核心素养背景下学生物理观念的培养

曹 燕

(江苏省南通大学附属中学 226001)

在众多物理学家的眼中，数学公式和相关定义，这些都是物理观念的一种表达和演绎，观念本身才是物理探究最核心、最本质的东西，而这些也正是学生在学习过程中最值得感悟的.物理观念作为核心素养的一项重要组成，需要教师在教学过程中着力培养，以下是笔者在教学中的分析和思考.

一、运用学史教学，让学生感悟物理观念的价值

教学过程中，为了帮助学生跳出繁杂的概念和规律，让学生站立在整体知识的框架下，对物理知识进行研究，深度领会物理观念的价值，一种有效的手段就是借助物理学史来进行教学.

在物理学发展历程中，科学家面对纷繁复杂的物理现象，以卓越的智慧来分析和研究问题，并提出具有革命性的理念，这期间就包括物理观念的使用.在课堂上，教师引导学生研究物理学史，让学生在史料分析中回溯知识的发展历程，这样的处理有助于学生更加深刻地领会知识的真谛，当然也能让学生明确物理观念的价值.比如在指导学生研究开普勒行星运动定律时，我们都会从“日心说”和“地心说”的争论出发，指导学生辨析相关理论产生的缘由，从而明确这其实正是新观念战胜旧观念的历史，也正是新观念的驱动才迎来了革命性的突破和发展.当开普勒研究行星的轨道特点时，他也面临一个传统观念的束缚，即当时的主流科学家都认为天体运动的轨道应该是最完美的圆，然而这一理论却和天文观测的结果存在偏差，开普勒革命性地提出椭圆轨道的观点，最终让相关数据与理论完美的吻合，这既是对传统观念的突破，实际上也是对物理观念的尊重，即只有符合实践的理论才是正确的理论.这类情况在物理学史上还有很多，比如有关黑体辐射的研究，很多科学家都尝试着对黑体辐射的规律进行解释，但是都没有成功，普朗克创造性地提出“能量子”的观点，很好地解释了相关理论，虽然即便他本人对这样的解释也很是怀疑，但是理论与实践符合的基本观念让“能量子”的相关理论被确立下来，这也成为量子力学的奠基石.

借助物理学史来指导学生学习物理知识，就是让学生感悟科学家研究过程中的科学方法和相关思想，这也包括物理观念的使用，相关思想延续下去，这必然会促使学生对方法形成更加深刻的领悟，学生的思维也将得到拓展，同时他们在解决问题时也将自发地使用各种方法、思想和观念，这必然也将有助于学生能力的提升.

二、结合物理观念分析问题，提升学习效率

高中物理的问题分析很讲究方法性和思想性，很多概念性的问题需要学生结合物理观念来理解，这样的操作可以提升学生的学习效率，某些问题的处理则需要学生用物理观念来分析，这样也可以提升学生问题分析的效率.

比如在指导学生研究竖直上抛运动时，学生可以结合速度时间图象以及相应的公式计算明确竖直上抛运动具有对称性，即物体上升过程中经过某一点的速度与回落过程中经过某一点的速度大小是相等的.如果教学中，教师仅止于让学生结合数学演算来明确这一认识，一切都将显得非常单薄，如果能适当穿插能量的观念，学生的理解将更加顺畅，虽然竖直上抛问题的研究一般发生在高一第一学期，这一阶段的学生还没有学习动能定理和机械能守恒定律，但是这并不意味着学生没有任何能量观念的基础.学生在初中阶段已经接触过动能和势能的概念，也有关于能量守恒定律的认知基础，因此在教学过程中教师完全可以让学生分析物体在竖直上抛运动过程中的能量特点，相关描述不一定多么细致，但是必然要涉及到这样的关键点：物体运动过程中能量守恒，当其途经同一个点时，应该有相等的重力势能，动能也应该相等，所以物体的运动快慢应该具有对称性.

在学生学习运动学的时候就将能量观念渗透在其中，有助于学生对物体的运动特点形成更加生动而形象的认识，学生对知识的掌握也将更加稳固.同样是能量观念，它对学生理解某些疑难问题也非常有效，比如有这样一个问题：人竖直向上跳起的过程中，地面的支持力对人做功了吗？从概念的角度来理解，教师一般会引导学生这样来解释：做功计算式中的位移对应的是力作用点的位移，而在人跳起过程中，地面支持力的作用点位于地和人的接触面上，这个点在人跳起的过程中没有发生移动，因此地面的支持力不做功.这样的描述略显苍白，学生对此类概念的表述很难吃透，如果采用能量的观念来分析就可以让学生产生更加透彻的理解：功是能量转化的量度，某力对物体做正功则对应着一种能量的注入，某力对物体做负功则对应着能量的消耗，在人从地面跳起的过程中，地面是否提供了能量给人体呢？学生给出否定的答案，这时他们也将认识到地面没有给人做功.教师顺势进行说明：人在起跳的过程中，主要是自身的化学能向机械能转化，而做功应该是人体各关节、肌肉之间的相互作用，相关补充将让学生对概念形成更加有效的把握.

三、强化知识理解，促使学生形成观念

物理观念不等同与物理知识，但是物理知识却孕育着物理观念，尤其是一些基础性的知识和理论，其中富含着物理观念，学生对物理知识进行学习和理解的过程，恰恰也正是自己体会物理观念的过程.

比如有关万有引力定律的建立，这可不是像“苹果下落的故事”那么简单，如果没有牛顿超凡的智慧以及严格的推理，一切都是空谈.指导学生研究万有引力定律，我们一般会循着这样的次序来教学，首先是结合圆周运动以及牛顿力学的基本公式，完成太阳和行星之间吸引力关系的研究，然后就是牛顿提出的观点：地球与地表物体之间的力也满足类似的特点.如何来证实这一观点呢？这就是著名的地月检验，即将地表物体的下落和月球的圆周运动拿过来比较，地表物体下落的加速度和月球围绕地球转动的向心加速度之间存在3600倍的关系，牛顿结合相关数据确立了这一事实，从而证实自己的观点，但是研究并没有就此终结，牛顿将视线投向自然界两个物体之间，创造性地提出：自然界任何两个物体之间都存在着引力的作用，并给出万有引力定律.

在牛顿所处的时代，他没有任何手段来证实该理论的成立，但正是在物理观念的指引下，他建立了这一伟大的理论.在学习过程中，引导学生结合知识学习来领悟物理观念是非常有意义的尝试.