物理学科核心素养视角下的深度学习——以“光的直线传播”的教学为例

翟 磊

(北京市朝阳区教育研究中心，北京 100021)

作为一线物理教师，如何围绕物理学科核心素养进行有效的课堂活动设计？如何在活动中有效提升学生物理学科核心素养？笔者以人教版8年级“光的直线传播”一课的教学为例，从物理学科核心素养的4个方面出发，谈谈我们的实践探索，为一线教师提供一些借鉴.

1 利用知识迁移，助力学生形成物理观念

以“光的直线传播”为例，从“物理观念”的角度来看，光的直线传播现象属于物理观念中运动与相互作用观念，是整个中学物理学习过程中波动现象的重要前置内容.而声波现象与光的直线传播现象属于同一“物理观念”并起到同等的作用.基于“物理观念”，可以将学生学习声的传播过程的方法迁移到光的直线传播的学习过程中，引导学生关注两者之间的内在联系.

在声现象的学习中，教师通常从固体、液体、气体3种介质出发，通过实验引导学生达成介质中能传声的共识，具体过程归纳如表1.并通过真空铃实验引发思考，进一步完善了介质能够传声，且传声需要介质的结论.在此基础上，讨论声音在这3种介质中传播的方式，引入声波与声速.学生在声现象中经历了完整的声的传播的探究过程，这是学生对于波动传播学习很好的知识基础和学习经验.

在“光的直线传播”一节中，通过对照声的传播的学习过程，引导学生思考光能否在固、液、气介质中传播，达成共识后，学生自然会通过迁移声音的传播条件的学习过程，提出操作性更强的实验方案，即探究光在固、液、气介质中是否沿直线传播，如表2.

表1 声的传播实验学习过程

表2 光的直线传播实验前置学习过程

学生还可以通过与真空铃实验建立联系，提出光能否在真空中传播，光传播是否需要介质等问题，并在解决这些问题的过程中，对于初中阶段接触到的两种波动现象进行区分和联系，如表3，为学生学习波动现象，理解机械波与电磁波的不同埋下伏笔.

表3 声与光传播的不同

综上所述，教师在设计学生活动时，不应只关注“物理知识”的传授，而应该从这部分知识对于学生“物理观念”的形成的作用出发，关注同一观念下知识间相互的联系，引导学生形成相关概念的知识迁移，引导学生建构完整的知识体系.

2 引导学生深入体验和理解物理模型的建立过程，深化科学思维

“科学思维”中的模型建构往往是初中物理教师们所忽略的.如何基于经验事实建构物理模型呢？以“光线”这一物理模型为例，通常我们在教学中都会问学生这样一个问题：“光线”是实际存在的吗？生活中和媒体里大量的不准确的生活用语使得学生错误地将所看到的光等同于“光线”，而教师课堂上的说明和介绍又无法引起学生认知的冲突，学生坚持认为他看到的就是一条条“光线”.我们不妨重新审视一下我们的教学过程，找出学生的症结所在.

为了引入“光线”这一模型，我们会让学生用图画来描绘出他在光的直线传播实验中看到的实验现象，如图1所示.然后引导学生关注光的传播方向，这样我们就得到了一条带箭头的直线——“光线”.而我们为了让学生将“光线”与光区分开，我们往往引导学生关注“光线”的箭头，引导学生关注实际的光是不存在箭头的.但显然这样的刺激是不足以让全部学生扭转他们的思维定式的，这也没有体现出我们建构“光线”的意义.

图1 光在水中的传播现象和图示

如何让学生建立“光线”模型，并理解模型法的物理意义呢？笔者认为教师需要引导学生关注模型与其代表的实际物体之间的联系和区别，真正的去理解建构模型的意义.在课上为了让学生了解什么是模型，我们可以利用生活中常见的模型与符号去引导学生形成迁移，比如我们可以问学生：图2中画的是什么？在学生形成“是太阳”的共识后，继续追问：这是真的太阳吗？学生会说不是；最后引发学生思考：那你为什么认为它能代表图3的太阳？由此让学生通过抽象的思维方式，体会建立反映客观事物本质特征的模型的过程.

图2 太阳的“模型”

图3 太阳

图4 风的“模型”

当然，我们还可以给学生更多的实例，例如图4中风的“模型”，让学生充分体会建构模型的意义，利用建构模型的过程提升学生的“科学思维”.

3 构建合理科学探究思路，助力学生学习进阶

“科学探究”是学生进行物理学习的重要方法，是学生建立“物理观念”、提升“科学思维”、养成“科学态度和责任”的重要途径.

以“光的直线传播”为例，本课的重点在于学生通过学习建立“光在同种均匀介质中沿直线传播”这一规律，通常是采用实验的方式来引导学生建立规律，实验过程整理如表4.

表4 传统课堂“光在同种均匀介质中沿直线传播”建立过程

表5 声的传播建立过程

上文提出，“光的直线传播”与“声音的传播”有着诸多联系，将表4与表5对比发现，学生在建立传播概念时，应当经历从能否传播到如何传播的进阶，所以笔者利用“科学探究”的思路，建立了表6中完整探究过程，引导学生经历完整的学习进阶过程.

表6 利用“科学探究”方法构建“光的传播”过程

图5 光的直线传播实例

图6 光的折射实验

图7 糖水实验

我们可以看出，合理的设置“科学探究”过程，可以为学生的学习进阶提供更多的平台和助力，并且在“实验探究”中每一个实验与举例(笔者在这里更加推崇利用实验)都是一次提升学生“科学思维”的机会.通过基于进阶的学习过程，使学生能够更好理解学科知识的本质与联系，形成更加完整和准确的“物理观念”.

4 追本溯源，学以致用，培养科学态度与责任

“科学态度与责任”与三维目标中“情感 态度 价值观”维度相似，更多的是一种潜移默化的精神层面的养成，也是“立德树人”教育本质的体现.教师在教学过程中，对于“科学态度与责任”的体现往往不明确，甚至不知道如何体现.笔者认为，“学以致用”是物理学科本质和态度的很好体现.

学生如果体会不到知识在实际生活中的应用价值，就很难激发学生探索知识、利用知识的内在动力.以“光的直线传播”为例，笔者受到“惯性”这一课的启发，想到一个问题——如果没有光，我们的生活是怎样的？并以此为基础设计了如下的活动引入新课：学生进入黑暗的实验室，体验没有光的生活；学生得到光源后，再次进入黑暗的实验室.学生通过两次实验的对比体会光在我们生活中的作用.从这个活动中学生即可以体会光源的必要性，也能够体会光的传播的重要性，同时还可以引发学生对于生活中失明人士的感同身受，培养学生关心他人的责任感.

物理学史也是很好的养成“科学态度与责任”的材料.以“光沿直线传播”为例，教师可以与上面提到的引课的活动结合，介绍光源的发展史，介绍光源发展中重要的科学贡献，如爱迪生与灯泡，或者介绍光源发展对人类生活的影响，如囊萤映雪的故事，激发学生关注科学与人类发展的责任感，激发学生科学学习的动力.再比如，教师可以引导学生阅读人类关于光的传播的研究的物理学史材料，比如光传播是否需要介质的争论、迈克尔逊-莫雷实验与以太，甚至光是波还是粒子的争论等等，为将来高中的物理学习激发兴趣，埋下伏笔.