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基于物理核心素养的课堂教学研究

时间:2018/1/3 14:32:50 点击:

  核心提示:基于物理核心素养的课堂教学研究 文/周敏烈一、物理核心素养物理核心素养是学生在接受物理教育过程中逐步形成的适应个人终身学习的社会发展需要的基础知识、关键能力、科学态度等方面的表现,是学生通过物理学习集...

 

         基于物理核心素养的课堂教学研究

             /周敏烈

一、物理核心素养

物理核心素养是学生在接受物理教育过程中逐步形成的适应个人终身学习的社会发展需要的基础知识、关键能力、科学态度等方面的表现,是学生通过物理学习集中体现的带有物理特征的品质,是学生科学素养的关键成分,主要由“物理观念与应用”、“科学思维与创新”、“实验探究与创新”、“科学态度与责任”等四个方面的要素构成。

1、物理观念与应用:从物理学视角形成的关于物质、运动与相互作用、能量等的基本认识,是物理概念和规律等在头脑中的提炼和升华。“物理观念”包括物质观念、运动观念、相互作用观念、能量观念及其应用等要素。

2、科学思维与创新:从物理学视角对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系的认识方式,是基于经验事实建构理想模型的抽象概括过程;是分析综合、推理论证等科学思维方法的内化;是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。“科学思维”主要包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等要素。

3、实验探究与创新:提出物理问题,形成猜想和假设,获取和处理信息,基于证据得出结论并做出解释,以及对实验探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力。“实验探究”主要包括问题、证据、解释、交流等要素。

4、科学态度与责任:在认识科学本质,理解科学·技术·社会·环境(STSE)的关系基础上逐渐形成的对科学和技术应有的正确态度以及责任感。“科学态度与责任”主要包括科学本质、科学态度、科学伦理、STSE等要素。

二、高中物理核心素养的具体化

高中物理核心素养的落实,必须再具体化,以便教师在课堂教学实践中具体操作。高中物理的核心素养划分为:物理核心概念、物理基本方法、物理主要思想和精神三大部份。

1、物理核心概念:

美国新一代科学教育标准明确提出了核心概念,并且确立了核心概念的四条标准:对于多学科来说,都是非常重要的,在某一学科中有关键性的作用;为理解和研究更为复杂的概念和解决问题提供重要工具;与学生的兴趣、生活经验相关,或者关系到社会和个人的需要利用科学或技术知识来理解的利害关系;在各个年级都可以进行不同水平的教与学,概念的深度和复杂度随着年级的增长也日益增长。

比如:高中物理中力、加速度、能量、功的概念是整个物理中的基本概念,贯穿于物理学科各个领域、各个年级,因此它显然是高中物理的核心概念。高一时学习力的一般概念,力的作用效果,力学中的三种力,到高二、高三进一步学习安培力、洛伦兹力、电场力,通过对各种力的学习,不断加深对力的理解。与此同时,力的概念的学习还会影响到物体的受力分析,判断力是否做功及能量转化,它的学习事关全局,具有基础性、全局性、统领性,居于高中物理教学的核心。

当然,物理核心概念不只局限于物理定义,它还应包括物理核心规律。物理概念要反映一类自然现象中的本质的、必然的联系,它是一类自然现象共同遵循的规律。例如:能量转化与守恒定律是自然界的普适规律,任何物理过程都必须遵循这一规律,它在物理学的各个分支、化学、生物等领域都具有统领作用,显然是自然学科的核心规律。

显然,高中物理两个基本核心概念是力、能量。

因为高中物理主要研究物质的运动及运动的规律,物体运动状态不需要力来维持,但物体运动状态的改变必有外力的作用,状态改变的快慢由力和物体的质量共同决定,这就是牛顿第二定律。力和运动贯穿于高中物理各个方面:力学、热学、电磁学、原子核物理。因此,牛顿第二定律不仅是经典力学核心规律,也是高中物理的核心。

能量转化与守恒不仅贯穿于整个高中物理,也贯穿于在整个自然界的各种运动变化之中,包括化学、生物学,是自然界的普适规律。

在高中物理教学中,要让学生深刻理解力与运动的关系,养成受力分析的习惯,同时要学会应用能量转化与守恒的思想去解决实际问题。

2、物理基本方法

物理学不只是一大堆定义、物理量、规律与公式组成的枯燥的知识。这些知识是无数的物理学家经过长期的探索总结得出来的认识成果,它是经过无数实验证明了的正确认识。同时,物理学家在长期的研究中形成了一些共同的、基本的研究方法,这些研究方法也是物理学家对人类认识自然的巨大贡献,人们遵循这些基本方法就能够在科学研究的道路上不断取得新的成果。例如,伽利略开辟的实验与数学推理相结合的研究方法,就是物理学的基本研究方法,人们沿用这一经典的研究方法取得了一个又一个的新的伟大的成果。分析与综合、抽象与具体、归纳与演绎、类比、理想模型法等思维方法,也是物理学的重要方法,教师在教学中要有意识地进行渗透,让学生在学习物理知识的过程中领会科学思维方法,学会应用这些方法去解决各种各样的实际问题。

3、物理主要思想、信念和精神

物理学家在研究自然现象的过程中,在研究结果还没有出来的时候,头脑中早已有了对一类物理问题的坚定的、整体的认识,或者早已在头脑中形成了一定的观念,甚至是信念,正是这种执着的信念支撑着物理学家们不畏艰难,克服重重困难,持续数年甚至数十年专注于一个问题,最终才得到正确的结论。例如:1820年丹麦物理学家奥斯特发现了电流产生磁场这一效应,英国物理学家法拉第坚持认为“电能生磁,磁也能生电”,于是坚持了十年左右的时间在1831年终于发现了电磁感应现象,发明了世界上第一台发电机,这一发现成为了19世纪人类最重要的自然发现,使人类进入了电气化时代,法拉第因此成为了19世纪最伟大的实验物理学家。法拉第能够坚持十年时间专注于一个实验,给他力量的是他头脑中的物理思想和信念:对称和平等的思想——电流可以产生磁场,那么磁场一定能够产生电流,因为电与磁是相互联系的,自然界的电与磁是对称的,也是平等的。

物理学除了一大堆物理知识、基本的物理方法和思想外,还包括物理精神。物理精神本质上就是求真、向善、尚美。

没有真就没有善和美。追求真理,真相,待人真诚,便是善,有真、有善本身就是美。

三、高中物理核心素养在课堂教学中的实施

1、物理教师认同核心素养

任何好的教育理念、教育思想,要落到实处,必须得到教师的认同。为什么要提出核心素养的概念?核心素养有哪些方面?学科核心素养的内涵是什么?这些东西必须深入到教师的头脑中,得到教师发自内心的认可、赞同。只有认识到位了,内化于心才可能外显于行,才会在实践中自觉地贯彻实施。

时代高速发展,人们不可能穷尽所有的知识、学问,就只能择其精要部分来学习,精要地部分就是学科的核心内容。时代对人发展提出了很多要求,学校教育不可能面面俱到,不能在人的各个方面平均使力,必须集中精力抓核心的素养培养。从某种角度讲,核心素养的提出是时代的必然选择。

2、精心遴选学科核心素养,把主要精力集中在核心素养的培养上

作为物理学科的核心素养,哪些概念、规律最重要?次重要?一般重要或者不重要?哪些方法是物理学科最重要的、重常用的?哪些思想位于物理学金字塔的塔尖?需要教师认真、反复、慎重地去比较、遴选,在哪些最核心的内容上、方法上、思想上集中精力下大力气去教学。

3、在学科教学中自觉渗透物理方法的教育

高中物理教材中蕴含了丰富的科学研究方法,但这些方法往往隐藏在物理知识中,这就需要我们的高中物理教师充分去挖掘,然后在知识的教学中主动地、有意识去渗透。例如:高中物理规律的得出最常用的方法就是实验归纳法,牛顿第二定律、楞次定律、光的折射定律等等,这些规律的得出往往有这几个步骤:实验、观察、分析、归纳得出一般结论。但是,从没有人对这种方法提出质疑。这就是科学方法教育的遗憾。我们知道,归纳法是基于少量物理现象总结得出的一般结论,结论是否可靠还需要大量实验的验证。我们的教材往往根据一个实验现象,就轻而易举地得出普遍结论,从科学上讲是极不严谨的。正确的做法是什么?从一个实验现象中得出结论后,教师还要有意识地至少列举出两三个同类现象,甚至更多的同类现象,有时还要从理论上给出解释。例如:楞次定律,教材只给出了一个实验,就得出了普遍规律,于是就把规律应用到各种情况中去。我在教学中,从教材实验总结出结论后,再举出两个例子,让学生分析是否能得出同样的结论,最后让学生思考为什么会有这个结论,用反证法证明如果不遵循楞次定律,电磁感应过程中能量就不守恒,就会导致永动机的出现。这个时候学生才真正上升到理论的高度来认识楞次定律的必然性。

辩证法告诉我们:同类事物具有共同性,但还有特殊性及个性,事物是共性和个性的统一体。物理规律揭示的就是一类自然现象的必然性,归纳法是从同类事物中的个别事物具有的属性推广到同类事物的全体,而同类事物虽然具有共同的特点但又各有特殊性,归纳法得出的结论有时并不适用于全体事物。这样不仅培养了学生的科学推理方法,更重要的是培养了学生的批判、质疑精神。而当今时代,批判性思维被称为高端思维,它是创新、创造所必须具有的思维。

4、注重物理实验教学,全方面培养学生的物理核心素养

物理学家对物理实验的重视程度是今天很多教师难以想象的。

诺贝尔物理学奖得主杨振宁教授虽然是一位理论物理学家,但他非常重视物理实验。他指出:理论无论发展到什么时候,无论如何抽象,其价值观念还是从实验中来。著名心理学家皮亚杰指出:一切知识起源于认识主体的实践活动。物理实验不仅能培养学生的动手能力,还能培养学生的精细化观察力,设计能力,克服困难的勇气,培养学生的恒心、毅力等非智力品质。

今天,受应试的影响,高中物理不重视实验,在黑板上讲实验,脱离实际,成天做题,机械重复,这些现象非常普遍。把生动的、丰富的、具体的物理搞得非常枯燥乏味。

5、讲好物理学家的故事,让物理生动起来,增强物理学习的趣味性、

今天的物理教材,普遍成为物理知识的载体,堆砌着一大堆的名词、概念、公式,缺乏趣味性。可是,这些名词、概念、公式的建立、发现凝聚着无数物理学家的智慧、心血,背后隐藏着大量的有趣的故事。在物理教学过程中,结合物理知识的教学,有意识地讲述物理学家的轶闻趣事,不仅可以让学生了解这些物理知识的来龙去脉,还能增强学生对物理学家的热爱、景仰,对物理学的喜爱。例如,在学习《原子核的裂变》时,找一找中央电视台科教频道的《大家》栏目,特别是介绍“两弹一星”的元勋的电视片,放给学生看,让他们了解中国的原子弹制造过程,了解物理学家们在那么艰苦的条件下如何克服困难,自主探索,为祖国的国防事业作出了如此重大的贡献,了解原子弹对提升中国的外交话语权所起到的无可替代的作用,从而增强民族自豪感和责任心,理解科学技术在国家现代化建设中的作用。这样的教学,比多做几道习题意义重大得多。

对物理规律的教学,还要尽可能介绍发现的过程,让学生了解人类的认识从错误到正确的艰难。例如,光的折射定律的建立经历了一千多年时间。公元前物理学家托勒密就研究了折射现象,还专门做了实验,他得出入射角与折射角成正比的结论;到了17世纪物理学家开普勒也研究了光的折射现象,但他没有得到正确的结论,也没有给出公式;数学家斯涅耳用数学公式推导出折射定律,但他没有发表研究成果;数学家迪卡尔整理斯涅耳的书稿,发现了斯涅耳的研究,并给出了今天的公式。迪卡尔虽然给出今天的公式,但是他的推导却是错误的,他认为折射时光沿介质表面的分速度不变,这样就会得出光进入介质后速度变大的错误结论。数学家费马用“最经济原理”从数学角度证明了光的反射、折射定律,物理学家惠更斯用波动理论严谨地证明了光的折射定律。19世纪,麦克斯韦建立了电磁场理论,推导出电磁波在真空的传播速度与光在真空中的传播速度相同,断言光也是电磁波。并给出了电磁波介质中传播的公式,到这时人们才对折射定律有了更加完整、科学的认识。

 

作者:周敏烈 来源:
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