基于学科核心素养形成机制的物理教学——以“探究感应电流的产生条件”的教学为例

沈正杰

(桐乡市凤鸣高级中学，浙江 桐乡 314500)

2016年9月,中国学生发展核心素养总体框架正式发布．物理学科核心素养主要包括“物理观念”、“科学思维”、“科学探究”、“科学态度与责任”4个方面．2018年1月《普通高中物理课程标准(2017年版)》正式出版,核心素养正式进入课程．[1]

那么,核心素养形成的机制和路径是什么?课堂教学怎样培育学生的核心素养呢?余文森老师在《核心素养导向的课堂教学》一书从4个方面阐述了相关问题(见表1)．[2]

表1 学科核心素养的形成机制

可见,物理学科核心素养的培育是学科知识、学科活动、学科教师以及学科考评4方面统一规划、协调的结果.只有这样,才有助于学生通过学科学习而逐步形成正确价值观念、必备品格和关键能力．那么,在物理教学中,又该如何有效地从以上4方面实施和开展教学和评价活动?我们不妨先从一道电磁感应类考题说起．

1 案例呈现

图1

例.在“探究电磁感应的产生条件”实验中,采用如图1所示的装置进行实验．请用笔画线代替导线在答题卷相应位置将图甲连线补充完整,确保实验现象明显．

本题是基于人教版普通高中《物理·选修3-2》第4章“探究感应电流的产生条件”一节教材实验(如图2)的考查,结果大部分学生呈现出图3所示接线方式．对于该类结果的产生,或许我们可以认为是学生对“确保实验现象明显”的描述没有引起重视,但其中暴露的更大问题是学生对真实情境体验的缺乏以及学科知识的不完整．从学科核心素养的形成机制相应项目来看,本题体现为如表2所示几个方面．

图2

图3

项目内容 学科活动教师的教学生的学实验演示;实验方案拓展;实验结果评价等实验观察与操作;结果分析与质疑;方案设计与创新等 学科教师学科素养教育素养解题技能与策略的传授;考题基础上的进一步探究与改编学生错因的分析与评价;对学生创造性思维的激发与引导学科考评命题特征评价反馈基于真实情境和学生体验;通过设问激发学生思维通过考评评价学生知道什么、能做什么;展现学生行为表现结果和过程

续表

2 教学策略

图4

从上述案例我们不难发现,教师、课程、知识、活动、考评无不影响着学科核心素养的实施、发生和落实,也决定着学生核心素养的培养和提升．在教育教学过程中,它们相互影响、相互依赖,(关系如图4所示)．因此,在物理教学中我们应注重做好以下几方面工作．

2.1 关注认知结构,建构知识体系

学科知识是学生学习的对象和材料,它不是学科各个知识点的简单排列和堆积,而是一个有结构的有机整体．如果学习者过于关注知识点的细节,就可能导致整个教学活动的失败．曾有学者指出:“当知识不成体系时,它是无用的知识碎片”．同时,如果获得的信息缺少跟其他信息的“联系”,就难于被我们“提取”,“提取”得少的内容会被提取得多的内容挤压在记忆的底部．因此,这些碎片化的信息极其容易被我们遗忘．

以“感应电流的产生条件”教学内容为例,学生在初、高中两个不同阶段的认知内容可以说是完全不同的,学生学科知识的变化及认知发展要求可以结合表3体现．

可见,只有超越简单的具体知识(导体棒切割),去理解和把握具体知识背后的学科方法、思想与价值,比如通电线圈等效为条形磁铁、磁感线描绘磁场分布等,才能促使学生对“感应电流的产生条件”在初中已有认知的基础上上升到高中更为普遍的规律的认识;只有超越表层的符号形式,去理解和把握符号形式背后的逻辑根据、思想方法与价值意义,比如让学生经历和探究“摇绳发电”活动,感受和制作“电吉他”等等,知识才能被纳入学生认知结构,并被真正地理解和吸收,以帮助学生超越庞杂的知识点本身,去理解和把握同类知识的组织结构和属性特征．唯有如此,学生的认知结构和知识体系才能更加完善,学科知识的教学才能有助于学科核心素养的形成．

表3 电磁感应产生条件在初高中阶段的比较

2.2 加强具身认知,提升思维品质

现代认知科学强调具身认知,其核心内涵是身体的参与．苏联教育家阿莫那什维利认为,学生单靠动脑,只能理解和领会知识．如果加上动手,他就会明白知识的实际意义．如果加上心灵的力量,知识将成为他改造事物和进行创造的工具．

物理学作为一门实验科学,教师更应该在教学估测中注意引导学生在参与互动中学习,在体验和探究中学习,在亲自操作和实践活动中学习．在活动过程中,一方面可以暴露学生的各种疑问、困难或矛盾,另一方面则可以展示学生的思维方式、创造成果或独特个性．

比如本文案例所述实验现象,可通过以下程序开展实验探究: (1) 按大、小线圈分别接电源的方式比较实验现象;(2) 结合“通电螺线管等效为条形磁铁”的相关知识,借助条形磁铁进一步演示比较;(3) 对于不明显的实验现象,借助微电流传感器演示实验现象．相关实验及现象如表4所示．

在上述探究过程中,通过对实验的观察、分析和操作,不仅丰富了学生科学探究的基本经历,在更大程度上促进学生对实验现象和科学本质的再思考,提升了思维品质．比如有部分学生对传感器实验中“有无铁芯”的情况下所观察到的实验现象产生了新的疑惑．对此,可鼓励学生进一步深入探究(实际上铁芯在实验中已经被磁化)．

表4 探究感应电流的产生条件实验比较

所以说,教学应该学生用自己的身体去亲自经历,用自己的心灵去亲自感悟．这不仅是理解知识的需要,更是激发学生生命活力、促进学生生命成长的需要．学生在学、用、思的过程中,更有助于把知识转化为素养．

2.3 强化情境教学,注重过程评价

学科情境是学习学科知识的载体．学科知识要转化为学科素养,离不开学科情境的介入和参与．应对各种真实的、开放的情境,不仅是学生核心素养形成和培养的途径与方式,也是评价学生核心素养发展水平的重要依托．

教学评价以一定的情境或实验为背景,其目的主要是考查学生是否有相应“基本经历”,以及在相应经历体验中“见物又见理”．对此,纯粹的分析就容易把学生培养成“只见理不见物”的解题机器．

图5

例题:某实验小组利用如图5所示装置,探究感应电流的产生条件．图中A是螺线管,条形磁铁的S极置于螺线管内,磁铁保持静止状态,B为灵敏电流计,开关K处于断开状态,电路连接和各仪器均正常．下列关于实验现象的说法正确的是

(A) K闭合前,通过螺线管的磁通量为0.

(B) K闭合瞬间,通过螺线管的磁通量不变.

(C) K闭合瞬间,灵敏电流计指针发生偏转.

(D) K闭合,抽出磁铁过程中,灵敏电流计指针发生偏转.

本题考查了磁通量、磁通量的变化量、感应电流产生的条件等知识,而且学生受“反复训练”的影响,一看到“瞬间”两字大脑中迸出的就是“有感应电流,电流表指针发生偏转”,导致错选(C)选项．究其原因,与课堂教学情境的创设和学生的实际经历不无关系．

图6

本题仍属于“探究感应电流的产生条件”一节中课堂实验探究(如图6所示)的拓展与创新.如若教师在课堂教学中忽视实验演示或呈现、分析不够,学生缺少相关经历,就容易产生认知偏差或障碍,难于对题目所体现的物理概念或规律正确认识．因此,对于本题的分析,教师应将图5、图6两实验比较演示,以此引导学生从现象中分析问题的本质,强化认知感受,帮助学生在真实情境的体验中拓宽视野、探究新知．

同时,该例所反映的评价结果,也可以成为教师观察和了解学生在完成实际任务时的表现来评价学生已经取得的发展成就,并设计和开展更加全面、合理的表现性任务．比如设计如表5所示的表现性任务和表现性评价．

表5 探究感应电流的产生条件表现性任务与评价

可见,学生在学校所“获得”的很多学科知识或技能,之所以无法迁移到现实生活中去,关键就在于学校学习活动所依存的情境被过于人为地简化和抽象化,缺少了和现实生活的连接．

因此,教师应认识到开放性的真实情境在评价核心素养中的重要价值和作用,创新试题情境设计,注重考查信息处理能力和应用能力．同时,教师也需要关注过程评价和评价反馈,优化评价方案．这样做,不仅能够评价学生行为表现的结果,还能评价行为表现的过程,更能够从结果中进一步完善过程,从而构建一个促进学生核心素养发展的评价、反馈、反思、改进和提升的持续性过程．

综上所述,在物理教学中,教师应发挥其教育智慧,注重以学为中心,以知识为载体,以活动为路径,以考评为保障,积极构建知识、活动、考评协同发展的教学共同体,帮助学生通过学科学习逐步形成正确价值观念、必备品格和关键能力,促使学科核心素养的落地,实现学生核心素养的培育目标．