駱文洲　傅可欽

[摘要]山東大學(xué)附屬中學(xué)趙勇校長曾說：教育如同養(yǎng)樹，養(yǎng)樹在“養(yǎng)根”，只有養(yǎng)“根”，才能長得壯實了，參天大樹才能長成，自然碩果累累。何為“根”？為何“養(yǎng)根”？如何“養(yǎng)好根”？這是當(dāng)前高中物理教師急需深入思考和實踐的問題。

[關(guān)鍵詞]實驗教學(xué) 核心素養(yǎng)

何謂核心素養(yǎng)？華東師范大學(xué)崔允都教授說：核心是相對外圍而言的，有兩層意思：一是關(guān)鍵，是指個體在21世紀生存、生活、工作、就業(yè)等最為關(guān)鍵的素養(yǎng)；二是共同，是指課程設(shè)計所面對的某一群體所需要的共同素養(yǎng)。而核心素養(yǎng)是個體在知識經(jīng)濟、信息化時代面對復(fù)雜的、不確定性的現(xiàn)實生活情境時，運用所學(xué)的知識、觀念、思想、方法，解決真實的問題所表現(xiàn)出來的關(guān)鍵能力與必備品格。何謂高中物理核心素養(yǎng)？它是高中學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識過程中逐步形成的“物理觀念與應(yīng)用”“科學(xué)思維與創(chuàng)新”“科學(xué)探究與實踐”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”，用以適應(yīng)自身終身學(xué)習(xí)和改造社會發(fā)展需要的特有品質(zhì)。本文就如何通過優(yōu)化高中物理教學(xué)過程，談?wù)剬Ω咧形锢韺W(xué)科核心素養(yǎng)的培育。

一、物理觀念與應(yīng)用是物理核心素養(yǎng)的基石。要求物理教學(xué)以實驗為基礎(chǔ)

德國物理學(xué)家馮·勞厄曾經(jīng)說過，教育所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。那么什么是“剩下來的東西”呢？應(yīng)該是學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識的基礎(chǔ)上獲得的概括性認識，即物理基本觀念，如自然觀、物質(zhì)觀、時空觀、運動觀、守恒觀、物理價值觀等。清華大學(xué)宋心琦教授曾精辟地指出，學(xué)生能牢固地、準確地，哪怕只是定性地建立起基本的物理觀念，應(yīng)當(dāng)是中學(xué)物理教學(xué)的第一目標。因此，中學(xué)物理教學(xué)應(yīng)該從“知識為本”轉(zhuǎn)向“觀念建構(gòu)”。那么又該如何進行“觀念構(gòu)建”的教學(xué)呢？通過“體驗”加“感悟”才能將知識轉(zhuǎn)化為觀念，而“體驗”加“感悟”最好的載體便是精彩紛呈的演示實驗、學(xué)生實驗和課外實驗等。這樣的教學(xué)學(xué)生主動性強、參與度高、合作性強，對概念建立、規(guī)律理解更加深刻，是充滿生命活力的教學(xué)，是回歸物理科學(xué)本質(zhì)的教學(xué)。

比如，一個具備“運動觀”的學(xué)生，當(dāng)他面對運動問題時，會自覺地觀察物體運動的位移、速度、加速度等，并加以分析，解釋問題或解決問題。以人教版高中物理必修1第二章第二節(jié)《勻變速直線運動的速度與時間的關(guān)系》為例，教學(xué)最后可在教師主導(dǎo)下讓學(xué)生完成這樣一個任務(wù)：研究小車的運動——分析電磁打點計時器的原理。教學(xué)設(shè)計如下：

教師先演示小車下滑，設(shè)置情景，繼而提問學(xué)生如何研究小車的運動？

學(xué)生：小車的運動快慢和s、t有關(guān)，只需測出s和t即可，再由v=s/t求得速度。

教師：有無其他方案可以研究？比如，假想把小車加長，某人在某位置每隔1s作一標記點（在小車經(jīng)過的位置上）。那么這些點能否反映出小車的運動情況呢？

學(xué)生：把小車加長是不現(xiàn)實的，也是沒有必要的。不過，我們要達到這樣的目的，只要用一個很簡單的方法即可：在小車的尾部拖上一條紙帶——“你走你的路，我打我的點”。這樣，小車的運動信息就在紙帶上“記錄下來”了。

練習(xí)：甲同學(xué)用手代替小車，勻速拉動紙帶；乙同學(xué)左手拿秒表，每隔1 s打一點；右手手腕緊靠桌面，并且筆要拿豎直；打第一個點標上0，后面依次標上1、2、3…，求出1到6計數(shù)點的速度v。還可以改變拉動紙帶的速度，如加速、減速、忽快忽慢，再研究小車的運動情況。

教師：剛才練習(xí)中，同學(xué)們其實已經(jīng)發(fā)明了一種新的實驗儀器“打點計時器”，只不過，是“人工”的。如果我們用交流電做電源，利用電磁原理，每秒打50次，就可以改進為“電磁打點計時器”。

二、科學(xué)思維與創(chuàng)新是物理核心素養(yǎng)的中心。要求物理教學(xué)以思維為中心

牛頓曾說過，如果我看得更遠一點的話，是因為我站在巨人的肩膀上。這句話從哲學(xué)層面理解是繼承與創(chuàng)新的關(guān)系。繼承時，應(yīng)該是舊有理論中合理的部分，而不應(yīng)該盲目地完全摒棄或全盤收納；創(chuàng)新時，也不是空手起家或一蹴而就的，而是在對舊有理論持有正確態(tài)度的基礎(chǔ)上，進行科學(xué)思維?！翱茖W(xué)思維”主要包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素。縱觀物理學(xué)史，每一次重大創(chuàng)新都是建立在此前的認識之上的，在明確問題之后，對實驗事實進行分析，進行新的觀察和理論研究，提出新的模型和假說。而新的模型或假說又在實驗中接受檢驗，正確的被肯定，經(jīng)不起檢驗的被否定，在新的基礎(chǔ)上再提出新的學(xué)說。

以人教版高中物理選修3-5第十八章第二節(jié)《原子的核式結(jié)構(gòu)模型》為例，棗糕模型不能解釋盧瑟福發(fā)現(xiàn)的a粒子散射實驗，于是盧瑟福在其基礎(chǔ)上提出了核式結(jié)構(gòu)模型。鑒于此，本課教學(xué)應(yīng)該抓住“四個環(huán)節(jié)”以“問題為驅(qū)動、思維為中心”開展教學(xué)：電子的發(fā)現(xiàn)一湯姆孫棗糕模型一a粒子散射實驗一核式結(jié)構(gòu)模型。以“a粒子散射實驗”環(huán)節(jié)為例，驅(qū)動教學(xué)的四大問題為：

（1）為何用？闡明“a粒子散射實驗”的研究動機；

（2）如何做？介紹“a粒子散射實驗”的操作過程；

（3）有何得？說明“a粒子散射實驗”的實驗現(xiàn)象；

（4）有何獲？展示“a粒子散射實驗”的研究成果。

顯然，以“問題為驅(qū)動、思維為中心”進行教學(xué)，有利于學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)家研究微觀世界的科學(xué)思維方法，有利于激發(fā)學(xué)生的科學(xué)思維，優(yōu)化學(xué)生的思維品質(zhì)，引導(dǎo)學(xué)生沿著科學(xué)家的足跡經(jīng)歷創(chuàng)新過程，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。

三、科學(xué)探究與實踐是物理核心素養(yǎng)的關(guān)鍵。要求物理教學(xué)以過程為主線

科學(xué)探究包括提出物理問題，形成猜想和假設(shè)，獲取和處理信息，基于證據(jù)得出結(jié)論并做出解釋，以及對實驗探究過程和結(jié)果進行交流、評估、反思的能力，重在以科學(xué)的態(tài)度、科學(xué)的精神、科學(xué)的方法、科學(xué)的思維進行自主、合作的探究，這樣可以讓學(xué)生親身體驗探究自然規(guī)律的過程，感悟自然界的和諧美和統(tǒng)一美。否則就是假探究、偽探究，實驗于是也變成了驗證性的實驗了。以人教版高中物理選修3—5第十六章第一節(jié)《實驗：探究碰撞中的不變量》為例，科學(xué)探究的主要分四個階段，如下圖所示：

顯然，編者想著重突出兩個方面：一是在學(xué)習(xí)各類實驗探究或思維探究的基礎(chǔ)上進一步強化“探究”理念，二是在學(xué)習(xí)能量守恒定律的基礎(chǔ)上進一步滲透“守恒”的思想。就本節(jié)課而言，首先從車廂碰撞掛鉤、臺球碰撞變速、粒子碰撞轉(zhuǎn)化等實例中發(fā)現(xiàn)問題，激發(fā)學(xué)生尋求規(guī)律的欲望——碰撞前后是否有什么物理量保持不變？此時學(xué)生雖有較大好奇心和積極性，但畢竟因為知識有限、能力欠缺等，教學(xué)中為了幫助學(xué)生沿著正確的方向進行實驗，教材在適當(dāng)?shù)沫h(huán)節(jié)給出了提示或明確說明，如“實驗的基本思路”、“需要考慮的問題”等，這樣有利于教師在課堂教學(xué)中幫助學(xué)生，活化、深化科學(xué)思維。學(xué)生根據(jù)對實驗器材的熟悉程度和已有知識將會提出不同的實驗方案，教師此時只需積極引導(dǎo)學(xué)生注重實驗中的科學(xué)思維進行因地制宜的實驗。“不變量”不是“守恒量”，從實驗探究得到的規(guī)律是否具有普遍性，需要經(jīng)得起理論和實踐的檢驗，才能走向普遍性，才能成為規(guī)律。這是本節(jié)課教學(xué)中科學(xué)思維的關(guān)鍵所在。

四、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任是物理核心素養(yǎng)的靈魂。要求物理教學(xué)以育人為目標

科學(xué)態(tài)度是指個體具有的以符合科學(xué)的方式待物做事的心向、意識等內(nèi)心準備狀態(tài)和行為意向，它包含理性態(tài)度、實證態(tài)度、質(zhì)疑態(tài)度、非功利態(tài)度等。態(tài)度是可以學(xué)習(xí)的，積極的科學(xué)態(tài)度是學(xué)習(xí)的結(jié)果，具備科學(xué)態(tài)度方可擔(dān)當(dāng)，才有責(zé)任心。廣西師范學(xué)院吳曉莉教授曾說過，科學(xué)態(tài)度是青少年科學(xué)技術(shù)普及活動目標體系的核心內(nèi)容，它表現(xiàn)為追求真理的勇氣、尊重規(guī)律、習(xí)慣于理性思考等特征，它們構(gòu)成一個人科學(xué)素養(yǎng)的最關(guān)鍵部分。正如溫總理在《仰望星空》中所說，我仰望星空，它是那樣遼闊而深邃；那無窮的真理，讓我苦苦地求索、追隨。科學(xué)精神和科學(xué)態(tài)度，是人類破解地球各種危機、走向幸福美好生活的法寶和希望。因此，物理教學(xué)不能陷入應(yīng)試教育的怪圈，而是用物理核心素養(yǎng)來梳理物理培養(yǎng)目標，真正承擔(dān)起培育社會主義核心價值觀和落實立德樹人根本任務(wù)的重擔(dān)。

培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度的基本問題是將對事物的正確認識轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的科學(xué)習(xí)慣。在這方面，教師既要發(fā)揮主導(dǎo)作用，又要以良好的示范影響學(xué)生。因此，教師首先要做到尊重科學(xué)、相信科學(xué)、運用科學(xué)、不搞現(xiàn)代迷信。比如，做演示實驗或解題都要嚴格按照操作規(guī)律或解題步驟進行，不拼湊數(shù)據(jù)，不弄虛作假，對誤差進行實事求是的分析和解釋。這些對學(xué)生形成科學(xué)世界觀，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度具有不可低估的作用。

以人教版高中物理必修1第二章第五節(jié)《伽利略對自由落體的探究》為例，從培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度和責(zé)任的角度看，本節(jié)課具有極其重要的地位?，F(xiàn)從宏觀角度審視本節(jié)課教學(xué)中應(yīng)該培育的科學(xué)態(tài)度，如下表。

總而言之，科學(xué)態(tài)度的培養(yǎng)在教學(xué)過程中，應(yīng)充分利用教材內(nèi)容，結(jié)合物理學(xué)史的典型事件，不斷為學(xué)生創(chuàng)造培育平臺，如此日積月累，一定能不斷提升學(xué)生的科學(xué)態(tài)度，達到真正育人的目標。