(江蘇省高郵中學(xué),江蘇 揚州 225600)

《美國國家新一代科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)》于2013年頒布，其課程內(nèi)容包含三個維度：學(xué)科核心概念、科學(xué)與工程實踐和交叉概念。其中物理學(xué)科包含于物質(zhì)科學(xué)中，所涉及的核心概念有：物質(zhì)和相互作用、運動和平衡、能量、波動及其在信息傳播技術(shù)中的應(yīng)用。此外該標(biāo)準(zhǔn)還提出如下的課程目標(biāo)：無論學(xué)生對科學(xué)的興趣、動機(jī)如何，都應(yīng)該使自己具有高水平的科學(xué)素養(yǎng)。由此看出，從標(biāo)準(zhǔn)的維度到核心概念的提出再到課程目標(biāo)，都與我國的高中物理圍繞提升學(xué)生核心素養(yǎng)為目的的教學(xué)有很強(qiáng)的契合性，因此我們不妨研讀美國的高中物理教材，以期對我們的教學(xué)有所助益。根據(jù)美國物理協(xié)會統(tǒng)計研究中心的調(diào)查，《物理：原理與問題》(以下簡稱《物理》)在全美有將近一半以上的學(xué)校選用，該教材曾多次進(jìn)行修訂，結(jié)合我們的教學(xué)，《物理》有如下特點，給我們諸多啟示。

1 科學(xué)方法教學(xué)的顯化

《物理》對什么是科學(xué)方法及其種類、物理模型的意義、科學(xué)定律與科學(xué)理論的區(qū)別、測量理論中的精確度與準(zhǔn)確度等都有詳細(xì)的說明，將物理方法的教學(xué)顯性化。美國哈佛物理教材變革計劃的領(lǐng)銜人霍爾頓指出：“物理學(xué)任何一部分基本內(nèi)容都包含以下三個因素：實驗事實、物理方法論、數(shù)學(xué)表達(dá)?？梢?，物理知識作為一個客觀體系，其中隱藏的物理思想，通過對其加工、提取、組織、簡化、記憶，便可轉(zhuǎn)化為學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)的一部分，從而形成能力”。目前的教學(xué)活動不少從學(xué)習(xí)知識的角度來設(shè)計，這樣做，學(xué)生也能學(xué)習(xí)到一些科學(xué)方法。但由于從屬于知識學(xué)習(xí)、是隱藏在知識中，是碎片化、不連續(xù)的滲透式學(xué)習(xí)，因而，學(xué)生對科學(xué)方法的掌握是淺層次的、不夠系統(tǒng)的。而《物理》教材則提醒我們：在教學(xué)活動中應(yīng)當(dāng)把科學(xué)方法的教學(xué)明朗化、顯性化，即以科學(xué)方法本身的思路去組織教學(xué)活動，把科學(xué)方法作為教學(xué)目標(biāo)。目前我們高中物理所涉及的頻次較高的科學(xué)方法有：演繹推理、實驗歸納、理想化模型、假說法、比值定義法、等效替換法、控制變量法等。

2 充分挖掘物理學(xué)史的立德樹人價值

物理學(xué)史主要探尋物理學(xué)概念產(chǎn)生、演化的過程和發(fā)展規(guī)律，考察物理學(xué)家的生平、思維方式，歸納研究方法，比較并總結(jié)歷史上不同觀點的紛爭與融合。因此加強(qiáng)物理學(xué)史的教育有利于學(xué)生形成正確的物理觀念，激發(fā)其學(xué)習(xí)物理的好奇心、求知欲，培養(yǎng)其科學(xué)態(tài)度和責(zé)任感?！段锢怼穼ξ锢韺W(xué)史的介紹更加突出了物理概念、規(guī)律認(rèn)識發(fā)展過程的系統(tǒng)性。例如對天體運動規(guī)律的研究，教材從哥白尼、第谷、開普勒、牛頓、卡文迪許的研究直到愛因斯坦的引力理論，并介紹了慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量；在電場概念的呈現(xiàn)上，從法拉第提出場的概念，利用范德格拉夫起電機(jī)產(chǎn)生電荷，歷史上將草籽放入礦物油中模擬電場線的方法，到密立根對電子電荷量的測定。這樣完整、系統(tǒng)地介紹物理學(xué)史，不但可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，而且對經(jīng)典物理觀念與現(xiàn)代物理觀念的融合起到促進(jìn)作用，更能引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識科學(xué)本質(zhì)，在學(xué)習(xí)成長過程中自覺遵循普遍接受的道德規(guī)范，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的責(zé)任感，養(yǎng)成既尊重他人又不迷信權(quán)威的科學(xué)態(tài)度。

3 實驗設(shè)計取材生活化

對學(xué)生身邊的生活資源篩選，可以轉(zhuǎn)化為實驗資源。《物理》中利用家用攝影機(jī)測量玩具電動車速度、探究拋體運動的規(guī)律，用膠布演示同種、異種電荷的相互作用，用摩擦過的氣球演示帶電體間的相互作用。這些資源廣泛而豐富，給探究實驗教學(xué)提供了充分的支持，也給每個學(xué)生自主探究活動提供了公平參與的機(jī)會。雖然學(xué)生對來自身邊生活的材料、器械、工具比較熟悉，但對它們的物理屬性或原理未必仔細(xì)研究過。所以從認(rèn)識生活物品和材料的物理原理開始，可開發(fā)眾多學(xué)生感興趣的科學(xué)探究活動，而問題的復(fù)雜程度和探究的環(huán)節(jié)多少可根據(jù)教學(xué)內(nèi)容、學(xué)生現(xiàn)階段認(rèn)知水平和教學(xué)時間等進(jìn)行設(shè)計，先關(guān)注重點環(huán)節(jié)的探究活動，逐漸深入，最終促進(jìn)學(xué)生參與科學(xué)探究的全過程。例如：一只乒乓球鉆孔后插入一根透明膠管，膠管內(nèi)有紅墨水，可演示物體的微小形變；用攝像機(jī)可記錄探究自由落體的規(guī)律；把細(xì)鋼絲穿過豎直放置的塑料管，在兩端掛上鉤碼，旋轉(zhuǎn)一端的鉤碼，同時保持另一端鉤碼靜止，可探究向心力與加速度、半徑的關(guān)系。

4 概念圖建構(gòu)知識網(wǎng)絡(luò)體系

20世紀(jì)60年代美國康奈爾大學(xué)諾瓦克教授根據(jù)認(rèn)知同化理論提出概念圖理論。該理論認(rèn)為：當(dāng)學(xué)生把教學(xué)內(nèi)容與自己認(rèn)知結(jié)構(gòu)建立起聯(lián)系時意義學(xué)習(xí)就發(fā)生了。學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中各部分內(nèi)容是有層次的，包攝性最廣的概念在頂層，下面概念的包攝性依次降低。學(xué)生將新學(xué)的概念與自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來，并把新知識儲存在各概念的相互關(guān)系中?！段锢怼吩诿恳徽碌臏y評欄目里都會幫助學(xué)生畫出本章的概念圖，磁場部分的內(nèi)容的概念圖如圖1所示。有研究表明：通過畫概念圖，可以加強(qiáng)新舊知識的整合，促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行有意義學(xué)習(xí)?？砂慈缦虏襟E進(jìn)行：首先，對某一概念的實例做出列舉,并能辨析出與該概念的相似的、易混淆的概念；其次，找出該概念與其他概念間的邏輯關(guān)聯(lián)；最后，分析處理與該概念相關(guān)的實際問題。在課堂教學(xué)、課后活動中，為形成完整的認(rèn)識結(jié)構(gòu)，往往需要教師引導(dǎo)學(xué)生緊扣知識的內(nèi)在聯(lián)系與要領(lǐng)，把握整體知識結(jié)構(gòu)，對所學(xué)的知識進(jìn)行比較并綜合，以形成良好的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

圖1

5 解題策略的示范

解題策略是指一般的解題方法，它反映解題活動具有的一般特征或基本的方法要素，有時表現(xiàn)為具體操作程序?！段锢怼穼忸}程序的示范、解法的尋找常常會做出全面的示范，以一道運動學(xué)題目為例，解題分為三步：分析問題，求解未知量，驗證答案。分析問題包含：情景概述，選擇坐標(biāo)，規(guī)定正方向，畫出運動圖，標(biāo)記物理量；求解未知量時列出已知量、未知量，既有從已知量出發(fā)正向求解的路徑，又有從未知量出發(fā)逆向探索相關(guān)條件的思路；在驗證答案環(huán)節(jié)，要求檢查單位是否正確？符號是否有意義？數(shù)值是否合理？在問題解決的過程中，每前進(jìn)一步，經(jīng)常會面臨多個可能的分支路徑，需要對分支路徑做出選擇。教材例題為我們提供了很好借鑒，即：通過正向分析、逆向分析、化歸分析的方法來對選出最優(yōu)的解題路徑。在我們平時的教學(xué)中，我們對學(xué)生解題思維過程缺乏細(xì)致的解剖，對具體解題方法的介紹、討論多，但對解題過程中存在的策略選擇卻很少與學(xué)生討論。因此，我們很有必要就問題解決活動中的各種要素、屬性、特征和規(guī)律性聯(lián)系對學(xué)生多做介紹。

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》提出：物理學(xué)科核心素養(yǎng)指的是學(xué)生在物理學(xué)科活動過程中形成的符合個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力，是學(xué)生通過學(xué)習(xí)內(nèi)化而成的帶有物理學(xué)科特點的心理品質(zhì)，是學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的關(guān)鍵成分。什么樣的物理教學(xué)才能有效提升學(xué)生的核心素養(yǎng)？《物理》教材的一些思路與做法值得我們借鑒，從科學(xué)方法顯化教學(xué),充分發(fā)揮物理學(xué)史的教育功能，利用生活資源設(shè)計實驗，運用概念圖使知識結(jié)構(gòu)化，全面示范解題策略這五個方面培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，讓物理課堂成為培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的陣地，賦予學(xué)生對他們終身發(fā)展最有價值的東西。