蔣天林

·教材與教法·

基于學(xué)生物理核心素養(yǎng)提升的教學(xué)實(shí)踐
——以“行星的運(yùn)動”一課為例

蔣天林

（江蘇省南京市六合高級中學(xué)，江蘇南京 211500）

“行星的運(yùn)動”的教學(xué)不僅是傳授知識、技能，更重要的是通過問題的設(shè)計引導(dǎo)學(xué)生自主、合作、探究學(xué)習(xí)，讓學(xué)生重溫行星運(yùn)動規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過程，領(lǐng)悟蘊(yùn)含在科學(xué)探究過程中的物理思想與方法，體驗科學(xué)探究的歷程，繼承、發(fā)展、運(yùn)用物理學(xué)的思想和方法去發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，以及實(shí)事求是、尊重客觀事實(shí)、敢于堅持真理和勇于探究的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神，提升學(xué)生的物理核心素養(yǎng)．

物理核心素養(yǎng)；高中物理教學(xué)；物理思想和方法

作為一名中學(xué)物理教師，我們常常反思這樣一個問題：中學(xué)物理教學(xué)的價值何在？德國著名物理學(xué)家、諾貝爾獎獲得者馮·勞厄就曾說過：教育給予人們的無非是當(dāng)一切已學(xué)過的東西都忘記后所剩下來的東西．那么物理教學(xué)希望學(xué)生忘記已學(xué)過的東西后最后剩下的是什么呢？物理學(xué)研究的結(jié)論可能被學(xué)生忘記，但物理學(xué)研究的思想和方法、研究的態(tài)度一定能夠長久地支持學(xué)生的學(xué)習(xí)、生活和工作．這些被學(xué)生終身保持的，能夠成為他們行為習(xí)慣的就是物理核心素養(yǎng)，提升學(xué)生的物理學(xué)核心素養(yǎng)才是中學(xué)物理教學(xué)的價值所在．

1 學(xué)生物理核心素養(yǎng)的內(nèi)涵

學(xué)生的物理核心素養(yǎng)是指學(xué)生在接受物理教育過程中逐步形成的適應(yīng)個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力，是學(xué)生通過物理學(xué)習(xí)內(nèi)化的帶有物理學(xué)科特性的品質(zhì)．學(xué)生物理核心素養(yǎng)的關(guān)鍵成分，主要由“物理觀念與應(yīng)用”、“科學(xué)思維與創(chuàng)新”、“科學(xué)探究與思維”、“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”等4個方面的要素構(gòu)成．

“物理觀念與應(yīng)用”是指對物理學(xué)科發(fā)展中核心概念和規(guī)律的理解與應(yīng)用．即讓學(xué)生通過學(xué)習(xí)，能夠認(rèn)識和理解自身生活的客觀世界，認(rèn)識自然界的構(gòu)成、現(xiàn)象和規(guī)律，認(rèn)識物質(zhì)存在的多樣性、復(fù)雜性和統(tǒng)一性，形成科學(xué)的唯物主義世界觀．

“科學(xué)思維與創(chuàng)新”是指了解并掌握研究世界的基本思想和方法．即讓學(xué)生通過學(xué)習(xí)，能夠了解物理學(xué)研究問題運(yùn)用的思想和方法，并認(rèn)識到這些思想方法在解決問題中的價值．

“科學(xué)探究與思維”是指應(yīng)用所學(xué)知識、方法解決現(xiàn)實(shí)問題的意識和能力．即讓學(xué)生通過學(xué)習(xí)，不僅要能夠解析“模型化”的物理問題，更要有解釋生活中物理現(xiàn)象的意識，利用科學(xué)知識和方法解決學(xué)習(xí)、生活和工作中遇到問題的意識和能力．

“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”是指對科學(xué)研究的熱情和實(shí)事求是的態(tài)度．即讓學(xué)生通過學(xué)習(xí)，能夠領(lǐng)悟物理學(xué)研究過程中表現(xiàn)出來的尊重事實(shí)、實(shí)事求是的科學(xué)探究態(tài)度，能在學(xué)習(xí)、生活和工作中堅持做到實(shí)事求是．

如何在物理教學(xué)中傳授知識的同時，提升學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，是每一位物理教師值得深思的問題．筆者認(rèn)為改變教師的教學(xué)觀念、教學(xué)方法、加大創(chuàng)新教學(xué)的力度，是提升學(xué)生物理核心素養(yǎng)的有效途徑．在具體的物理教學(xué)中要關(guān)注以下4個方面：（1）經(jīng)歷學(xué)習(xí)過程，形成物理觀念；（2）重視實(shí)驗探究，培養(yǎng)科學(xué)思維；（3）學(xué)會合作交往，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度和責(zé)任；（4）關(guān)注實(shí)際問題，嘗試科學(xué)創(chuàng)新．

2 基于學(xué)生物理核心素養(yǎng)提升的教學(xué)案例

下面以人教版物理必修2教材第6章“萬有引力與航天”的第1節(jié)“行星的運(yùn)動”為例，談?wù)劰P者是如何基于學(xué)生物理核心素養(yǎng)的提升來實(shí)施課堂教學(xué)的．

2．1 教材內(nèi)容簡析

“行星的運(yùn)動”這一節(jié)介紹了托勒密的地心說、哥白尼的日心說、第谷的觀測和開普勒的行星運(yùn)動定律，形象、生動地體現(xiàn)了堅持真理、勇于創(chuàng)新和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度、科學(xué)精神和科學(xué)思維方法．其內(nèi)容對全章的教學(xué)起著引領(lǐng)性的作用，同時又為本章的重點(diǎn)內(nèi)容萬有引力定律的學(xué)習(xí)起一個鋪墊性的作用．

人教版高中物理教材對本節(jié)課的處理較為簡單，首先介紹了地心說與日心說爭論的焦點(diǎn)，開普勒在分析第谷觀察資料的基礎(chǔ)上并結(jié)合自己的觀察，否定了哥白尼的日心說，同時認(rèn)為宇宙的中心也不是太陽，地球也不是繞太陽做圓周運(yùn)動，并總結(jié)出開普勒三大定律；其次介紹了開普勒行星運(yùn)動定律建立的過程；最后介紹了開普勒行星運(yùn)動定律的內(nèi)容及其物理意義．筆者認(rèn)為該部分教材的處理存在以下不足：教材中直接給出了開普勒第三定律的內(nèi)容：所有行星的軌道的半長軸的3次方跟公轉(zhuǎn)周期的2次方的比值都相等，且比值對所有行星都相同．教材中并沒有利用觀察測量行星的數(shù)據(jù)，向?qū)W生清晰展示科學(xué)探究的過程．因而不能使學(xué)生領(lǐng)悟建立新理論的科學(xué)方法，不能很好培養(yǎng)學(xué)生的猜想、探究意識、科學(xué)精神和探究能力，不利于提升學(xué)生的物理核心素養(yǎng)．

2．2 教學(xué)設(shè)計思路

基于上面的分析，筆者設(shè)計本節(jié)課，突出“觀察實(shí)踐與理論探究”這一核心思想，讓學(xué)生了解科學(xué)探究的方法，即觀察現(xiàn)象→邏輯推理→實(shí)踐檢驗→不斷修正→形成理論……．通過“自主、合作、探究”的學(xué)習(xí)方式，以問題設(shè)計為主線，科學(xué)探究為方法，過程體驗為收獲，培養(yǎng)素養(yǎng)為目標(biāo)，重點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生探究開普勒行星運(yùn)動定律建立的過程，讓學(xué)生從中學(xué)會科學(xué)探究的思想和方法，使學(xué)生的物理核心素養(yǎng)在不知不覺中得到提升．

2．3 教學(xué)目標(biāo)定位（1）了解人類對行星運(yùn)動規(guī)律的認(rèn)識歷程；（2）了解觀察的方法在行星運(yùn)動規(guī)律中的作用；

（3）知道開普勒行星運(yùn)動定律，理解開普勒第三定律以及式中k的大小只與中心天體有關(guān)，與環(huán)繞天體無關(guān)；

（4）培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是、尊重客觀事實(shí)、敢于堅持真理和勇于探究的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神，提升學(xué)生的物理核心素養(yǎng)．

2．4 教學(xué)過程設(shè)計

（1）引入新課．

仰望星空，在浩瀚的宇宙中有無數(shù)大小不一、形態(tài)各異的天體，人們對行星運(yùn)動的探究過程是漫長復(fù)雜的，今天讓我們穿越時空，追尋歷史，一起去聆聽在這段探究過程中的一些故事．

（2）教學(xué)過程．

請同學(xué)們自主學(xué)習(xí)教材中“科學(xué)足跡”欄目中的內(nèi)容，并回答下列問題（PPT出示）．

問題1：“地心說”的基本觀點(diǎn)是什么？其代表人物是誰？

問題2：“日心說”的基本觀點(diǎn)是什么？其代表人物是誰？

問題3：“地心說”與“日心說”爭論的焦點(diǎn)是什么？哪種學(xué)說占統(tǒng)治地位的時間較長？

問題4：為什么“日心說”最終戰(zhàn)勝了“地心說”？

讓學(xué)生在小組內(nèi)交流學(xué)習(xí)成果，然后再請各小組的代表發(fā)言．在此基礎(chǔ)上，教師對此探究歷程幫助學(xué)生做一些簡單的梳理．

設(shè)計意圖：學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)、合作交流及教師的指導(dǎo)和幫助，學(xué)生對上面4個問題有了較為完美的答案．通過這4個問題的討論、交流，學(xué)生們加深理解了物理現(xiàn)象的本質(zhì)與內(nèi)在聯(lián)系．教學(xué)中以學(xué)生作為學(xué)習(xí)的主體，通過引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立地分析、探索、實(shí)踐、質(zhì)疑、創(chuàng)造等方法來實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)．通過自主、合作學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生自主地形成物理觀念，獲得獨(dú)立思考和學(xué)習(xí)的能力，更能促使學(xué)生掌握現(xiàn)代學(xué)習(xí)的途徑和方法，逐步養(yǎng)成學(xué)會學(xué)習(xí)、終身學(xué)習(xí)的素養(yǎng)．這也是回歸物理學(xué)習(xí)的本真，從而有效地提升學(xué)生的物理核心素養(yǎng)．

問題5：如何利用表1中太陽系中八大行星的部分?jǐn)?shù)據(jù)，探究行星的公轉(zhuǎn)周期T與半長軸a的關(guān)系是怎樣的？

表1 太陽系中八大行星的部分?jǐn)?shù)據(jù)

生：可以利用線性關(guān)系圖像尋找公轉(zhuǎn)周期T與半長軸a的關(guān)系．

問題6：筆者在Excel中作出太陽系中八大行星的T－a圖像、T－a2圖像，如圖1、圖2所示．請大家分析一下，根據(jù)這兩種圖像的變化趨勢，猜測可能的線性關(guān)系是怎樣的圖像？

圖1

圖2

生：根據(jù)這兩種圖像的變化趨勢，可以猜測出線性關(guān)系圖像可能在T－a、T－a2之間．

問題7：圖3所示的是太陽系中八大行星的T－a3／2圖像，由該圖你能得到什么結(jié)論？

圖3

問題8：開普勒行星運(yùn)動定律內(nèi)容是什么？

問題9：表2是太陽系中八大行星以及月球、地球同步衛(wèi)星的部分?jǐn)?shù)據(jù)，你們能從中能得出什么結(jié)論？

生：由表2中的數(shù)據(jù)可知，k值與環(huán)繞天體無關(guān)，與中心天體有關(guān)．

表2 太陽系中八大行星和月球、地球同步衛(wèi)星的部分?jǐn)?shù)據(jù)

設(shè)計意圖：通過太陽系中八大行星的部分?jǐn)?shù)據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生通過線性圖像去探究行星的公轉(zhuǎn)周期T與半長軸a的關(guān)系；然后通過八大行星和月球、地球同步衛(wèi)星的部分?jǐn)?shù)據(jù)，讓學(xué)生探究出“k”值與環(huán)繞天體無關(guān)，與中心天體有關(guān)．實(shí)驗探究使學(xué)生從“被動接收”到“自主建構(gòu)”．實(shí)驗探究需要教師充分挖掘教材中科學(xué)探究的內(nèi)容，精心設(shè)計探究實(shí)驗過程，努力使物理知識、原理、概念與學(xué)生的探究活動緊密聯(lián)系起來，讓學(xué)生知道物理公式、定律的建立來源于科學(xué)實(shí)驗與探究，這是一個艱辛的過程，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是、尊重客觀事實(shí)、敢于堅持真理和勇于探究的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神……教師在引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)物理知識的同時，應(yīng)該重視使學(xué)生形成科學(xué)的思維方法，使他們養(yǎng)成實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度．筆者認(rèn)為，讓學(xué)生理解科學(xué)的本質(zhì)，領(lǐng)悟科學(xué)家的物理思想和方法，這是提升學(xué)生物理核心素養(yǎng)的一種重要途徑．

問題10：哪位學(xué)生能對本節(jié)課所學(xué)的知識做個小結(jié)？

生：“地心說”與“日心說”爭論→開普勒行星運(yùn)動定律→簡化處理．

問題11：這節(jié)課除物理知識外，學(xué)生們還學(xué)到了什么？

生：我們體驗到了科學(xué)探究的歷程，追求真理的艱辛；嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度；科學(xué)探究的方法：觀察現(xiàn)象→邏輯推理→實(shí)踐檢驗→不斷修正→形成理論……

設(shè)計意圖：讓學(xué)生在探究、體驗、感受中獲得科學(xué)探究的態(tài)度與責(zé)任，有助于學(xué)生更好地適應(yīng)未來的社會生活，形成科學(xué)態(tài)度、社會責(zé)任心和核心價值觀，著力提升學(xué)生的物理 核心素養(yǎng)，為后面的物理學(xué)習(xí)奠定了堅定的基礎(chǔ)．總之，基于提升學(xué)生物理核心素養(yǎng)的教學(xué)是

體現(xiàn)物理教學(xué)價值的必由之路，我們物理教師應(yīng)該轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，以學(xué)生核心素養(yǎng)的提升為目標(biāo)，

改革教學(xué)的觀念、方法和過程，關(guān)注學(xué)生個體知識的建構(gòu)和應(yīng)用，創(chuàng)設(shè)有利于學(xué)生物理核心素養(yǎng)提升的學(xué)習(xí)情境，全面提升全體學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，進(jìn)而為學(xué)生今后的發(fā)展奠定堅實(shí)的基礎(chǔ)．

1 麥曦主．教學(xué)設(shè)計的理論和方法［M］．廣州：新世紀(jì)出版社，1996．

2 曹義才．基于核心素養(yǎng)導(dǎo)向的中學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)表現(xiàn)性評價［J］．物理教師，2016（7）：9－11．

2016－08－13）