摘?要：物理知識是物理核心素養(yǎng)形成的載體，物理核心素養(yǎng)是物理學(xué)科育人價值的集中體現(xiàn)，科學(xué)思維是物理學(xué)科核心素養(yǎng)的核心內(nèi)容.前人認(rèn)知科學(xué)的過程就是知識形成的過程，學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的心理順序與前人探索科學(xué)的歷史順序基本一致.教師應(yīng)從知識的始點(diǎn)出發(fā)，按照知識形成的順序設(shè)計(jì)教學(xué)，在建構(gòu)知識過程中通過科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新、模型建構(gòu)等培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力.

關(guān)鍵詞：建構(gòu)知識;科學(xué)思維;物理核心素養(yǎng)

文章編號：1008-4134（2020）02-0048?中圖分類號：G633.7?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

作者簡介：王峰（1971-），男，山東濟(jì)寧人，本科，中學(xué)高級教師，研究方向：課堂教學(xué)與研究.

物理知識是物理核心素養(yǎng)形成的載體，物理核心素養(yǎng)是物理學(xué)科育人價值的集中體現(xiàn)，科學(xué)思維是物理學(xué)科核心素養(yǎng)的核心內(nèi)容.學(xué)生的科學(xué)思維能力需要從建構(gòu)知識過程中培養(yǎng)，所以，教師在設(shè)計(jì)教學(xué)時不應(yīng)單純地注重知識傳授，應(yīng)按照知識形成的順序設(shè)計(jì)教學(xué)，在建構(gòu)知識過程中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力.

1?建構(gòu)概念：以“額定電壓與額定功率”為例

1.1?注重知識傳授的教學(xué)設(shè)計(jì)

“額定電壓與額定功率”是“認(rèn)識電功率”的延續(xù)、深化與拓展.教師常常先安排學(xué)生看書自學(xué)或直接介紹額定電壓、額定功率等概念，使學(xué)生了解、認(rèn)識概念，接著進(jìn)行講解，讓學(xué)生理解概念，然后安排學(xué)生實(shí)驗(yàn)——測量小燈泡的電功率，讓學(xué)生進(jìn)一步理解和鞏固概念，最后安排習(xí)題，讓學(xué)生運(yùn)用概念解決實(shí)際問題.

上述教學(xué)過程的每個環(huán)節(jié)，都是緊緊圍繞知識本身設(shè)計(jì)的，這種設(shè)計(jì)，即使學(xué)生掌握了知識，但是，由于教師沒有組織學(xué)生親身經(jīng)歷建構(gòu)知識的過程，沒有設(shè)計(jì)鍛煉學(xué)生推理、論證以及質(zhì)疑創(chuàng)新等能力的環(huán)節(jié)，也就失去了在概念建構(gòu)過程中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力的契機(jī)，難以提升學(xué)生的核心素養(yǎng).

1.2?注重建構(gòu)知識的教學(xué)設(shè)計(jì)

將一個未知燈泡與滑動變阻器串聯(lián)，如圖1所示，控制燈泡由暗逐漸變亮、變亮、再變亮，最后突然被燒壞.這樣會猛烈沖擊學(xué)生的感官，引發(fā)認(rèn)知沖突.接著引導(dǎo)學(xué)生分析燈泡亮度變化及被燒壞的原因，可得出：電壓過低時，燈泡較暗;電壓升高，燈泡變亮;電壓過高時，燈泡容易被燒壞.由此使學(xué)生深深地感受到：燈泡的亮度受電壓的影響——這就是建立額定電壓、額定功率概念的起點(diǎn).

上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象還會引發(fā)學(xué)生推理、質(zhì)疑：燈泡兩端加多大的電壓才能正常發(fā)光呢？帶著這個問題進(jìn)入如圖2所示的實(shí)驗(yàn)，先讓學(xué)生觀察燈泡上標(biāo)示的電壓，然后改變燈泡兩端的電壓，使其小于、等于、大于燈泡上標(biāo)示的電壓，觀察燈泡亮度的變化，通過比較發(fā)現(xiàn)：小燈泡發(fā)光存在一個最佳狀態(tài)，這時的電壓與標(biāo)識的電壓相當(dāng)，此時引入額定電壓、額定功率的概念便水到渠成了.接著聯(lián)系生活實(shí)際，讓學(xué)生認(rèn)識各種其他用電器銘牌上標(biāo)示的額定電壓、額定功率等概念，將“使燈泡正常工作”推廣到“使用電器正常工作”.最后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)——“測量小燈泡的電功率”，通過實(shí)驗(yàn)觀察，進(jìn)一步鞏固額定電壓和額定功率的概念.

這種按照知識形成過程設(shè)計(jì)的教學(xué)，即：從知識的起點(diǎn)出發(fā)創(chuàng)設(shè)情境，讓學(xué)生親身體驗(yàn)、推理、質(zhì)疑、實(shí)驗(yàn)論證，經(jīng)歷概念建構(gòu)的全過程，使學(xué)生真正了解概念的來龍去脈，不僅有利于學(xué)生理解和掌握概念，還能達(dá)到在建構(gòu)知識過程中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力的目的.

2?建構(gòu)規(guī)律：以“探究杠桿的平衡條件”為例

2.1?注重知識傳授的教學(xué)設(shè)計(jì)

在學(xué)習(xí)“杠桿”一節(jié)時，教師通常在引入新課認(rèn)識杠桿后，直接給出杠桿及其五要素的定義，接著對照實(shí)驗(yàn)器材講解各要素，通過作圖加深對力臂的認(rèn)識，然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)“探究杠桿的平衡條件”.

教材是這樣編的，教師也是這樣教的，這是因?yàn)榫幷吆徒處煻贾栏軛U的平衡條件是本節(jié)的重點(diǎn)，它與力臂有關(guān)，為了教杠桿的平衡條件，就要先引入力臂的概念.這一教學(xué)順序教師覺得理所當(dāng)然，但對于對杠桿平衡條件一無所知的學(xué)生來說卻感到“力臂”的引入很突兀、很難理解，成了學(xué)習(xí)的一大難點(diǎn)，造成這一難點(diǎn)的原因是教師的教學(xué)設(shè)計(jì)不符合知識的形成過程和學(xué)生的認(rèn)知順序.

2.2?注重建構(gòu)知識的教學(xué)設(shè)計(jì)

人們觀察和研究杠桿平衡條件的過程中，應(yīng)該不是先認(rèn)識力臂、再研究杠桿平衡的條件，而應(yīng)該是在研究過程中逐步發(fā)現(xiàn)：影響杠桿平衡的不是支點(diǎn)到力的作用點(diǎn)的距離，而是支點(diǎn)到力的作用線的距離，這才引入了力臂的概念.找到引入力臂的原因，我們可以從認(rèn)知的起點(diǎn)出發(fā)，按照知識形成的過程，將教學(xué)順序調(diào)整如下：（1）新課引入，初步認(rèn)識杠桿，建立杠桿、支點(diǎn)、動力和阻力的概念;（2）探究水平直杠桿（如圖3所示）的平衡條件，得出結(jié)論：動力×支點(diǎn)到動力作用點(diǎn)的距離=阻力×支點(diǎn)到阻力作用點(diǎn)的距離，即：F1×OA=F2×OB;（3）探究各種彎杠桿（如圖4、圖5所示）的平衡條件發(fā)現(xiàn)：當(dāng)杠桿平衡時，F(xiàn)1×OA≠F2×OB，質(zhì)疑剛剛得出的結(jié)論;（4）進(jìn)一步觀察發(fā)現(xiàn)：F1×OA=F2×OC.從而得出：杠桿的平衡不是跟支點(diǎn)到力作用點(diǎn)的距離有關(guān)，而是跟支點(diǎn)到力的作用線的距離有關(guān)，從而引入力臂的概念;（5）與圖3的杠桿對照（OA、OB 分別是F1 、F2的力臂），修正剛才的結(jié)論，建構(gòu)適用于各種杠桿平衡的普遍規(guī)律.

這樣，按照認(rèn)知的順序，讓學(xué)生仿照前人探究的過程，從簡單到復(fù)雜、從特殊到一般，通過質(zhì)疑、修正一步步建構(gòu)起杠桿平衡的條件.

注重知識傳授的教師往往注重知識本身的正確性，而忽視建構(gòu)知識過程及順序的正確性.前者的錯誤容易被識別，而后者的不當(dāng)常常被忽視，有些教師終生都意識不到，這樣的教師設(shè)計(jì)的教學(xué)往往簡化或省略建構(gòu)知識的過程，甚至直接將知識原盤托給學(xué)生，這樣既不利于學(xué)生對知識的理解和掌握，也難以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力.

3?建構(gòu)模型：以“法線”為例

3.1?注重知識傳授的教學(xué)設(shè)計(jì)

在講授光的反射定律時，有的教師往往在引入新課后，按照教材中的順序，對照實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、反射光路圖讓學(xué)生自學(xué)并識記入射點(diǎn)、入射光線、反射光線、法線、入射角、反射角等概念，或?qū)⑦@些概念一起直接介紹給學(xué)生，在學(xué)生了解這些概念的基礎(chǔ)上“探究光的反射規(guī)律”，以達(dá)到掌握“光的反射定律”的目的.

這種直接把“法線”教給學(xué)生的設(shè)計(jì)，簡單、明了，但由于缺少建構(gòu)“法線”模型的過程，多數(shù)學(xué)生對為什么要引入法線思考較少，體驗(yàn)不到前人為描述反射光線的位置、探究光的反射規(guī)律所做的各種努力，不利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力.

3.2?注重建構(gòu)知識的教學(xué)設(shè)計(jì)

首先請學(xué)生用激光筆照射平面鏡，同時向鏡面處噴灑水霧，觀察光的反射現(xiàn)象，如圖6所示.接著請學(xué)生根據(jù)觀察到的現(xiàn)象，用泡沫面代表鏡面，用兩個貼有箭頭的直棒代表入射光線和反射光線，制作光的反射模型，展示各組同學(xué)制作的模型，引導(dǎo)他們比較、辨析，達(dá)成共識，如圖7所示.然后，請學(xué)生對照模型描述反射光線的位置.

因?yàn)槿鄙俜ň€，學(xué)生的各種描述很難將反射光線的位置唯一確定.在學(xué)生經(jīng)歷各種失敗、感到困惑、百思不得其解時，教師順勢而為，將一支紅白相間的直棒插在入射點(diǎn)上，并與“鏡面”垂直，如圖8所示，告訴學(xué)生：“這條過入射點(diǎn)垂直于鏡面的輔助線叫法線.”有了法線即可引入反射角與入射角，學(xué)生的再次描述驟然變得簡捷而嚴(yán)謹(jǐn).此時教師并不就此為止，而是進(jìn)一步引伸：“在光的反射現(xiàn)象中是否存在這條法線？”

“不存在.”“對！科學(xué)家之所以引入這條法線，目的就是在研究光的反射規(guī)律時，便于描述反射光線的位置.像這種研究問題的方法叫建構(gòu)模型法.”此時，學(xué)生會自然而然地領(lǐng)悟到建構(gòu)模型法的巧妙和重要性，這樣也就達(dá)到了教給學(xué)生用建構(gòu)模型法研究物理問題的目的.

“建構(gòu)與應(yīng)用模型是物理學(xué)最重要的研究方法之一，也是物理學(xué)的核心學(xué)科特色.”“建模方法是科學(xué)研究的常用方法，模型思維是一種重要的科學(xué)思維，創(chuàng)設(shè)基于建模的科學(xué)學(xué)習(xí)環(huán)境，有利于學(xué)生建模思維的發(fā)展.”因此，我們在初中物理教學(xué)中，要結(jié)合與建構(gòu)模型相關(guān)的內(nèi)容，例如：勻速直線運(yùn)動、力的圖示、連通器、杠桿、光線、電路圖、磁感線以及原子結(jié)構(gòu)模型等，不失時機(jī)地教給學(xué)生運(yùn)用建構(gòu)模型的方法研究物理問題，帶領(lǐng)學(xué)生經(jīng)歷建構(gòu)模型的過程，從中領(lǐng)悟建構(gòu)模型的思維方法，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力.

總之，前人認(rèn)知科學(xué)的過程就是知識形成的過程，學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的心理順序與前人探索科學(xué)的歷史順序基本一致，學(xué)生在學(xué)習(xí)科學(xué)過程中所遇到的困難往往就是人類在科學(xué)研究過程中需要長時間累積、消化的突破點(diǎn).因此教師在備課時應(yīng)認(rèn)真研究知識的形成過程和形成順序，把自己的思維“降低”到學(xué)生的認(rèn)知水平，分析建構(gòu)知識過程中學(xué)生可能遇到的困難，然后和學(xué)生一道從知識的始點(diǎn)出發(fā)，按照知識形成順序逐步建構(gòu)物理概念、規(guī)律和模型，并在建構(gòu)知識過程中通過科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新以及模型建構(gòu)等培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，進(jìn)而提升學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)物理學(xué)科育人的目的.

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（收稿日期：2019-10-19）