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陶昌宏:理解核心素养目标 掌握物理概念体系

  来源:北京教师   作者:陶昌宏   阅读  时间:2018-12-03  k币:0  收藏

笔者根据多年以来对课堂教学的实践探索, 结合对新一轮课程改革的理解,将核心素养理念下的课堂教学从理论层面到操作层面做相关阐述,以期帮助广大青年教师理清思路、树立信心、实践探索、奋力前行。

理解核心素养课程目标,

树立正确课程观

物理学科核心素养包括物理观念、科学思维、科学探究和科学态度与责任。

1.物理观念

物理观念主要包括物质观念、运动与相互作用观念、能量观念等要素。物理观念是通过对具体的实物、具体的运动形式、具体的相互作用和具体的能量形成清晰的感知和正确的表象,再经过概括和抽象、实践和体验而逐步形成的。具体到教学中, 要经历从具体到抽象、从简单到复杂、从感性到理性的过程。例如,建立力的概念,就要从具体的人推桌子、脚踢球、马拉车的具体实例开始。

2.科学思维

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。

十七世纪,伽利略、牛顿开创了近代物理学的新篇章,他们采用的实验(事实)+逻辑推理的方法,奠定了科学探究的坚实基础,发展了科学思维的逻辑体系,达成了提供证据的思想共识,并成为人类思想史上最伟大的成就之一。教师在教学中要使学生逐步感悟、理解和掌握物理学研究方法。坚定逻辑推理的前题,按照科学理论中的因果关系,尊重逻辑推理的结果。在进行科学论证的过程中,要强化基于事实证据的科学推理,要敢于对不同观点和结论提出质疑。例如,教师在阐述观点时,要有接受学生质疑的胸襟,要鼓励学生敢于提出自己的见解和主张,要给每一名学生插上想象的翅膀。

3.科学探究

科学探究主要包括问题、证据、解释、交流等要素,这几个要素之间是有机联系的。

① 科学探究中的“问题”

爱因斯坦曾说:“提出一个问题往往比解决一个问题更有意义。”探究活动中首要的是形成探究问题,而问题的形成可有不同的方法。我认为,为学生创设合理的问题情景,通过对问题情景的观察、思考,加之“道而弗牵”的启发,引导学生提出有价值的问题,逐步使学生养成提出问题的意识,这应该是教师努力实践的形成探究问题的方式,也正符合课程标准中提出的对科学探究的界定——基于观察和实验提出物理问题。例如,课上,教师演示一根手指断钢丝的实验,引发学生兴趣和思考:小力变大力,是如何实现的呢?实验装置中两块木板的角度比较大,一个力产生两个效果,原理是什么?进而提出研究一个力与两个分力关系的课题。

② 科学探究中的“证据”

科学探究中的“证据”必须是客观真实的,经得住检验的,并且要与假设相关。例如,在探究单摆的振动周期与摆长的关系中,通过改变摆长,测出相应的周期,通过多次测量,进行数据处理得到周期的平方与摆长成正比的结论。实验也是为了获取证据,实验结果就是一种客观证据。

在科学精神中不可或缺的是实证精神。如果具有实证精神和证据意识,物理学系的过程会变得有趣,学习生活会更充实,学习效果会更好。因为有了实证精神,有了证据意识的时候,就会去追寻,去探究,探究的效果自然会好。


教学中“证据“可以通过实验获得,可以从自然界中的客观事实得到,也可以从现实生活、生产、科学技术中得到。例如:可以通过观察雨后彩虹,了解光的折射这个客观事实;行驶中的汽车突然刹车,人会向前倾倒,可为惯性概念提供事实证据;阳光下人会留下影子,可为光在空气中沿直线传播提供事实证据;飞机连续投下炮弹后,炮弹在空中排布在一条竖直方向的直线上,可为说明做平抛运动的物体水平方向作的是匀速直线运动提供事实证据。

③ 科学探究中的“解释”

科学探究中的“解释”不同于日常生活中的解释。日常生活中的“解释”,往往是为了消除人们之间由于某种原因产生的误解。科学探究中的“解释”是建立在观察、实验基础上,用实验得到的结论对之前所做的假设做出分析和说明。在“解释”的过程中,要根据已有知识,进行逻辑推理。

④ 科学探究中的“交流” 

交流是探究活动中的一项内容。探究活动中同伴之间要进行沟通和交流,这是做好探究的重要基础。交流中要能够清晰地表达探究结果,能够对探究过程做出客观的分析和评价,要具有分享成果的意识,有愿意接受他人质疑的心理状态。展示与交流,可以培养学生的合作意识与合作能力,培养学生的表达能力,使学生获得成功的体验。科学探究中的交流,是在独立思考、探索的实践基础上进行的自由的表达。

4.科学态度与责任

一名诺贝尔奖获得者说道:“推动科学进步的不是天才,而是兴趣,是对世界的好奇心!”教师不仅要让学生学习科学知识、掌握科学方法、提高科学思维能力,还要在这个过程中激发学生的好奇心、求知欲和探索自然的内在动力,培养实事求是的科学态度,形成正确的价值观。要让学生觉得物理就在身边,不仅有用,而且有趣。而科技工作者在建构科学概念、创建科学方法、揭示自然规律、进行科学实践的过程中体现出的那种执著的精神,那种追求真、善、美的情操和境界,都应该成为学生学习的内容。

掌握物理概念体系,

建立物理观

我认为,专业素养应包括专业情怀、专业知识和专业能力。就专业知识层面而言,教师应掌握物理学基础知识、物理学基本方法,形成大概念体系,建立物理观,进而从物理观的角度,去审视每一个具体的物理知识,去教授每一个具体的物理知识。

物理观,即建构物理学知识结构、物理学方法体系、物理学观点体系、物理学思想方法体系, 并将上述知识、方法、观点、思想方法形成有机整体。

1.物理学

物理学从组元上划分,包括物理现象、物理概念、物理实验、物理规律、物理学理论。就中学物理课程涉及的内容来看,上述各部分包括如下的具体内容:

物理现象,包括:落体运动、反冲现象、摩擦生热、钻木取火;扩散现象、蒸发、沸腾、液化、气化、升华、凝固、云、雨、雾、露、霜,虹吸现象,毛细现象;声音的传播、回声、燥音;光的反射、光的折射、光的色散、光的散射、光的干涉、光的衍射;光电效应现象、霍尔效应、偏振现象、康普顿散射;静电感应现象、电磁感应现象,摩擦起电、电流的热效应,电流的磁效应,等等。

物理概念,包括:机械运动、参考系、质点、位移、速度、加速度,质量、长度、时间、密度、压强, 重力、弹力、摩擦力、劲度系数、动摩擦因数,分力、合力、力的合成、力的分解,动能、势能、机械能,分子力、温度、内能、热力学温度,万有引力定律常量、静电力常数、介电常数,电场强度、电势、电势差、等势面、电场线,电流、电压、电阻、电动势、电功、电功率,电容、电感、电感系数、电阻率, 磁感应强度、磁感线、磁通量、安培力、洛伦兹力,角速度、周期、频率、波长、波速、横波、纵波、波的叠加,光线、折射率,原子、电子、原子核、质子、中子、光子、半衰期、核裂变、核聚变,等等。

物理实验,包括:小孔成象、理想斜面实验、比萨斜塔实验,布朗运动实验、杨氏双缝实验、α粒子散射实验、库仑扭称实验、威尔逊云室实验、柏松亮斑实验、卡文迪许实验、热功当量实验、密立根油滴实验,等这些近代物理中非常著名的实验。中学物理课程中有探究性实验、验证性实验、测量性实验、练习性实验、应用性实验等。



物理规律,包括:牛顿第一定律、第二定律、第三定律,开普勒第一定律、第二定律、第三定律,万有引力定律,阿基米德定律,机械能守恒定律,能量转化与守恒定律,动量守恒定律,电荷守恒定律,库仑定律,部分电路欧姆定律、闭合电路欧姆定律,焦尔定律,电阻定律,法拉第电磁感应定律,楞次定律,光的反射定律、光的折射定律, 玻意尔定律、查里定律、盖吕萨克定律,热力学第一定律、热力学第二定律,爱因斯坦质能方程,等等。

由物理概念、物理规律构成的有机整体统称为物理学理论。近代物理学的发展经历了物理现象物理概念物理实验物理规律物理学理论物理学应用的过程。教师要对上述发展过程有一个整体性认识。

物理概念是物理学的基石,物理概念的教学具有举足轻重的意义。物理概念的教学应尽量从现象入手,要给学生自主建构概念的时间,既需要理解概念的物理意义,又需要掌握概念的定义。例如,加速度的物理意义是描述质点速度变化快慢;定义是速度的变化量与所用时间之比。


2.物理学思想方法体系

物理学发展的过程中,建立了卓越的方法体系、观点体系、物理学思想方法体系。

物理学方法有:观察的方法、实验的方法、归纳的方法、演绎的方法、理想化方法、模型的方法、实验(事实)+逻辑推理的方法、等效的方法、类比的方法、极限的方法、假说的方法、宏观规律微观解释的方法等。这些方法具有普适的意义,是人类思想史上宝贵的财富。感悟、体会和掌握物理学方法,是提高学习能力,提高探究能力、提高研究能力的重要基础。

物理学观点有:物质的观点、运动的观点、相互作用观点、能量的观点、力和运动关系的观点、做功和能量变化关系的观点、守恒的观点等。这些观点贯穿整个中学物理课程的始终,是解释自然现象、解决问题的出发点和基础。

物理学思想方法有:转换的思想,替代的思想,放大的方法,对称的方法,假说与验证的方法,图像表达物理概念、物理规律的方法,复杂问题简单化、实际问题理想化的方法,抽象问题形象化、理论问题具体化的方法,等等。物理学思想方法有助于提高学生的思维方式,为问题的解决寻找到新的路径奠定课基石。

物理学知识、物理学方法、物理学观点、物理学思想方法、物理学应用,在头脑中完成一个整体性认识和建构,即形成物理观。建立起物理观,具体的物理知识就不再是一个孤立的知识点,而是物理学知识结构中的一分子。这个知识的建立过程会显示物理学的研究方法,使教学设计变得从容、有序、有张、有驰。

例如,高一物理课讲授“速度”概念时,若头脑中建立了物理观,在备课时,头脑中就会出现一些背景:运动快慢是一种客观存在的自然现象,描述运动快慢是社会生活、生产的需要;从时、空的角度去观察、比较运动的快慢;从时、空的角度采用比值定义的方法定义速度概念;对于瞬时速度体现极限的方法;速度是个状态量,它科学地描述了物体运动的快慢;速度的测量既有传统的方法,也有现代的方法;速度是建立加速度概念的前提,因此,是形成力和运动观点的基础;速度概念丰富了体育运动,使体育比赛有了共同的标准;速度概念使摩托车、汽车、船舶、高铁、飞机等制造业有了技术指标;有了速度概念,才有了速度表, 使人类自身安全得到进一步保障。

再如,高二物理帮助学生建立电容的概念时,若头脑中建立了物理观,就会从实验中得到电容器两板间的电势差与带电量成正比的结论,在这个状态下做比值,即带电量与电势差之比,分析比值的含义:不同电容器比值不同,同一电容器比值是个常数,分析此常数大小的意义,从而引出电容的定义。在这个过程中,让学生体会比值定义物理量的方法,了解知识的形成过程。

陶昌宏    北京教育科研究院基础教育教学研究中心 

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