从物理核心素养的培养观察习题讲评的有效性

林颋炜

(福建省南平市教育科学研究院，福建 南平 353000)

习题讲评课是课堂教学中的一种常态课,也是《物理课程标准》中课程目标所要求达成的评价方式．一节有效的习题讲评课可以使教师了解学生的学习过程,对学习阶段的结果是否达成核心素养的培养目标进行评价;通过习题讲评还可以帮助学生对知识再整理、再综合、再运用,完善学生的知识系统和思维系统,能够有效地促进知识向能力、素养的转化,从而促进学生物理核心素养的全面发展．所以习题讲评课关系到对学生核心素养的培养和评价,也是判断是否形成有效教学的评价标准之一.

笔者认为好的习题讲评课要从“物理观念”、“科学思维”、“科学探究”和“科学的态度与责任”4个方面达成对学生核心素养的培养和评价,有时甚至比上新课还难，要上好就更难．所以如何评价习题讲评课的有效性,笔者通过进校听习题讲评课的所见所闻,从落实学生物理核心素养培养的角度,谈谈怎样才能高效地上好习题讲评课.

1 从学生物理观念的建构观察讲评的有效性

《物理课程标准》要求:物理观念的形成和发展需要学生通过物理概念、物理规律等系统的反思和迁移应用,使其学会用这些观念解释自然现象,解决生产生活中的实际问题．而学生的练习和教师的讲评是实现这一目标的重要途径.

笔者在进校听某位教师的“压强”习题讲评课时,教师在安排学生讲评如下练习.

图1

例1.小明的妈妈煮菜时需要蛋黄,妈妈将鸡蛋轻磕碗的边缘,蛋壳就裂了,蛋壳轻磕碗边缘较容易破裂的原因________;接着妈妈拿一个空矿泉水瓶对准蛋黄上方(如图1),挤压瓶子放手后,蛋黄自己“跑进”瓶内．请你用所学物理知识解释蛋黄自己“跑进”瓶子里的原因________.

这道习题是希望通过新情境帮助学生建构物理观念,了解学生能否用所学概念和规律及其相互关系,解释现象、解决实际问题．在课堂上教师安排学习小组自主讲评,小组反馈:小组的学生在课前就做了这个实验,观察了鸡蛋“易破”和蛋黄“跑进”瓶内的过程,讲评时小组长分工安排学困生在课堂讲评“鸡蛋易破”的原因．由于学生亲历和观察了实验过程,在情境中感知到“相互作用观念”, 学困生也能从物理学的视角解释鸡蛋“易破”的原因．但学生在讲评蛋黄自己“跑进”瓶子里的原因时,发生了有趣的一幕,学习小组之间对讲评答案产生了分歧.某小组一位成员说:挤压瓶子时,瓶内空气排出部分,造成外界的大气压大于瓶内气压,在外界大气压作用下,蛋黄“跑进”瓶子里．另一小组学生不同意这位学生的解释,他认为:是流体压强与流速的关系,挤压空矿泉水瓶时,瓶口处的空气流速快,压强小,碗上方空气流速慢,压强大,在压强差的作用下,蛋黄被压入瓶内．由于是真实情境中产生的认知冲突,教师不能课堂上重现生活中的操作,教师非常睿智的提出方案:如果先挤压瓶子后,再缓慢把瓶口对准蛋黄上方,要求瓶口覆盖在蛋黄上.这样可以减少挤压和松手瓶子时造成瞬间空气流动变快,请学生们回去重做实验,下节课来解释蛋黄自己“跑进”瓶子里的原因．课后教师了解到,学生回答蛋黄“跑进”瓶子里与空气流速变化有关的原因是:迅速挤压空矿泉水瓶,感觉到气流从瓶口冲出,因此认为瓶口处空气流速快,压强小,碗周围空气流速慢,压强大,在压强差的作用下,蛋黄压入瓶子里;而且学生还受到教师在做如图2所示漏斗吹乒乓球实验的影响,往管口不断吹气,乒乓球会被吸在漏斗口．但教师在课上提出的方案,帮助他减少了挤压矿泉水瓶瞬间空气流速的变化,在回家重新实验时,学生观察到蛋黄自己“跑进”瓶子里．在评课时,许多教师感到这节习题讲评课的亮点,教师所选的习题和习题的讲评方式很好地帮助学生在实际生活情境中建构物理观念．同时有针对性的师生互动,暴露平时学习中存在认知冲突,更好促进阶段所学物理概念、物理规律的迁移和内化.

图2

笔者在听习题讲评课时,对教师在帮助学生建构物理观念的有效性上,观察重点放在习题的“素材”和学生的“自主建构”两个视角．一是从习题所需要的素材来看,必须有合适的、能有效形成物理基本观念的典型物理情境．如果通过习题来培养学生的物理观念的素材缺乏自然和生活中具体的情境,就会造成学生最终获得的知识具有很强的记忆性色彩,在将来接触到多变的真实情境时,常常不能有效迁移、灵活应用;二是从物理观念形成的“自主建构”过程来看,习题讲评时必须以学生为主体,多给学生“自主建构”的时间.通过调动学生思维的积极性,使学生在积极主动的探究活动中,自主把有内在联系的知识进行系统分类、归纳,将单一的知识点形成知识链,使学生在整体上能形成比较完整的知识观念体系,并通过在具体情境中的迁移应用,形成把情境与知识相关联的意识和能力,促进学生物理观念的形成和发展.

2 从学生科学思维的培养观察讲评的有效性

科学思维是促进学生核心素养提升的关键.目前物理教学重视学生科学思维的培养,其中“能基于事实证据和科学推理对不同观点和结论提出质疑、批判,进而提出创造性见解的能力与品质”是在新课教学中较难实现的高阶“科学思维”培养的要素,而利用习题讲评课是实现这一高阶科学思维要素培养落地的重要途径.

在某次听课中,正好遇到教师上习题讲评课,在听教师讲评如下习题.

例2.为了探究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关,设计了如图3(甲)的装置,他将两段阻值不同的电阻丝(R1

图3

(1) 在甲实验中通过________导体产生的热量多少是通过观察气球来体现的,这种用能直接观测的量来显示不容易直接观测的量的方法叫“转换法”.

(2) 甲装置还可探究电流做功与______有关.

(3) 教材上的实验装置如图3(乙)所示(烧瓶与甲图中的相同)．比较甲、乙两种不同的实验装置,你认为较好的装置是______,理由是______.

习题注重向学生展示实验的“创新性”,而且在(3)问中设计成开放性,没有固定答案,可以较好地培养和评价学生的思维发散性．教师在练习(1)问的讲评时,结合示例引导学生对初中物理学习中涉及运用“转换法”的实验进行归纳,较好培养学生应用科学方法处理物理问题的科学思维习惯．练习中(3)问设置成开放性问题,在练习的批阅时,教师发现大部分学生回答较好的装置是“甲装置”．因为甲实验装置是创新实验,回答选择甲装置的理由是:气体的热胀冷缩效果比液体更明显,趣味性强;实验现象观察更直观,避免课堂中离实验装置较远的学生观察不到温度计的示数变化;实验过程所需时间更短等答案．能回答出甲装置较好的学生,说明学生初步具有从新实验情境中提取关键信息,通过科学推理对观点进行论证和解释的能力．在课堂讲评时,有部分学生质疑“乙装置”是教材中的实验装置,应该也是好的实验装置,然而学生并不能说出这一装置好的理由．此时教师很好地利用学生产生的质疑,引导学生观察教材中设计的表1.从表格中呈现出使用温度计和秒表能准确地测出煤油的温度随时间变化的事实证据,引导学生思考两个问题:一是温度计和气球哪个显示热量随温度变化时的精度高?二是具体数值的记录和观察气球的膨胀哪个认知更符合学生们对相关问题进行推理、找出规律的解决问题习惯?学生在互动讨论后发表自己对乙装置的见解,归纳出“乙装置”也可以说是好装置的理由:使用温度计能较准确地测出煤油的温度变化的数值,便于定量研究;乙装置温度变化比气球膨胀更容易推理出结论等．原因是学生在初中阶段学习中更习惯通过具体数值比较来总结规律．而且从实验的情境表征看,温度变化比气球膨胀更容易迁移、推理出热量变化,得出实验结论．通过讲评课堂的观察,教师选择这道习题和习题的讲评方式,在科学思维的培养上帮助学生养成在分析和解决问题时能尝试运用科学方法,在问题情境中具有科学论证和科学推理的意识,在解决问题时初步具有表达创造性见解的能力和提出质疑的品质.

表1

在习题讲评课上要评价教师对学生科学思维培养的有效性.课堂观察时应关注是否能通过习题讲评把学生的思维推向更高的层次．其中培养学生运用科学方法解决问题的能力;培养基于事实证据、科学推理,进而提出创造性见解的能力等高阶思维.教师利用习题讲评达成对学生高阶思维的培养效果优于新课教学．教师在习题讲评时,应避免过多地关注知识的传承和学生低阶思维的培养而忽略了学生高阶思维的培养．在习题讲评课培养学生高阶思维时,教师应充分发挥主导作用, 对学生习题中出现的思维受阻现象,一定要给予确切的剖析和引导,围绕思维的培养目标, 精心设问、引导学生不断地发现问题、分析解决问题, 推动科学思维的培养向纵深层次发展.

3 从学生科学探究能力的培养观察讲评的有效性

笔者在听习题讲评课时,发现许多教师较少把对学生科学探究能力的培养落实到习题讲评课上．纸面的习题训练更多是从静态方面了解学生的科学探究能力,通过对实验探究构成要素的练习,来评价学生科学探究能力的发展水平及特点．但如何在习题讲评课上渗透对学生科学探究能力的培养却是摆在教师面前的一道难题．下面这位教师在讲评练习题采用的创新讲评方式,可以给我们在习题课上培养学生的“科学探究”能力提供较好的范例.

图4

例3.重为8 N的物体挂在弹簧测力计下面,浸没到如图4所示圆柱形容器的水中,此时弹簧测力计的示数为6 N,已知容器底面积为100 cm2．求:

(1) 物体受到的浮力;

(2) 物体的密度;

(3) 物体浸没水中后,容器对水平桌面增大的压强.

图5

表2

在习题讲评过程中,把对学生科学探究能力的静态评价转换为对学生科学探究能力的培养,是观察习题讲评课有效性的一个创新点．将实验引入习题课堂教学,能很好激发学生学习的趣味性,提高学生的参与性．以习题为载体,通过实验辅助习题讲评的方式,可以将学生的科学思维培养和科学探究能力的培养有机地结合起来．这种讲评的方式通过帮助学生建立更为具体、清晰的物理情境和丰富的物理表象,降低思维难度的同时激发学生科学探究的欲望,从而实现对学生搜集和处理信息、分析和解决问题、交流与合作等科学探究能力的培养.

4 从学生科学态度与责任的培养观察讲评的有效性

过去教师在编制习题时,注重对所教学生的认知、应用能力水平进行评价,同时训练学生分析和解决物理问题的能力．习题讲评时侧重纠正学生失误,巩固知识,发展学生的物理思维,但在讲评课上较少涉及对学生科学态度与责任的培养．在新的中、高考的评价体系中关注“立德树人”的学科德育功能,所以教师在习题讲评时渗透对学生严谨认真、实事求是的科学态度,以及遵守道德规范,保护环境并推动可持续发展的责任感教育正成为评价习题课有效性的一个观察点．下面就某次听课,教师在讲评习题时渗透对学生科学态度与责任培养的有效性谈谈个人的看法.

例4.小明和小宇两位同学在探究“电流与电阻的关系”实验中,所用器材有:学生电源、电流表、电压表、标有“20 Ω 2 A”的滑动变阻器R′、开关,导线和定值电阻R若干,电路连接如6图所示.

(1) 他们探究电流与电阻的关系,先将电源电压调为6 V,分别换上多个定值电阻进行探究,数据记录如表3所示,老师指出其中一组数据是拼凑的,你认为是第________组(选填实验序号),理由是________________________.

图6

表3 电流与电阻关系

(2) 排除拼凑的数据后,分析数据可以得到的结论是:在________一定时,通过导体的电流与导体的电阻成反比.

(3) 在不更换滑动变阻器的情况下,可以采取________的措施(选填字母符号),完成这组拼凑数据所对应的实验测量.

(A) 降低定值电阻两端电压.

(B) 降低电源电压.

(C) 选用更大阻值的定值电阻.

教师布置这道习题从物理学科的核心素养培养目标看,是希望学生在获取科学知识和实验技能的同时,培养学生科学的态度与责任,教育学生在实验过程中要养成严谨科学态度和实事求是的科学精神．所以在科学态度与责任培养的有效性评价上,应观察教师是否注重学生的“体验”和“感悟”,这样才能体现出素养的“习得性”．讲评时教师利用实验器材,连接好电路后请学生小组在讲台上验证表中的数据,学生在实验时发现串联上25 Ω的电阻时,无论如何调整滑动变阻器,电流表电流都达不到0.12 A,就在学生感到困惑时,教师提出两个问题:探究电流与电阻关系,从前面几组数据分析看,你发现什么物理量保持不变?大小为多少?为了保持3 V的电压不变,“20 Ω 2 A”的滑动变阻器串联在电路中的作用什么?学生讨论、分析由于串联分压原理,变阻器接入电路的电阻与定值电阻的阻值要相同,所以串联上25 Ω的电阻,变阻器的最大阻值也应为25 Ω,而实验提供的是“20 Ω 2 A”的滑动变阻器．变阻器的最大阻值太小,第4组的数据是拼凑的．学生通过实验的体验和问题引导下的感悟,知道在实验时不能臆造和拼凑实验中的任何数据,应该具有尊重实验事实的态度,必须实事求是得出符合实际的科学数据和结论．设置(3)问,学生采取措施解决“拼凑”数据的问题,很好帮助学生形成解决问题的科学责任,有助于学生对科学内容的学习．教师在习题讲评适时对学生进行的科学态度教育不能是“灌输”和“说教”式的,应是在严谨求实的潜移默化过程中培养学生科学态度与责任．在现行的育人教育和评价中,出现了较多与“科学·技术·社会·环境关系”联系的练习.这些习题的讲评在培养学生科学态度与责任方面能起到积极的导向作用.

习题训练是巩固知识、形成技能技巧、发展记忆力和思考力的重要手段,可以较好地落实对学生物理核心素养的评价．同时通过有效的练习讲评课,渗透对学生物理核心素养的培养,帮助学生将所学知识和技能内化为应对问题解决的物理观念和科学思维.在讲评时创新讲评方式,让科学探究和科学态度与责任融入习题讲评中,对全面发展学生物理核心素养有很好促进作用.