四川 寇大武 李 梁

學科核心素養(yǎng)是學科育人價值的集中體現(xiàn)，是學生通過學科學習而逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關鍵能力。物理學科核心素養(yǎng)主要包括“物理觀念”“科學思維”“科學探究”“科學態(tài)度與責任”四個方面。如何在教學中落實學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，成為了一線教師必須要思考的問題。物理是一門實驗學科，筆者認為通過有創(chuàng)意的實驗設計，可以讓學生得到深度的體驗，并可以以此作為教學中一個很好的突破口。筆者接下來就教學中的一些案例和大家一起分享如何在教學中幫助學生形成物理觀念和科學思維。

一、強化物理知識與實踐情境的關聯(lián)，在體驗中形成物理觀念

“形成物質觀念、運動與相互作用觀念、能量觀念等，能用其解釋自然現(xiàn)象和解決實際問題”這是高中物理《課程標準》的一項重要目標，為達成此目標，教學時應特別重視強化物理知識與實踐情境的關聯(lián) ，可以增強學生的實踐意識。當學生面對物理語言、文字和符號時，能自覺地聯(lián)想到相應的物理情境；當學生面對實踐情境時，也自然會聯(lián)想到與此相關的物理概念和規(guī)律。這就是物理概念和規(guī)律的升華。接下來筆者就用實際教學中的一些例子來說明如何在教學中讓學生形成物理觀念。

案例一通過人拉動汽車的實驗強化分力可以大于合力

【實驗設計】

第一次讓一名同學直接通過繩子拉一輛汽車，實驗結果是無法拉動。第二次將汽車和籃球架用繩子連接，一名女生在中間拉繩子，汽車居然被拉動了。

【設計意圖】

學生在學習共點力平衡時，對于分力大于合力一直很難理解，他們一直覺得兩個力的合力一定會大于其中的任意一個分力，雖然通過作圖可以讓學生有初步的認識，但學生還是會心生懷疑。通過現(xiàn)場的演示實驗，可以讓學生直觀地感受到這一實驗結果，加強學生對物理概念的理解，落實物理觀念、核心素養(yǎng)。

案例二讓學生組成“機械波”，體驗機械波形成的過程，并強化質點不隨波向前遷移

【實驗設計】

讓19名學生并排站立，相鄰兩名學生手臂環(huán)環(huán)相扣，教師在一端指揮，從最右邊學生開始做起立和下蹲的動作，其余學生依次跟隨前一名同學做相應的動作，最終由19名學生模擬出機械波的形成過程。

【設計意圖】

以學生模擬質點，以手臂間的作用力模擬質點間的相互作用力，通過前一名學生的上下運動，帶動后一名學生運動，真實地重現(xiàn)了機械波形成的過程。學生親身感受到了前一個質點對后一個質點的帶動，后一個質點在做受迫振動，重復前一個質點運動。很好地觀察到質點并不會隨波向前遷移。通過這一深度的體驗，讓學生很好地形成機械波這一物理觀念，加深了學生對這一物理規(guī)律的理解。

案例三通過跑步機還原小船過河模型

【實驗設計】

利用跑步機模擬流動的河水，用帶動力的小汽車模擬過河的小船，再現(xiàn)小船過河的真實情景，可以完成小船最短時間過河和最短距離過河兩種重要模型的探究。

【設計意圖】

小船過河是一個很抽象的情境，學生沒有相關生活體驗，同時它也是一個理想化模型，生活沒有與之完全相同的場景，因此，這一物理觀念的建立非常困難。利用跑步機和小汽車，可以真實地重現(xiàn)小船過河的情境，幫助學生將物理知識與實踐情境關聯(lián)，升華了小船過河這一物理概念和規(guī)律。

二、重視對理想模型的建構和應用，在體驗、質疑和探究中形成科學思維

《普通高中物理課程標準》中的“科學思維”素養(yǎng)，主要包括模型建構、科學推理、科學論證、質疑創(chuàng)新等要素?！翱茖W思維”是從物理學視角對客觀事物的本質屬性、內在規(guī)律及相互關系的認識方式；是基于經驗事實建構物理模型的抽象概括過程；是分析綜合、推理論證等方法在科學領域的具體應用；是基于事實證據和科學推理對不同觀點和結論提出質疑和批判，通過檢驗和修正進而提出創(chuàng)造性見解的能力與品質。接下來筆者用實際教學中的一些例子來說明在教學中如何讓學生在體驗、質疑和探究中形成物理科學思維。

案例四通過單手斷鋼絲的實驗，幫助學生完成力的分解與合成模型的建立

制作實驗儀器

學生親自體驗1(大角度)

學生親自體驗2(小角度)

學生自主建立模型

【實驗設計】

利用兩塊木板，一個合頁，一根可以調節(jié)長度的鋼絲自制力的合成和分解的教具。通過改變合頁張開的角度，讓男同學無法完成小角度時撐斷鋼絲的實驗，而讓女同學完成大角度時單手撐斷鋼絲的實驗，形成反差。

【設計意圖】

通過男同學小角度時無法撐斷鋼絲，而女同學大角度時可以單手撐斷鋼絲形成強烈的反差，讓學生形成想解決問題的強烈驅動。將實驗儀器進行模型構建，通過學生自主的科學推理、科學論證，利用共點力平衡的知識解決這一問題，真正地幫助學生在體驗中形成物理科學思維。

案例五通過觀察臺秤的示數(shù)變化，讓學生在質疑、創(chuàng)新過程中發(fā)展思維能力

質疑的行為大致可以分為兩個層次：一是對知識了解不夠，沒有弄懂，無法解決具體問題，提出疑問，這是低層次的質疑；二是發(fā)現(xiàn)所觀察到的現(xiàn)象與已有認知不吻合，或者發(fā)現(xiàn)已有認知之間不能自恰，從而對現(xiàn)有認知的科學性和合理性提出疑問，以至于萌發(fā)出新的猜想，這是高層次的質疑。教學中應倡導高層次的質疑行為，物理學發(fā)展中的重大發(fā)現(xiàn)都是由高層次的質疑行為引發(fā)的。發(fā)現(xiàn)、質疑、猜想、分析、設計，都是創(chuàng)造的基本要素，課堂上讓學生經歷這些行為，就是在培養(yǎng)創(chuàng)造能力。

【實驗設計】

將一玻璃缸裝水后放在臺秤上，將一綁有小鐵塊的塑料小球放入水底，外部用一個電磁鐵吸住。記錄斷電后小球上浮過程中，臺秤示數(shù)與斷電前的變化，并進行理論分析。

【設計意圖】

在完成實驗前，絕大多數(shù)學生認為加速上升的小球處在了超重的狀態(tài)，因此他們會認為臺秤示數(shù)會增大。但是實際的實驗結果確與他們的分析完全相反。正是利用了這種完全相反的答案來形成強烈的反差，讓學生產生質疑，在問題的驅動下，進行猜想和分析，最終了解到是加速上升的塑料小球與加速下降的水球共同作用后使臺秤示數(shù)變小。學生通過對現(xiàn)有認知的科學性和合理性提出疑問，萌發(fā)出新的猜想，真正地讓學生在質疑和探究中形成科學思維。

案例六通過光盤下的吊墜，讓學生在猜測、探索中發(fā)展體會物理建模過程

【實驗設計】

如圖3甲所示，在光盤下掛上“寶”，如圖3乙所示，在水槽中裝滿水，四周用紙板遮住(防止從側面看到水下“寶”)，將光盤置于水中，光盤面積小于水槽口面積，從水面上觀察，能否看到“寶”，改變“寶”距離光盤中心的距離，能否看到“寶”。建立模型如圖3丙所示：

甲

計算過程如下：

若在光盤邊緣剛好發(fā)生全反射，根據全反射的條件

由幾何關系可知

【設計意圖】

通過實驗步驟①在圓形水槽中裝滿水，四周用紙板遮住，放入“藏寶光盤”；②用攝像頭代替“眼睛”，可以發(fā)現(xiàn)從水面上任何位置都看不到“寶”。提出問題：看不見能否代表沒有呢？請同學們猜一猜到底有什么樣的“寶”，猜對的可以得到寶物；③取下四周紙板，用“攝像頭”代替“眼睛”，發(fā)現(xiàn)光盤有“寶”，提出問題：為什么有“寶”，剛剛從水面上看不到，從側面卻能看到?④改變“寶”距離光盤中心的距離，用攝像頭代替“眼睛”，可以發(fā)現(xiàn)從水面能夠看到“寶”，提出問題：改變“寶”距離光盤中心的距離，我們實現(xiàn)了從“光盤藏寶”到不能“藏寶”的華麗轉身，請問這個距離的臨界值是多少？學生通過對模型的轉換，建立光的全反射模型，提升學生的科學建模能力。

總之，教師在教學中一定要注意立足課堂，以學生為本，深度教學，讓學生親身體驗，通過合理地建模、科學質疑、科學論證及科學探究落實物理核心素養(yǎng)，培養(yǎng)學生的科學態(tài)度與責任，讓物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)真正落地。

課題名稱：《中學課程中以實驗教學情景為載體 培養(yǎng)學科核心素養(yǎng)的研究》四川省教育學會教育科研課題，一般課題。