蔣天林

·教材與教法·

基于學生物理核心素養(yǎng)提升的教學實踐
——以“行星的運動”一課為例

蔣天林

（江蘇省南京市六合高級中學，江蘇南京 211500）

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

物理核心素養(yǎng)；高中物理教學；物理思想和方法

作為一名中學物理教師，我們常常反思這樣一個問題：中學物理教學的價值何在？德國著名物理學家、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一切已學過的東西都忘記后所剩下來的東西．那么物理教學希望學生忘記已學過的東西后最后剩下的是什么呢？物理學研究的結論可能被學生忘記，但物理學研究的思想和方法、研究的態(tài)度一定能夠長久地支持學生的學習、生活和工作．這些被學生終身保持的，能夠成為他們行為習慣的就是物理核心素養(yǎng)，提升學生的物理學核心素養(yǎng)才是中學物理教學的價值所在．

1 學生物理核心素養(yǎng)的內涵

學生的物理核心素養(yǎng)是指學生在接受物理教育過程中逐步形成的適應個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關鍵能力，是學生通過物理學習內化的帶有物理學科特性的品質．學生物理核心素養(yǎng)的關鍵成分，主要由“物理觀念與應用”、“科學思維與創(chuàng)新”、“科學探究與思維”、“科學態(tài)度與責任”等4個方面的要素構成．

“物理觀念與應用”是指對物理學科發(fā)展中核心概念和規(guī)律的理解與應用．即讓學生通過學習，能夠認識和理解自身生活的客觀世界，認識自然界的構成、現(xiàn)象和規(guī)律，認識物質存在的多樣性、復雜性和統(tǒng)一性，形成科學的唯物主義世界觀．

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

“科學探究與思維”是指應用所學知識、方法解決現(xiàn)實問題的意識和能力．即讓學生通過學習，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，利用科學知識和方法解決學習、生活和工作中遇到問題的意識和能力．

“科學態(tài)度與責任”是指對科學研究的熱情和實事求是的態(tài)度．即讓學生通過學習，能夠領悟物理學研究過程中表現(xiàn)出來的尊重事實、實事求是的科學探究態(tài)度，能在學習、生活和工作中堅持做到實事求是．

如何在物理教學中傳授知識的同時，提升學生的物理核心素養(yǎng)，是每一位物理教師值得深思的問題．筆者認為改變教師的教學觀念、教學方法、加大創(chuàng)新教學的力度，是提升學生物理核心素養(yǎng)的有效途徑．在具體的物理教學中要關注以下4個方面：（1）經(jīng)歷學習過程，形成物理觀念；（2）重視實驗探究，培養(yǎng)科學思維；（3）學會合作交往，培養(yǎng)科學態(tài)度和責任；（4）關注實際問題，嘗試科學創(chuàng)新．

2 基于學生物理核心素養(yǎng)提升的教學案例

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)“行星的運動”為例，談談筆者是如何基于學生物理核心素養(yǎng)的提升來實施課堂教學的．

2．1 教材內容簡析

“行星的運動”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動定律，形象、生動地體現(xiàn)了堅持真理、勇于創(chuàng)新和實事求是的科學態(tài)度、科學精神和科學思維方法．其內容對全章的教學起著引領性的作用，同時又為本章的重點內容萬有引力定律的學習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，開普勒在分析第谷觀察資料的基礎上并結合自己的觀察，否定了哥白尼的日心說，同時認為宇宙的中心也不是太陽，地球也不是繞太陽做圓周運動，并總結出開普勒三大定律；其次介紹了開普勒行星運動定律建立的過程；最后介紹了開普勒行星運動定律的內容及其物理意義．筆者認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容：所有行星的軌道的半長軸的3次方跟公轉周期的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)，向學生清晰展示科學探究的過程．因而不能使學生領悟建立新理論的科學方法，不能很好培養(yǎng)學生的猜想、探究意識、科學精神和探究能力，不利于提升學生的物理核心素養(yǎng)．

2．2 教學設計思路

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

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

（3）知道開普勒行星運動定律，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，與環(huán)繞天體無關；

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

2．4 教學過程設計

（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，人們對行星運動的探究過程是漫長復雜的，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）教學過程．

請同學們自主學習教材中“科學足跡”欄目中的內容，并回答下列問題（PPT出示）．

問題1：“地心說”的基本觀點是什么？其代表人物是誰？

問題2：“日心說”的基本觀點是什么？其代表人物是誰？

問題3：“地心說”與“日心說”爭論的焦點是什么？哪種學說占統(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”？

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

設計意圖：學生通過自主學習、合作交流及教師的指導和幫助，學生對上面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，學生們加深理解了物理現(xiàn)象的本質與內在聯(lián)系．教學中以學生作為學習的主體，通過引導學生獨立地分析、探索、實踐、質疑、創(chuàng)造等方法來實現(xiàn)學習目標．通過自主、合作學習，幫助學生自主地形成物理觀念，獲得獨立思考和學習的能力，更能促使學生掌握現(xiàn)代學習的途徑和方法，逐步養(yǎng)成學會學習、終身學習的素養(yǎng)．這也是回歸物理學習的本真，從而有效地提升學生的物理核心素養(yǎng)．

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

表1 太陽系中八大行星的部分數(shù)據(jù)

生：可以利用線性關系圖像尋找公轉周期T與半長軸a的關系．

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論？

圖3

問題8：開普勒行星運動定律內容是什么？

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

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

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

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

問題10：哪位學生能對本節(jié)課所學的知識做個小結？

生：“地心說”與“日心說”爭論→開普勒行星運動定律→簡化處理．

問題11：這節(jié)課除物理知識外，學生們還學到了什么？

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

設計意圖：讓學生在探究、體驗、感受中獲得科學探究的態(tài)度與責任，有助于學生更好地適應未來的社會生活，形成科學態(tài)度、社會責任心和核心價值觀，著力提升學生的物理 核心素養(yǎng)，為后面的物理學習奠定了堅定的基礎．總之，基于提升學生物理核心素養(yǎng)的教學是

體現(xiàn)物理教學價值的必由之路，我們物理教師應該轉變教學觀念，以學生核心素養(yǎng)的提升為目標，

改革教學的觀念、方法和過程，關注學生個體知識的建構和應用，創(chuàng)設有利于學生物理核心素養(yǎng)提升的學習情境，全面提升全體學生的物理核心素養(yǎng)，進而為學生今后的發(fā)展奠定堅實的基礎．

1 麥曦主．教學設計的理論和方法［M］．廣州：新世紀出版社，1996．

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

2016－08－13）