核心素养渗透下的高中物理概念教学

王 磊

(江苏省常熟市中学,江苏 苏州 215500)

概念是人类在认识客观事物的过程中,抽象出的对客观事物的共同属性和本质特征的思维形式.物理概念则是在观察和实验的基础上,将物理现象的共同特征集中起来加以概括而形成,是物理事实、物理本质在人脑中的反映.它是物理学科的基础内容,是形成物理公式、原理、定律的前提.

物理概念教学指物理概念教与学的过程,教师在课堂上以优化的教学理念、教学方式和方法、教学策略来发挥教师在概念教学中的主导作用,学生作为概念教学的主体,充分发挥自身主观能动性,积极参与探索过程,充分理解物理概念的内涵与外延,实现知识的迁移[1].

1 高中物理概念教学中的几个误区

1.1 少引导式教学,多演绎式教学

物理概念作为高中物理学习的基础,是学习其它物理知识的前提.物理现象的认知和物理问题的解决首先要求学生对物理概念有一个较好的理解和运用.很多教师习惯运用演绎式教学法进行物理概念教学,他们先通过简单的推演告诉学生概念性的理解,然后通过解题的方式让学生巩固对概念的掌握,对于学生来讲,就是先有结论,再反推过程,违背物理概念的认知过程,迫使学生只会机械式死记硬背,不明白概念背后的物理意义.只有积极转变教学方式,更多地采用引导式教学,通过一些引导性的关键问题,激发学生协同思考,才能更好地帮助学生构建高中物理知识的框架和体系,最终将物理知识运用于生活实践.

1.2 少探究性实验,多视频和动画

物理概念是从物理现象中概括和抽象出来的规律,学生理解起来相对困难,为了让学生对概念的理解化抽象为具体,许多教师习惯用视频或动画代替必要的探究性实验,殊不知,实验探究相比视频和动画,更加具体、真实、科学,应让学生在实验探究的过程中锻炼思维.教师也应当包容探究过程中偶尔出现实验失败的情况,呵护课堂上学生提出的让教师“意外”的问题,并有针对性地分析和释惑.

1.3 少指向真实生活情境,多拘泥课本单一结论

物理概念具有抽象性、概括性和结论性,教师在教学过程中往往就概念讲概念,认为一节课只要围绕一个公式展开,达成学生会用公式或结论解题的目标,就算他们真正理解了这个概念,使概念教学变成单一的公式记忆和粗暴的模仿训练.然而物理来源于生活,又运用于生活,真实生活情境是物理概念形成的土壤,各个概念之间也存在着密切的逻辑关系,教师应关注概念形成的完整性,从具体的问题出发结合相关前概念进行教学,才能使学生更好地掌握物理概念的内涵和外延,培养他们的科学精神、科学态度和科学素养.

2 核心素养渗透下的高中物理概念教学途径

一个新的物理概念的形成一般会经历情境感知、思维加工、顺应生成、应用迁移从而达到内化这几个阶段,所以在实施概念教学时,应当以物理概念的形成过程为主线,逐步渗透对学生物理学科核心素养的培育,最后进行有效的教学评价.

2.1 优化概念引入,促进学生形成物理观念

“兴趣是最好的老师”,通过优化物理概念学习的引入部分,可以激发学生对概念学习的兴趣,点燃他们的学习热情,提升教学效率.比如:教师可以通过创设真实的生活情境,引出具体问题,从而发展学生的思维,让物理概念教学不再是枯燥乏味的公式推导、结论记忆;也可以利用学生的认知冲突,挖掘新旧概念间的联系,帮助学生进行思维加工,形成正确的物理观念;还可以从错误的前概念着手引出物理新概念的学习,这样可以直截了当地指出学生脑海中的错误认知、找出病因、对症下药,更具针对性地纠正学生错误的物理观念.

2.2 推动概念的形成,发展学生的科学思维

物理概念形成是一个过程,教师可通过具体的教学方法推动学生脑海中概念生成.比如:教师在进行教学时,通过问题驱动法,以问题链的方式引导学生思考,结合教学内容设计问题链,将复杂的问题拆分为一个个简单基础的小问题向学生提问,赋予学生更大的思考空间,更好地调动学生学习主动性,使学习内容由浅入深,循序渐进,也更加符合学生的认知规律;还可以通过建构模型,让概念学习化抽象为具体,同时在建模分析的过程中发展学生科学思维,培养学生科学推理和科学论证的能力.

2.3 把握概念间的联系,提升学生科学探究的能力

高中物理概念之间不是彼此独立的,而是有着密切的内在联系,教师应挖掘不同概念间的关系,在教学过程中实施迁移教学,帮助学生完善知识结构、理清知识脉络的同时,实现知识迁移.比如:教师可通过类比法进行概念讲评,在已学同类概念的基础上,顺利迁移到对新概念的理解,加速掌握新概念;还可以从实验教学的角度,让学生根据教师的演示实验自主设计分组探究实验,进一步总结和验证,提升学生科学探究的能力.

2.4 落实概念的应用,培养学生的科学态度与责任

高中物理课程注重与生产生活、现代社会及科技发展的联系,关注物理学的技术应用带来的社会问题,旨在培养学生的社会参与意识和社会责任感.因此,物理概念教学中应落实对概念的应用,在引导学生形成物理观念、提升科学思维和科学探究能力的同时,重视学生科学态度与责任的培养,促使学生把握科学的本质、树立严谨认真的科学态度.比如:教师在物理概念教学过程中可通过播放科普视频的方式,补充拓展所学物理概念在生活中的具体应用,让学生体会物理来源于生活,又运用于生活[2].

3 核心素养渗透下的高中物理概念教学实例

下面笔者以人教版高中物理选择性必修第一册第三章第一节《波的形成》为例,浅述如何进行核心素养渗透下的高中物理概念教学.

3.1 生活情境,引发思考,渗透物理观念

课堂引入:随着近来全国各地小型地震高发,让我们不得不更多地关注并研究地震,接着播放一段摄像头拍摄到的地震来临时某校教室的真实场景,学生通过观察发现,地震来临时桌椅、墙壁在晃动.

引发问题:为何地震来临时,物体会晃动?

教师引导:因为有地震波,为何地震波会使物体晃动?引导学生对“波”概念进行初步思考.日常生活中最常见的还有水波,通过水波,让学生在脑海中初现波形雏形.

小组探究:每组分发一根细软的长绳(如带操使用的彩带),利用长绳尝试形成绳波.通过抖动竖直方向绳子的上端,观察到下方绳上随之出现波形,自然而然过渡到对“波的形成”进行深入分析.

课堂开始,通过地震这一真实生活情境,引发学生对地震波地思考,激发学生对“波”相关概念的学习兴趣.利用日常生活中常见的水波引导学生对绳波形成进行尝试,逐步渗透“波”的观念.

3.2 建立模型,深入分析,发展科学思维

教师引导:绳端振动,下方绳子跟着晃动,由于物体运动状态的改变一定是受到力的作用,引出绳中张力概念.以自制教具展示放大后绳上质点的模型.(如图)

图1 绳上质点模型图

引发问题:要使模型上的小球(质点)形成波形,怎么做?

深入分析:只需使第一个小球振动,球与球之间会通过细线和小木棒产生相互作用,第一个带动第二个,第二个再带动第三个……以此类推,整体便出现弯曲的波形,总结出绳上质点振动特点:带动性、重复性、滞后性,后面质点在前面质点地带动下做受迫振动.通过观察单独标记的红色小球,得出波向前传播过程中,只把能量(如动能)传播出去,波上质点不随波迁移.

该部分通过建立放大的质点模型进行深入分析,既承接了上一章《机械振动》中“受迫振动”的概念,又为下一节《波的描述》地学习做铺垫,将不同物理概念有机统一,帮助学生进行更深层次的理解.过程中,通过建模分析的方法提升了学生科学推理与合理论证的能力,发展学生的科学思维,同时巩固了对于“能量”这一概念的理解.

3.3 类比实验,总结概括,体现科学探究

提出问题:绳子可以形成绳波,如果给大家一根弹簧,是否可以形成弹簧波?

教师引导:和绳波一样,只需使弹簧的一端先开始振动,就可以带动剩余部分跟着振动,一定也能形成波,那么弹簧端点应沿什么方向振动?

类比实验:学生通过一根软弹簧,改变其端点的振动方向(垂直弹簧自身长度方向和沿着弹簧自身长度方向),都能观察到弹簧上的其它部分跟着振动起来,形成了弹簧波.其中振动方向与波传播方向垂直形成的主要是横波,振动方向沿波传播方向形成的是纵波,知道横波的波峰与波谷、纵波的密部和疏部等概念.

该部分围绕主题“波的形成”开展探究活动,学生通过类比,根据绳波的形成过程,探究如何形成弹簧波.通过端点振动方向地改变,更好地区分横波和纵波的概念.而通过弹簧波形成过程,也能使学生充分理解“质点不随波迁移”这一概念.整个探究过程,使横波和纵波概念的学习更具生动性、科学性.

3.4 科普视频,补充拓展,落实科学责任与态度

解决问题:对生活中常见的横波和纵波进行分类,再回到课程引入部分关于地震波的设问,学生很容易想到一定是由于物体的振动产生了地震波,从而引发了地震.接着播放一段有关地震波的科普短视频,通过短视频,学生知道岩石颗粒的振动产生了地震波,其中包含横波和纵波,且纵波传播速度大于横波,传到地面时使地面物体做受迫振动,因而晃动.教师也可适当给学生普及一些人文背景知识,充分利用跨学科课程资源,帮助学生更好地理解和掌握地震波的概念[3].

概念总结:机械振动在介质中的传播形成机械波.

该部分作为新课内容的结束,回到课程开始提出的问题,前后呼应,使学生对波有关概念的理解更加完整.又通过科普视频补充拓展,激发学生的求知欲,对概念的理解也更加深刻,同时将物理教学指向科学社会,有利于培养学生良好的人生态度和科学责任.