葉成林

(江蘇省儀征市南京師范大學(xué)第二附屬初級(jí)中學(xué)，江蘇 揚(yáng)州 211900 )

2015年10月，教育部在《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)修訂稿》內(nèi)部征求意見(jiàn)稿中提出：物理核心素養(yǎng)是學(xué)生在接受物理教育過(guò)程中逐步形成的適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的正解價(jià)值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力.在《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》中將物理核心素養(yǎng)具體界定為“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”4個(gè)維度.高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)物理核心素養(yǎng)的界定，對(duì)初中物理教師的教育教學(xué)具有重要的指導(dǎo)意義.

物理概念是物理現(xiàn)象和物理過(guò)程的共同屬性和本質(zhì)特征在人腦中的反映，是對(duì)物理現(xiàn)象和物理過(guò)程的抽象化和概括化的思維形式.物理概念不僅是物理基礎(chǔ)知識(shí)的重要組成部分，而且是構(gòu)成物理規(guī)律，建立物理公式和完善物理理論的基礎(chǔ)和前提.物理概念是物理教學(xué)的重要組成部分.

科學(xué)思維是對(duì)客觀事物本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認(rèn)識(shí)方式.科學(xué)思維是物理學(xué)習(xí)中初中生所必備的核心素養(yǎng)，其主要包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證和質(zhì)疑創(chuàng)新等要素.在初中物理教學(xué)中，培養(yǎng)與提高學(xué)生科學(xué)思維能力，物理概念建構(gòu)是重要載體.通過(guò)初中生物理概念建構(gòu)中自主思維活動(dòng)可促進(jìn)學(xué)生思維能力和思維品質(zhì)的提高，促進(jìn)學(xué)生自主認(rèn)識(shí)物理現(xiàn)象和物理過(guò)程的本質(zhì)，掌握科學(xué)方法，提高科學(xué)素養(yǎng).這對(duì)提高初中生科學(xué)思維能力有很大的裨益.同時(shí)，通過(guò)聚焦物理概念建構(gòu)教學(xué)，讓初中生科學(xué)思維能力提升訓(xùn)練與物理教學(xué)實(shí)踐融合，可使初中生科學(xué)思維能力培養(yǎng)落在實(shí)處，有切實(shí)有效的抓手.

1 突出主要因素，提高初中生模型建構(gòu)能力

物理模型是由客觀物質(zhì)世界過(guò)渡到物理概念、物理規(guī)律、物理理論的中間環(huán)節(jié)，是物理概念和物理規(guī)律賴(lài)以建立的基礎(chǔ).[1]初中物理模型常見(jiàn)有過(guò)程模型和結(jié)構(gòu)模型.結(jié)構(gòu)模型是指關(guān)于研究對(duì)象、裝置或條件的理想模型：光線、杠桿、單擺、磁感線、力的示意圖、純電阻、彈簧振子等.過(guò)程模型是指關(guān)于物理過(guò)程的理想模型：勻速直線運(yùn)動(dòng)等.[2]在初中物理概念建構(gòu)過(guò)程中，通過(guò)初中生模型建構(gòu)能力循序漸進(jìn)的培育，可提高初中生分析問(wèn)題與解決問(wèn)題能力，逐步培養(yǎng)初中生的科學(xué)思維能力，發(fā)展初中生物理核心素養(yǎng).

在初中物理概念教學(xué)中，對(duì)物理結(jié)構(gòu)模型的建構(gòu)通常忽略研究對(duì)象或條件的次要因素，突出其主要的因素，對(duì)其理想化處理，形成對(duì)研究問(wèn)題的簡(jiǎn)潔模型.

案例1.8年級(jí)物理第3章第3節(jié)“光的直線傳播”中，在建構(gòu)“光在均勻介質(zhì)中是沿直線傳播”這一物理概念時(shí)引入“光線”結(jié)構(gòu)模型.教師引導(dǎo)學(xué)生：物理學(xué)中用一條帶箭頭的直線表示光的傳播路徑和方向，而忽略光的亮度與顏色等次要因素，從而為形象地解釋日常生活中影子形成、日食月食形成，以及后續(xù)光的反射定律、光的折射規(guī)律教學(xué)打下基礎(chǔ).

案例2.9年級(jí)物理第11章第1節(jié)杠桿概念教學(xué)中，教材列舉出了大量的日常生活中常見(jiàn)的器具：托盤(pán)天平、獨(dú)輪車(chē)、筷子、笤帚、船漿、夾子、鑷子、羊角錘、釣魚(yú)竿、生活中的剪刀及人體中的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)等.教師引導(dǎo)初中生理解這些器具都可以抽象為在力的作用下可繞一固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的硬棒，即杠桿，而忽略器具本身的復(fù)雜構(gòu)造、制作工藝、制作材料等次要因素，為利用杠桿平衡條件分析物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)奠定重要的基礎(chǔ).

對(duì)物理過(guò)程模型的建構(gòu)教師應(yīng)引導(dǎo)初中生能夠?qū)?fù)雜的物理情境進(jìn)行思維加工，提煉和抽象，厘清其科學(xué)本質(zhì)特征.在此基礎(chǔ)上對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)化、理想化處理，建立適當(dāng)?shù)哪Ｐ?，并利用已知條件表征物理對(duì)象，利用相關(guān)的物理概念分析與解決該情境中的物理問(wèn)題，提高初中生利用物理概念分析和解決問(wèn)題的能力，發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維.

圖1 蹦極運(yùn)動(dòng)

案例3.如圖1所示是蹦極運(yùn)動(dòng)的簡(jiǎn)化示意圖，彈性繩一端固定在O點(diǎn)，另一端系住運(yùn)動(dòng)員，運(yùn)動(dòng)員從O點(diǎn)自由下落，A點(diǎn)處彈性繩自然伸直.B點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)員受到的重力與彈性繩對(duì)運(yùn)動(dòng)員拉力相等的點(diǎn)，C點(diǎn)是蹦極運(yùn)動(dòng)員到達(dá)的最低點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)員從O點(diǎn)到C點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中忽略空氣阻力.則

(A) 從O至C運(yùn)動(dòng)員速度一直減小.

(B) 從O點(diǎn)至A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)員機(jī)械能不守恒，從A點(diǎn)至C點(diǎn)機(jī)械能守恒.

(C) 從O至A過(guò)程中運(yùn)動(dòng)員速度增大，從A至C過(guò)程中運(yùn)動(dòng)員速度減小.

(D) 從O至B過(guò)程中運(yùn)動(dòng)員速度增大，從B至C過(guò)程中運(yùn)動(dòng)員速度減小.

本題考查初中生“相互作用”“力和運(yùn)動(dòng)”“動(dòng)能和勢(shì)能”等物理概念理解與掌握情況.此物理情境中運(yùn)動(dòng)員下落是一個(gè)非常復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，對(duì)初中生的思維能力要求較高，但同時(shí)這也是培養(yǎng)初中生科學(xué)思維能力的很好契機(jī).教師首先應(yīng)引導(dǎo)初中生對(duì)運(yùn)動(dòng)員本身及彈性繩進(jìn)行理想化處理，其次將運(yùn)動(dòng)員復(fù)雜運(yùn)動(dòng)過(guò)程分解成從O點(diǎn)到A點(diǎn)、從A點(diǎn)到B點(diǎn)、從B點(diǎn)到C點(diǎn)3個(gè)階段，用力的示意圖分別作出運(yùn)動(dòng)員受力情況，在此基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生利用相關(guān)物理概念分析其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及能量變化情況，完成對(duì)正確選項(xiàng)的選定.

圖2 物體A壓縮彈簧后釋放

案例4.如圖2，物塊A和彈簧放在粗糙的水平面上，彈簧左端固定于墻面，OC為彈簧的自然長(zhǎng)度.向左移動(dòng)物塊A并壓縮彈簧至B處后靜止釋放，物體A在________處時(shí)速度達(dá)到最大(選填“C點(diǎn)”、“C點(diǎn)左側(cè)”或“C點(diǎn)右側(cè)”).

同樣，對(duì)該案例物理問(wèn)題的解決，初中生需要自主建構(gòu)過(guò)程模型，深刻理解并想象出物體A從B點(diǎn)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到靜止的整個(gè)過(guò)程，需要初中生有一定的推理能力，會(huì)自主分析其運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的受力情況及其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化.這些案例的選擇和充分利用，對(duì)提升初中生模型建構(gòu)能力、發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維是很有幫助的.

2 加強(qiáng)方法指導(dǎo)，提高初中生科學(xué)推理能力

科學(xué)思維能力的一個(gè)重要方面是科學(xué)推理.科學(xué)推理能力包含有多種思維方式，如演繹、歸納、分析、綜合等.物理學(xué)中形成的思維方法對(duì)物理學(xué)的發(fā)展起了重要作用.初中生理解和掌握這些物理思維方法，具備一定的科學(xué)推理能力，對(duì)初中生物理學(xué)習(xí)具有重要的影響.初中物理課堂教學(xué)中應(yīng)結(jié)合物理概念教學(xué)加強(qiáng)初中生基本物理思維方法的指導(dǎo)與訓(xùn)練，通過(guò)思維活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)推理能力，促進(jìn)學(xué)生充分理解物理概念的內(nèi)涵與外延，激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)力.[3]

2.1 分析與綜合

所謂分析，就是把客觀事物分解成各個(gè)部分、側(cè)面和屬性，分別加以研究.所謂綜合，就是把事物各個(gè)部分、側(cè)面和屬性的認(rèn)識(shí)統(tǒng)一為整體的認(rèn)識(shí)，從整體上把握物體的本質(zhì)和規(guī)律.分析和綜合是科學(xué)思維的基本形式，也是解決物理問(wèn)題的基本方法.[4]

如在案例3中，教師滲透運(yùn)用“隔離法”，先將運(yùn)動(dòng)員整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程分解成3個(gè)部分，然后分別分析運(yùn)動(dòng)員在每一個(gè)部分的受力情況，并綜合考察其與彈性繩的相互作用及發(fā)展變化，正確理解運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及能量變化，領(lǐng)悟運(yùn)動(dòng)員整個(gè)過(guò)程的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，以達(dá)到對(duì)相關(guān)物理概念本質(zhì)屬性的全面理解和深入認(rèn)知.

案例5.9年級(jí)物理第12章第3節(jié)比熱容概念教學(xué)中，教師首先創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境：夏天中午，分別站在海水中和沙面上的小明與小華兩個(gè)同學(xué)感覺(jué)為什么不同？然后引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)，分析影響水和沙子升高溫度的可能因素：質(zhì)量大小、吸熱多少、物質(zhì)種類(lèi)等.在此基礎(chǔ)上采用控制變量法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，局部探究分析物體升溫多少與物質(zhì)種類(lèi)之間的關(guān)系，然后將各個(gè)因素綜合起來(lái)，建構(gòu)出比熱容物理概念.

2.2 演繹與歸納

演繹是從一般到個(gè)別的推理，歸納是從個(gè)別前提推出一般性結(jié)論的思維方法.[4]

案例6.8年級(jí)物理第8章第1節(jié)力的概念教學(xué)中，教師引導(dǎo)學(xué)生從日常生活中的人推車(chē)、人拉車(chē)、人提水、人壓桌面等物理現(xiàn)象入手，認(rèn)識(shí)到產(chǎn)生力至少具備兩個(gè)物體和兩個(gè)物體間要產(chǎn)生作用的條件，在此基礎(chǔ)上抽出其共同的、本質(zhì)的屬性，歸納得出“力是物體對(duì)物體的作用”概念.這種從個(gè)性出發(fā)認(rèn)識(shí)共性、概括出同一類(lèi)事物的普遍特征的歸納方法，有利于幫助初中生建構(gòu)物理概念，深刻理解物理概念的內(nèi)涵，發(fā)展學(xué)生思維.

案例7.9年級(jí)物理第15章第2節(jié)電功率概念教學(xué)中，在學(xué)生建構(gòu)電功率概念及其計(jì)算公式后，教師引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合歐姆定律及電功計(jì)算公式，演繹得出計(jì)算電功率的其它公式，了解每個(gè)公式的適用范圍及條件，從而幫助學(xué)生建立電功率計(jì)算的整個(gè)知識(shí)體系.

在物理課堂教學(xué)中，教師以物理概念建構(gòu)為載體，不斷教給學(xué)生分析與綜合、演繹與歸納等物理思維方法，讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)推理過(guò)程，經(jīng)歷具有挑戰(zhàn)性的智力活動(dòng).這樣才能使學(xué)生充分理解物理知識(shí)內(nèi)涵，獲得情感上的滿足，激發(fā)學(xué)習(xí)物理的長(zhǎng)期興趣和持久動(dòng)力.

3 注重科學(xué)探究，提高初中生科學(xué)論證能力

科學(xué)論證是重要的科學(xué)活動(dòng)，其內(nèi)涵是面對(duì)未確定的科學(xué)問(wèn)題，通過(guò)社會(huì)性的協(xié)作過(guò)程，為各自的觀點(diǎn)提供支持，并批駁相異的觀點(diǎn)，以解決問(wèn)題并獲取知識(shí)的活動(dòng).發(fā)展學(xué)生科學(xué)論證的思維能力是發(fā)展學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的一個(gè)重要方面.[5]在初中物理概念建構(gòu)中，提高初中生科學(xué)論證能力，教師注重采用科學(xué)探究式教學(xué)是重要手段.美國(guó)艾倫·柯林斯認(rèn)為，雖然探究式教學(xué)難度很大，是一種費(fèi)時(shí)的教學(xué)，但它是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造力和發(fā)現(xiàn)理論的唯一方法.[3]

在科學(xué)探究中培養(yǎng)和提高初中生科學(xué)論證能力，教師應(yīng)結(jié)合物理概念建構(gòu)，引導(dǎo)學(xué)生重在猜想假設(shè)、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)與操作、實(shí)驗(yàn)證據(jù)收集、實(shí)驗(yàn)證據(jù)的分析與論證4個(gè)環(huán)節(jié)上.

案例8.8年級(jí)物理第10章第4節(jié)浮力概念教學(xué)過(guò)程中，教師可以安排以下環(huán)節(jié)引導(dǎo)初中生經(jīng)歷科學(xué)論證過(guò)程，提高學(xué)生科學(xué)論證能力.

3.1 浮力概念的引入

創(chuàng)設(shè)物理問(wèn)題情境：教師播放“人在死海上看書(shū)”視頻，提出“人為什么能浮在死海的水面上”.日常生活中還有哪些現(xiàn)象證明你的觀點(diǎn)？

學(xué)生通過(guò)交流討論得知，人在死海水面上受到了向上的托力，教師適時(shí)指出這個(gè)力物理學(xué)中叫作浮力.這個(gè)力在日常生活中是普遍存在的，事實(shí)證據(jù)如下.

(1) 水中的乒乓球能從水里浮起來(lái)； (2) 空中的氣球能騰空而起.

3.2 下沉的物體是否也受到浮力？

教師：上述事實(shí)證據(jù)都指向浮在水面上或在水中、空氣中上升的物體受到向上浮力，請(qǐng)同學(xué)們猜想：水里下沉的物體是否也受到浮力？你有什么經(jīng)驗(yàn)支持你的猜想？

生：下沉的物體也受到浮力.

經(jīng)驗(yàn)證據(jù)：水中下沉的物體下落速度較慢；在水井中打水時(shí)，會(huì)感覺(jué)到裝滿水的水桶在未離開(kāi)水面時(shí)要比提出水面時(shí)輕許多.這些經(jīng)驗(yàn)證據(jù)證明：水里下沉的物體應(yīng)受到了向上的浮力.

師：如果給你一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)、一杯水和一個(gè)金屬塊，你能通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證你的猜想嗎？請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，說(shuō)出實(shí)驗(yàn)方案蘊(yùn)含的科學(xué)思維過(guò)程.學(xué)生小組合作，交流討論實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，并課堂展示.

生：先在空氣中用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出金屬塊的重力，若在水中下沉?xí)r受到向上的浮力，相當(dāng)于金屬塊在空氣中受到了手向上的托力，則彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)應(yīng)減小.彈簧測(cè)力計(jì)減小的示數(shù)就是金屬塊受到的浮力大小.

師：請(qǐng)同學(xué)們小組合作，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，收集實(shí)驗(yàn)證據(jù)，以證明你們的猜想.

學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)操作，收集驗(yàn)證猜想的證據(jù).通過(guò)對(duì)金屬塊在空氣中與水中彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)的證據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)水中下沉的金屬塊也受到向上的浮力.在此基礎(chǔ)上推理得出浸在液體或氣體里的物體都受到向上的托力，即浮力的物理概念.

在物理概念建構(gòu)過(guò)程中，教師采用科學(xué)探究教學(xué)方式，在探究過(guò)程中注重培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)意識(shí)，有助于發(fā)展科學(xué)思維能力，有助于正確建構(gòu)物理概念.

4 培養(yǎng)批判思維，提高學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新能力

批判性思維是決定學(xué)生信念和行動(dòng)而進(jìn)行的合理的反思性思維.批判性思維是學(xué)生受用終身的能力與品格，是創(chuàng)造性思維的基礎(chǔ).[6]培養(yǎng)學(xué)生批判性思維是時(shí)代的需求.前美國(guó)駐華大使駱家輝曾說(shuō)：美國(guó)長(zhǎng)期從基礎(chǔ)教育開(kāi)始進(jìn)行批判性思維教育，這是美國(guó)科技、商業(yè)、文化等一直領(lǐng)先世界的原因.[7]美國(guó)杜克大學(xué)教育督導(dǎo)團(tuán)隊(duì)研究所撰寫(xiě)的《2011中國(guó)SAT年度報(bào)告》指出：中國(guó)學(xué)生整體欠缺有效的批判性思維能力訓(xùn)練.[8]這是目前限制中國(guó)學(xué)生學(xué)術(shù)能力的最重要因素之一，是我國(guó)科技人員缺乏學(xué)術(shù)研究能力和創(chuàng)造性的重要原因，也是實(shí)現(xiàn)習(xí)近平總書(shū)記強(qiáng)國(guó)和民族復(fù)興夢(mèng)的最大障礙.

在物理概念教學(xué)中培養(yǎng)初中生批判性思維，就是要求學(xué)生在理解事物的基礎(chǔ)上善于質(zhì)疑辨析，在質(zhì)疑辨析中加深對(duì)深層知識(shí)和復(fù)雜概念的理解.[9]

案例9.8年級(jí)物理第10章第1節(jié)壓強(qiáng)概念教學(xué)中，教師引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)批判性思維促進(jìn)對(duì)壓強(qiáng)概念的深度理解.

師：教材中用物體所受的壓力與受力面積比值定義壓強(qiáng)概念，請(qǐng)問(wèn)能否用受力面積與壓力的比值來(lái)表示壓力的作用效果？如果能，物理教材中為什么不采用？8年級(jí)還有哪一個(gè)物理概念的定義與此相似？請(qǐng)同學(xué)們討論、反思與辨析.

生：也能用受力面積與壓力的比值來(lái)表示壓力的作用效果.但不符合人們的思維習(xí)慣，因而物理教材中沒(méi)有采用.八年級(jí)物理中速度的概念定義與此類(lèi)似.

分析：壓力與受力面積的比值表示物體在單位面積上所受的壓力，是受力面積相同時(shí)通過(guò)比較壓力大小來(lái)反映壓力的作用效果，比值越大表示壓力作用效果越明顯，符合人們的思維習(xí)慣，因而被教材采用.而受力面積與壓力的比值表示物體在單位壓力上的受力面積，是壓力相同時(shí)通過(guò)比較受力面積大小來(lái)反映壓力的作用效果，比值越小表示壓力作用效果越明顯，這不符合人們的思維習(xí)慣，因而沒(méi)有被教材所采用.通過(guò)與八年級(jí)速度概念建構(gòu)過(guò)程的類(lèi)比、反思與辨析，可進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生深度理解壓強(qiáng)概念內(nèi)涵.

案例10.8年級(jí)物理第10章第1節(jié)“壓強(qiáng)”教學(xué)中，教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)壓力概念的深度理解.

師：教師站在水平地面上，此時(shí)教師對(duì)地面的壓力大小與教師的重力大小相等.此時(shí)，壓力就是重力嗎？為什么？請(qǐng)同學(xué)們反思與辨析.

生：此時(shí)壓力不是重力.雖然此時(shí)壓力與重力在大小上相等，但兩個(gè)力的施力物體與受力物體不同，許多時(shí)候兩個(gè)力的方向不一定相同，且兩個(gè)力的性質(zhì)不同.

在物理概念教學(xué)中，教師適時(shí)引導(dǎo)初中生通過(guò)信息分析、深入思考、合理論辯、推理論證、綜合判斷等途徑來(lái)發(fā)展學(xué)生以批判性思維為核心的高階思維能力，在促進(jìn)學(xué)生對(duì)物理概念深度理解的同時(shí)，提高學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng).