强学生主动参与的乐趣，长此以往学生必然丧失主动学习的积极性。这也可以解释很多教师的困惑：明明我把主动权还给学生，为什么他们都不参与或者不乐于参与呢？学生自学，确实能增强部分学生的自学能力，不过更多的学生会在遇到学习困难和困惑时找不到方向，逐渐丧失学习兴趣。物理核心素养是本次物理课程标准修订时提出的新概念，其四个要素深得物理教师普遍认同。对物理核心素养的理解也使笔者对物理教学中的新授课教学有一些新的想法。

一、冰，水为之而寒于水

高中物理教学中的新授课知识对学生来说虽然是新的，但不是陌生的。物理新知识以学生认知为基础，进行知识、能力等方面的提升或者迁移。对于那些简单、易懂的知识，很多教师都是一带而过或者让学生自己看。例如：运动学一开始就会讲到“参考系”这一概念。无论是教师还是学生都认为这一知识在初中已经学习过，无须再讲。不从学生掌握层面来看，仅从物理核心素养中的科学思维的培养层面来看，没有质疑、批判的思维能力，学生的物理学习能力如何得以提高？

是否可以这样：当讲到这里时停一停，问一问“这里和初中学过的知识的名字不一样，是不是有什么原因呢？”“我们初中学习到的知识主要是简单的直线运动，如果是较复杂的运动，比如地球围绕太阳转，再比如有一种卫星被称为地球同步卫星（可以提问知道的学生或者简单介绍同步卫星的特点），大家站在中心的位置来看，到底物体运动了吗？怎么运动？”然后让学生思一思、议一议、悟一悟。相信仅通过简单的讨论和对答，就会让学生明白参照物是参考系的简单说法，也会明确高中物理所研究的问题比初中复杂，思考问题需要谨慎和全面。这些活动不会占用太多课堂时间，但是，这样的教学中必然会使刚刚升入高中的学生对初、高中物理学习产生新的认识，对于培养高中生质疑、批判、检验和修正的思维方式绝对有潜移默化之功效。

二、君子生非异也，善假于物也（借助生活实物进行教学）

高中物理新授课以概念的形成、规律的掌握为教学主体。这些教学过程恰恰是物理核心素养中“物理观念”培养的重要途径。学生只有形成了正确的物理观念，才能准确认识概念，把握运动与相互作用的关系。概念和规律的学习过程，对初学者来说基本都是一种抽象的想象过程。针对这一情况，物理教师如果在教学过程中将物理概念具体化，将对学生的学习过程产生深远的影响。虽然，传统教育中的实验、现代教育中的课件、视频等会对学生理解相关的概念产生积极的作用，但是，作为教师，能否用身边常见的物品，多次使用帮助学生具体化抽象的概念？能否用常發生的行为具体化抽象的规律？相信这样更容易加深学生课堂体会。

我在讲解“质点”“点电荷”等概念时，都会拿出一个乒乓球来说事;讲解追及和相遇问题时都会拿出两个乒乓球来模拟;甚至讲圆周运动，讲带电粒子在电场、磁场作用下的运动，都会拿出乒乓球来让学生感受。长此以往，甚至有学生说我教的物理是“球学”，我一笑置之。不过，我心里却乐开了花，因为这说明，学生学会了假借实物来思考抽象，借助实物来模拟。讲牛顿第二定律时，我会让学生急跑和急停来感受力的本质。在游戏中，学生很容易明白力和运动的关系，这样的感受要比理论分析来得更直观，来得也更深刻。

物理是新技术产生发展的重要源动力之一，新技术同样对物理进步产生重要推动作用。有的实验是无法进行实物体验或者即时体验的，比如自由落体、圆周运动的过山车等，如何在课堂展开呢？我想到了现在新兴的VR技术，能否把它引入课堂呢？

目前我们处在以人工智能、AR、MR、新材料、新能源为标志性技术的时代，新技术新思维快速渗透进社会的各个领域，牛晓杰、徐雪迎、程露、柳昌灏以高中物理单缝衍射实验为例，介绍了北京师范大学“VR/AR+教育”实验室基于增强现实技术开发的一款交互式高中物理光学衍射应用程序并且对AR技术在课堂教学中的应用进行了讨论与展望[1]。阿岩松、高志军探讨根据不同的教学内容适用类型，以初中物理凸透镜的成像原理为例，展开从内容开发到教学策略以及教学效果分析等探究[2]。我们可以依托AR等技术对物理实验进行创新。

可见目前和未来一段时间内，应该是以AR和VR技术对物理实验进行补充教学。

AR和VR教学具有以下优点：

（1）能够创设逼真的教学实验环境，突破教师口授，学生脑补的教学现状，能够真实地创建宇宙类宏观的教学环境，也能让学生领略量子世界，能穿越时间，也能跨越空间，能体验极为昂贵的教学设备，也能体会极为危险的实验环境，虚拟现实和实际完美融合，将抽象的概念形象展示，这将极大地激发学生的学习兴趣，激发学生探索的动力，创设完美的教学环境。国外的学者对此做了一些研究，比如FrédéricP.A.Vogt，LukeJ.Shingles在《天体物理学中的增强现实应用》一文中指出了增强现实技术在天体物理学中的应用。

（2）创建虚拟实验平台，物理实验规范性、系统性将得到极大的提高，同时降低实验费用，降低教师的实验工作量，教师的重心将放在如何设计和指导学生实验上。大量的教学设备不需要实物，避免了教学实验仪器的购买、磨损、丢失、损坏、更新换代等问题，只需要更新软件就可以了。偏远地区的学生能够获得最好的教学资源，促进了教育公平。

针对未来的AR教学，我也设想了一些实验场景，比如在磁感线教学中，将磁感线在虚拟空间展示出来[3]，让学生直观地看到磁感线。将放射性、爆炸性的实验让学生在增强现实中做一遍，有惊无险却极为刺激，学生大呼过瘾，这样的效果应该是口授或者单纯观看都无法达到的。同样可以利用增强现实带学生去瑞士日内瓦体验大型强子对撞器（LargeHadronCollider，LHC），到对撞机内部进行虚拟参观，观看粒子对撞产生的绚丽图景。学生可以将机械装置亲自动手拆解和组装，对提升学生的动手能力，提升学生的创造性思维有极大帮助。当然这些想法只是空想，没有实际实现，但是我认为对于推动物理的教学有启发意义。

三、肉腐出虫，鱼枯生蠹

对规律的探究也深植于高中物理新授课中。国际科学教育研究领域有不少研究者都做了“因果关系”的研究，得到学生倾向于从有“因果关系”的变量开始探究的结论[4]。

学习自由落体运动是对理论中的运动和生活中的运动进行探究。学生学习这部分内容时，不可避免要接触到物理历史的演变，理解理论物理和生活之间的关系。不过，无论是教师，还是学生，对于科学探究的认知，还停留在很浅显的片面思考上。教师认为，教过了就行，学生也认为知道了就行，真的吗？仔细观察物理核心素养中的“科学探究”，你会发现科学探究是一个完整的探索研究的过程，包括探究过程和对结果的交流、评估和反思。

教学自由落体运动时，如果提出让学生演示生活中的落体运动，学生主体将进入科学探究过程。教师再适时提问加以引导，比如：两张纸片落得一样吗？怎么让它们一样？学生会将纸片团成纸团。教师再引导：纸团和纸片下落快慢的影响因素是什么？能消除这种影响吗？消除影响后你会看到什么样的现象呢？（接着展示牛顿管和抽气机的组合作用）在一问一答中，重演科学的探索之路，学生在学习过程中必然伴随着积极的思考，因为谁都想得到“因果关系”的结论。所以，我认为自由落体运动的学习，不妨慢一步，让学生更好地体会探究的过程，相信不少学生会感受物理的魅力，从而走上科学探索之路[5]。

高中物理教学中的新授课是高中物理教学中的重要组成部分。课改的结晶是物理教育教学的指导，努力钻研，吃透课改精神，明确物理核心素养在高中物理新授课教学中的指导作用，必然会提升自己，造福学生！

参考文献：

[1]蔡蘇，牛晓杰，徐雪迎，等.交互式AR单缝衍射实验：增强现实（AR）在K-12教育的实证案例之九[J].中小学信息技术教育，2018（9）.

[2]阿岩松，高志军.VR在初中物理实验中的设计与应用研究：以初中物理凸透镜的成像原理为例[J].信息技术与信息化，2018（8）.

[3]薛洪涛，王增旭，毛巍威，等.基于3D虚拟现实技术在物理实验教学中的应用[J].科技创新导报，2018（19）.

[4]郭玉英，姚建欣，张玉峰，等.基于学生核心素养的物理学科能力研究[M].北京：北京师范大学出版社，2018：106.

[5]刘子晗.探索性物理实验的尝试[J].科技风，2018（34）.

编辑 张佳琪