徐 禎 邵 貝

(金華第一中學 浙江 金華 321015)

所謂“學生發(fā)展核心素養(yǎng)”，是指學生應具備的，能夠適應終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關鍵能力，是關于學生知識、技能、情感、態(tài)度、價值觀等多方面要求的綜合表現(xiàn)，是每一名學生獲得成功生活、適應個人終身發(fā)展和社會發(fā)展都需要的、不可或缺的共同素養(yǎng)，其發(fā)展是一個持續(xù)終身的過程，可教可學，最初在家庭和學校中培養(yǎng)，隨后在一生中不斷完善.它的一個重要特征是“可教可學”，這對核心素養(yǎng)落實到學校教育、落實到微觀的課堂教學提供理論支持.

那么，怎樣才能夠通過課堂教學有效提升學生的物理學科核心素養(yǎng)呢？

1 基于學科特點 領會核心素養(yǎng)

具體到物理學科，核心素養(yǎng)可以具體化為物理觀念、科學思維、實驗探究、科學態(tài)度與責任.“物理觀念”包括物質觀念、運動觀念、相互作用觀念、能量觀念及其應用等要素；“科學思維”主要包括模型建構、科學推理、科學論證、質疑創(chuàng)新等要素；“實驗探究”主要包括問題、證據(jù)、解釋、交流等要素；“科學態(tài)度與責任”主要包括科學本質、科學態(tài)度、科學倫理、STSE等要素.可以這么說，落實了學科核心素養(yǎng)就是落實了學科的最大教育價值.

2 基于有效對接 挖掘核心素養(yǎng)

核心素養(yǎng)在教學素材中的地位，好比深埋地下的寶藏，要經(jīng)過挖掘洗煉，才能見其光華.同樣，要將核心素養(yǎng)準確對接課堂教學，首先要做的是針對本節(jié)課而言，挖掘出哪些是需要重點培育的核心素養(yǎng)，即在課堂教學之前，教師根據(jù)具體教學內容提煉重點培育的核心素養(yǎng)細化目標.對一個特定課時而言，物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，不求面面俱到，但求有所側重.其核心素養(yǎng)挖掘應從對教學內容及其教育價值分析、從教學內容與其他內容的關系分析、從對接過程可能遇見的困難分析等角度入手.

2.1 從教學內容及其教育價值分析入手

教育價值的分析包括知識方法應用價值、思維價值，以及培育情感態(tài)度價值觀的價值.比如“光的粒子性”，其主體知識由光電效應的實驗規(guī)律、經(jīng)典理論解釋光電效應遇到的疑難以及愛因斯坦運用量子觀點對光電效應實驗結果的圓滿解釋3部分組成[1].光電效應是認識光的粒子性的重要依據(jù)，愛因斯坦用量子觀點對光電效應的解釋是科學轉折的重大信號，更多的科學家開始關注普朗克提出的量子觀點，并開創(chuàng)了新的局面.物理學的每一項重大發(fā)現(xiàn)都改變著人類的自然觀、科學觀和思維方式，物理學史顯示，每當人們發(fā)現(xiàn)一種新的實驗現(xiàn)象沒法用舊有理論解釋時，正是新理論誕生之機.黑體輻射、光電效應、氫原子光譜等現(xiàn)象的解釋都遵循這一規(guī)律.學生很自然意識到，一旦科學走到了這樣的轉折關頭，起關鍵作用的，往往不是具體的知識，而是觀念的轉變.

因此，本節(jié)內容除了知識本身的價值，還對物理觀念的轉變，對直覺經(jīng)驗和經(jīng)典理論的局限，對包含問題、證據(jù)、解釋的實驗探究.對權威和自身過往知識經(jīng)驗的質疑創(chuàng)新甚至比知識本身更為重要，這些能力對學生個體的終身發(fā)展和社會發(fā)展彌足珍貴.教學過程也相當于提供一個轉變觀念、實驗探究和科學思維的范本.

2.2 從該教學內容與其他內容的聯(lián)系入手

本節(jié)內容之前，學生已經(jīng)比較系統(tǒng)地學習了經(jīng)典的物理理論，建立物質連續(xù)性的經(jīng)典觀念.同時，伴隨黑體輻射誕生的能量量子化觀點初露端倪，物質世界的不連續(xù)性第一次出現(xiàn)在學生面前.普朗克的理論是在經(jīng)典理論遇到困難時，不得已而為之的假設，它雖然違背人們的直覺經(jīng)驗，卻與實驗對接得天衣無縫.量子這個“小精靈”初生的日子，到處不受待見，不得不在物理的荒野游蕩，直到愛因斯坦接受它，并用它來解釋光電效應現(xiàn)象的疑難獲得巨大的成功.至此，人們才認識到量子論的重大意義.后面將要學習的氫原子光譜，也遇到了經(jīng)典理論無法解決的疑難，玻爾也大膽引入量子觀點才得以成功解釋實驗事實.這些事例為學生認識和了解物質的波粒二象性、物質波、不確定關系等做了充分的鋪墊.愛因斯坦對光電效應的解釋是科學的重大轉折，本節(jié)內容在教材中的地位承前啟后，非常重要.物理觀念的轉變，包括問題、證據(jù)、解釋、交流等要素的實驗探究，質疑創(chuàng)新的科學思維等核心素養(yǎng)都已潛藏其中.

2.3 從對接核心素養(yǎng)可能出現(xiàn)的困難入手

量子觀點違背日常的直覺經(jīng)驗與經(jīng)典物理理論.量子誕生初期，連量子之父普朗克本人也是疑慮重重、惶惑不安.量子理論誕生一百年來，在應用實踐中大獲成功，但是量子物理行為是如此怪異，以致至今仍屬于物理學研究的前沿領域.量子論巨子玻爾曾說，誰要是宣稱自己懂得量子論，就說明他根本不懂量子論.科學界尚且如此，要讓初次接觸量子論的學生接受它，難度可想而知.這是知識本身帶來的困難.從對連續(xù)性習以為常的經(jīng)典理論轉變?yōu)橐圆贿B續(xù)性為特征的量子觀念的轉變，“物理觀念”的核心素養(yǎng)落實非常困難.

如果僅僅在黑板上“做”教材中的實驗，相當于在學習者和所學的知識之間隔了千山萬水，實驗成了久遠的傳說，真實性值得懷疑、實踐性完全喪失，物理觀念的轉變成了無本之木，提升核心素養(yǎng)就是一紙空談.事實上，光電效應的定量實驗在中學課堂并不容易做，這是對接核心素養(yǎng)的攔路虎之一.

另外，光電效應的實驗現(xiàn)象比較復雜，看穿復雜的現(xiàn)象，厘清實驗規(guī)律，并嘗試用現(xiàn)有理論解釋新的現(xiàn)象，學生面臨問題的多樣性和復雜性前所未有.自己實驗、自己總結規(guī)律、自己嘗試解釋，不僅要調動頭腦中原有知識儲備，還要提取合適的部分應用于具體問題，為自己的觀點提供論據(jù).關鍵還要對原有知識理論提出質疑創(chuàng)新，何其難也！科學思維的核心素養(yǎng)落實面臨巨大的挑戰(zhàn).

3 基于教學設計 融入核心素養(yǎng)

圍繞核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標，教學設計應包含教學內容的選擇與組織、教學內容的表征與實現(xiàn)手段、學生的學習活動設計等方面.核心素養(yǎng)以半隱性形態(tài)貫穿其中.教學設計對接核心素養(yǎng)的具體策略包括合理組織教學內容、選擇合適實現(xiàn)手段、設計有效學習活動等.

3.1 合理組織教學內容 順暢有序融入核心素養(yǎng)

教材對教學內容的組織存在內在邏輯性、自成體系，但從學習者的角度來看，并不意味著這一定是最佳的組織方式.比如本節(jié)中，逸出功這個知識點出現(xiàn)在光電效應定量實驗之后提出，在解釋實驗規(guī)律時突然冒出，學生毫無心理準備，既沖淡了經(jīng)典理論遭遇的困難沖突，又顯得突兀莽撞.這個編排不夠合理.其實在光電效應定性實驗(圖1)之后，提出光電效應的概念時，就應該將“逸出功”概念一語帶出，不僅自然，而且為后面的理論解釋埋下伏筆，形成知識儲備，更有利于突出光電效應現(xiàn)象解釋面臨的疑難.

圖1 光電效應定性實驗

下面為教學片段之一.

演示：打開紫外燈,用紫外光照射帶負電的鋅板，觀察驗電器指針張角變化.

提問：說明了什么？

回答：說明鋅板上的電子跑走了！

指明：照射到金屬表面的光，使金屬中的電子從表面逸出的現(xiàn)象，稱作光電效應(板書).逸出的電子常被稱為光電子(副板書).光電子不是新東西，它就是電子.電子原來與金屬內部的其他粒子擠擠挨挨、磕磕碰碰，無規(guī)律做熱運動.不過它也并非完全自由，若要從金屬表面逸出獲得自由身份，必須先要克服阻力做功.我們把與其他粒子結合得最為松散的電子逸出所需要的最小能量稱為逸出功(副板書：逸出功W0)，逸出功由金屬本身決定，它主要反映金屬對電子的束縛能力.

在這里，不僅自然得出逸出功的概念，還喚醒一個核心觀念——能量觀念(物理觀念)，為后續(xù)學習做好了心理準備.之后的實驗探究、嘗試解釋、經(jīng)典理論與新的實驗事實的矛盾疑難，以及新理論的適時出世邏輯合理、連貫順暢，知識的學習猶如移步換景，妙不可言.

3.2 選擇合適實現(xiàn)手段 突出實驗探究

空談誤“學”.任何一個培養(yǎng)目標的實現(xiàn)，只有空談不起作用.無論物理觀念的建立,還是實驗探究，抑或科學思維的培養(yǎng)，都離不開恰當?shù)氖纠Ⅲw驗和點撥.

比如，課題引入時，可以用“橫看成嶺側成峰”(見圖2)類比說明觀察角度對認識的影響.

圖2 橫看成嶺側成峰

客觀世界豐富多彩，客觀事物復雜多樣.如果觀察事物的角度不同，得到的結果也不同.所謂的“橫看成嶺側成峰,遠近高低各不同” 形容的就是這個道理.比如我們已經(jīng)從光的干涉衍射認識到光是一種電磁波.那么是否可以從另外的角度重新認識它呢？如果可以，應該能更全面地反映光的本質吧.

比如，實驗探究，應該創(chuàng)造條件讓學生能夠親眼見證實驗事實的發(fā)生.教材中的實驗裝置如圖3所示，這個電路圖的缺點是控制電路過于復雜，對主要知識學習形成較大干擾，因此用圖4所示的數(shù)字式可調電源來替代控制電路，電流表也用數(shù)字式微電流表.如此，既簡潔方便又突出學習重點.

圖3 光電效應實驗裝置

圖4 簡化后的光電效應實驗裝置

(1)將電流表與光電管串聯(lián)，自然光照射下得到光電流.但它實在很小(5×10-8A)，能不能使光電流再大些？(提出問題)

(2)將電源、電流表和光電管按圖4所示情形連接，用黃光照射光電管.實驗并記錄電壓和電流的數(shù)據(jù).(改進方案)

(3)利用Excel表格數(shù)據(jù)描繪I-U圖像.展示新作的圖像.(數(shù)據(jù)處理)

(4)通過觀察圖線，得到電流隨電壓變化的規(guī)律，順勢得出飽和電流的概念.(得出結論)

(5)將電壓反向，繼續(xù)實驗.順勢得出遏止電壓.換成藍光照射，繼續(xù)實驗，得到更完整的圖線，如圖5和圖6所示.(深入探究)

圖5 電流與光強的關系

圖6 遏止電壓

3.3 設計有效學習活動 引發(fā)科學思維

除了親身參與實驗活動之外，獨立思考與小組討論結合、場景模擬辯論都能充分調動學生的學習積極性、增強課堂參與度.為保證討論的有效性，應該提供討論提綱.

討論提綱(問題)：

(1)從我們以往學過的知識來看，你認為最容易解釋的是哪一條？怎樣解釋？

(2)從經(jīng)典理論來推演，遏止電壓與光強應該是怎樣的關系？

(3)從經(jīng)典理論來推演，是否會發(fā)生光電效應,應該與光的什么因素有關？

學生討論后覺得疑點重重(交流、質疑).

正在這一籌莫展的時候， 教師指出：

同學們，我們遇見的困難也是當時物理學家遇見的困難.

一旦科學走到了這樣的轉折關頭，起關鍵作用的，往往不是具體的知識，而是觀念的轉變(物理觀念).

當時已經(jīng)知道能量的存在形式有連續(xù)和分立兩種.能量連續(xù)的觀點不能解釋，那能量分立的觀點行不行？最早是普朗克提出能量分立的觀點，認為電磁輻射時能量是一份一份的，每一份大小是hν，叫做能量子.但是他這個假說與經(jīng)典物理觀念完全不同，以致他本人都惶惑不解，大家注意到照片中那惶惑的眼神，似乎表明他心中的糾結……年輕人往往更容易接受新觀念.時年26歲的愛因斯坦最先意識到能量量子化的意義……(創(chuàng)新)

將思維的方向轉向量子觀點，為學習愛因斯坦對光電效應的解釋指明方向.

引入光電效應方程，對實驗結果做出正面解釋.這時仍有學生覺得知識過于抽象，似懂非懂，引入類比往往能有出其不意的效果.

從方程可以看出，對于某種確定的金屬，光電子的最大初動能(或遏止電壓)只與光的頻率有關，而與光的強度無關.

這個過程好比(板畫)一個位于深井中的人，他如果要躍出深井，至少需要W0(板書)的能量，井很深，顯然依靠他自身的力量跳不出來.正著急之時，一個大小為hν0的能量包從天而降，正好砸中他，那么,他吸收能量hν0后將剛好到達井口(圖7).如果具有更多能量hν的能量包從天而降砸中他，那他吸收能量后不僅躍出深井，并且還有動能盈余，可以向外跑.

圖7 深井中的人躍出深井

4 結束語

素養(yǎng)是“可教、可學”的[2]，是經(jīng)由后天學習獲得的，它可以通過有意的人為教育加以規(guī)劃、設計與培養(yǎng)，是經(jīng)由課程教學引導學習者長期習得的.物理核心素養(yǎng)與教學素材之間的關系猶如大地與礦藏，教師要做好“挖掘洗煉”工作,然后對接課堂教學.教師是核心素養(yǎng)與學生之間的橋梁.作為一線教師，不僅要深刻領會核心素養(yǎng)，也要結合具體教學內容挖掘核心素養(yǎng)并將它融入課堂教學.

1 唐果南，周智良，張穎.物理·選修3-5教師教學用書.北京：人民教育出版社，2010.56

2 柳夕浪.從“素質”到“核心素養(yǎng)”——關于“培養(yǎng)什么的人”的進一步追問．教育科學，2014(03):7