基于学科核心素养的物理规律探究

张如作 葛娟

摘 要：物理学科核心素养是指学生通过物理学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力.本文以初中物理人教版教材“光的折射”教学实践为例，通过引发认知冲突构建物理观念、类比分析发展学生思维、对话讨论组织科学探究、应用物理知识走向生活四个方面引导学生对物理规律的探究与应用，从而促进学生深度学习，发展学科核心素养.

关键词：核心素养;物理规律;认知冲突

中图分类号：G633.7     文献标识码：B     文章编号：1008-4134（2021）24-0047-03

作者简介：张如作（1984-），男，荆州人，本科，中学一级教师，研究方向：中学物理教学;

葛娟（1985-），女，通海人，本科，中学一级教师，研究方向：教育教学.

学科核心素养是学科育人价值的集中体现，是学生通过学科学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力.物理核心素养主要包括物理观念、科学思维、科学探究和科学态度与责任四个方面.《义务教育物理课程标准（2011年版）》中明确指出，此阶段物理教学提倡方式多样化，不仅应注重科学知识的传授和技能的训练，而且应注重对学生兴趣、探究能力和创新意识以及科学态度、科学精神的培养，同时应注重与生产、生活实际及时代发展的联系.而物理规律是物理知识教学的核心内容，同时也是培养学生学科核心素养的重要载体，下面笔者以初中物理人教版教材第四章第4节“光的折射”教学实践为例，在物理规律探究中贯彻落实物理学科核心素养的教学目标.

1 引发认知冲突，构建物理观念

在教学中，当学生学习的新知识与前概念不一致时，教师通过引发学生的认知冲突，能够收获更好的学习效果.

1.1 游戏活动激发学习兴趣

课前，教师让每两位学生一起合作玩一个游戏，首先在一个不透明的塑料碗里放一枚硬币，一位同学坐着能看见碗中硬币，然后将视线慢慢远离碗内硬币，直到恰好看不到硬币为止，并保持原有姿势不动，另一位同学用漏斗在硬币正上方缓慢地向碗中注水，观察硬币再次出现的过程，然后两位同学交换位置重复实验.

为什么能再次看到硬币？学生学习光的直线传播，知道看不见硬币是因为碗壁挡住光的传播路径，当注水后观察到硬币再次出现，是因为水的缘故，具体是怎么发生的，学生暂不清楚.通过观察奇妙的现象激发学生求知欲望，为后面的探究奠定基础.

1.2 实验展示，建立认知平衡

实验：让一束光斜射向带刻度盘的容器内，然后逐渐加入水，让学生观察光束传播路径的变化.

通过图1、图2的实验演示，学生会发现，当

光从空气斜射入水或玻璃时，光不再沿直线传播，而是会发生偏折，教师进一步引出光的折射定义：光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生偏折.适时指出光沿直线传播是在同一种均匀介质中传播，而光的折射现象是由于介质不均匀或光在不同种介质间传播形成的.

2 类比分析，发展思维

在图2所示的实验中，有三条光线的呈现，教师引导学生，在两种透明介质界面上有入射光线、反射光线，还有一条是折射光线，那它们之间的位置有什么特点？学生根据前面所学知识，能很快回顾起反射定律，明白入射光线与反射光线之间的关系，教师可以进一步提出问题：在光的反射现象中，三线两角遵循一定规律，在折射现象中是否也存在类似规律？在表1中对比呈现出两种现象的关系特点，让学生大胆进行猜想.

3 对话讨论，科学探究

3.1 初步探知

在学生猜想的基础上，通过以上器材组织学生进行实验，教师一边演示一边引导学生观察思考.

师：当折射光线所在的刻度板向后折时，不能看见折射光线，说明什么？

生：说明折射光线、入射光线与法线在同一平面内.

师：入射光线、折射光线与法线有什么位置关系？

生：折射光線、入射光线分居在法线两侧.

教师在实验中不断改变入射角的大小，然后将入射角与折射角的数据记录在表2中.

师：通过对以上数据的定量分析，入射角与折射角有什么关系？

生：两角大小不相等.

生：两角大小不相等且折射角小于入射角.

生：折射角会随着入射角的增大而增大.

学生很容易理解折射现象中的三线共面和两线分居，也能发现两角不等，折射角小于入射角并且会随着入射角的增大而增大.但如果实验仅仅停留在这里，会无形中强化学生的错误认知：折射角都小于入射角，而没有注意到前提条件——光从空气斜射入水中或其他介质中.

3.2 进阶思考

师：在折射现象中，有没有可能出现折射角大于或等于入射角的情况？

学生们在小组内讨论后呈现出不同的答案，为解决大家的疑惑，教师让这束光以相同角度的入射角从水中斜射入空气中，记录数据见表3.

再次通过观察和分析，学生会发现，此时折射角大于入射角，与他们已有的认知发生冲突，迫使他们思考并找到原因——实验条件，产生这种现象的原因在于，前面一组实验是光从空气斜射入水中，后面一组实验是光从水中斜射入空气中.在学生发现的基础上，教师进一步提出疑问：在折射现象中，两角不等，入射角有时大有时小，有没有一个普遍规律？此时，再引导学生分析表2和表3，进一步归纳总结出，光在空气和另一种透明介质中传播时，在空气中的那个角较大，不论它是入射角还是折射角，并完善两种光现象特点的对比见表4.

教师在课堂上通过设置循序渐进的问题引导学生思考，教学过程既有深度，又符合初中学生的思维水平，也能为学生高中学习折射定律做好铺垫.

4 应用知识，走向生活

在课前的游戏中，向碗内注水后为什么能再次看见硬币？是由于光从水中斜射入空气中时，在水和空气的界面上发生偏折，而人眼始终认为光沿直线传播，所以在折射光线的反向延长线的交点上，看到硬币的虚像，比实际物体位置偏高，才会感觉硬币变浅.同时也对蜃景、水中筷子发生“折断”及初升的太阳等现象进行分析和解释，进一步巩固学生对折射规律的认识.

5 启示与反思

5.1 利用前概念构建新知识

新知识的建构必须来源于已有知识，教师需要关注学生在学习给定主题时随之带来的不完整理解、错误观念和对概念的天真解释，并依据这些已有概念帮助每个学生达到更成熟的理解.如果忽视学生的前概念，他们获得的理解可能一直处于低阶思维层级，或与教师预期的想法大相径庭.学生在学习光的折射前，因对光沿直线传播的片面认识和眼睛习惯沿直线看物体等原因，不容易理解折射现象中入射角与折射角的大小关系.如果教师忽视学生认知这一现象的过程，势必只会让他们停留在机械记忆的水平上，达不到深度学习的效果.

5.2 认知冲突激发学习兴趣

学生的学习动机最初产生于“学习困境”，在不同的学科情境下可能为“迷思概念”“戏剧冲突”或“两难困境”，这种不能解决、不能突破、不能澄清的状态就是所谓的“认知冲突”，它是一种强烈的心理矛盾状态，并引发探究冲动，不断寻求解决方案.认知冲突是物理前概念转变的基础，也是新概念教学的起点，教师在物理教学中可以设置问题情境，引发认知冲突，让学生不断发现并解决问题，在学生自我知识的构建中激发学习欲望.

5.3 重视科学探究的过程

物理等科学的学习要以促进学生对未知的探究为出发点，根据确定的主题，设计具体问题，在教师的引导下，通过学生的观察、动手操作、师生间的对话等方式重现知识发现的过程.在本文的学习设计中通过让学生经历感知、类比猜想、对比分析、实验探究等一系列的过程真正体会到知识的伟大魅力.

参考文献：

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（收稿日期：2021-07-14）