吳明磊

(無錫市堰橋高級中學,江蘇 無錫 214174)

教育的目標在于培養(yǎng)學生的學科核心素養(yǎng),以使他們逐漸形成正確的價值觀、必備品格和關鍵能力.物理學科的關鍵能力是連接物理學科核心素養(yǎng)與教學活動的橋梁.高中物理學科的關鍵能力包括理解能力、推理論證能力、模型構(gòu)建能力、實驗探究能力和創(chuàng)新能力[1].這些物理學科的關鍵能力具體化了物理學科核心素養(yǎng),有助于教師將素養(yǎng)目標轉(zhuǎn)化為具體的教學目標和教學行為,進行實踐性學習任務的設計.

1 分析物理數(shù)據(jù),培養(yǎng)觀察理解能力

分析物理數(shù)據(jù)是理解和應用物理知識的重要一環(huán).通過開展實踐學習任務,學生將接觸到真實的物理數(shù)據(jù),并對其進行整理、處理和分析,可以提高觀察理解能力,能夠有效地提取信息、找出規(guī)律和進行合理的推論.

例如,教學新人教版高中物理必修一第二章《勻變速直線運動的研究》第4節(jié)《自由落體運動》時,教師可以先帶領學生開展實驗,在實驗中得出一組關于物體的自由落體運動的數(shù)據(jù),要求學生分析并解釋重力加速度的概念.教師:“同學們,今天我們將討論自由落體運動以及重力加速度的概念.首先,我將給大家一組關于物體的自由落體運動的數(shù)據(jù),請你們分析并解釋重力加速度的概念,將你們的觀察結(jié)果和解釋寫在紙上.”學生們開始觀察數(shù)據(jù)并記錄他們的觀察結(jié)果和解釋,教師請學生分享他們的觀察結(jié)果.學生A:“我觀察到在每個時間間隔下,物體下降的距離是不同的.例如,在第一個時間間隔內(nèi),物體下降了2 m,在第二個時間間隔內(nèi),物體下降了4 m.”學生B:”我注意到在每個時間間隔內(nèi),物體下降的距離似乎是遞增的.在第一個時間間隔內(nèi),物體下降了2 m;分號在第二個時間間隔內(nèi),物體下降了4m,這意味著它下降的距離是遞增的.”學生C:“我覺得這些數(shù)據(jù)都表明重力對物體的下降產(chǎn)生了影響.物體在每個時間間隔內(nèi)下降的距離在增加,這可能意味著重力在加快物體的下降速度.”教師對學生的數(shù)據(jù)分析結(jié)果給予肯定并請學生對重力加速度的概念進行解釋總結(jié).教師:“非常好!你們對重力加速度的概念有了很好的理解.重力加速度的大小是9.8 m/s2,這意味著在自由落體運動中,物體每秒鐘的下降速度將增加9.8 m/s.這是一個重要的物理概念,對于我們理解自由落體運動非常重要.”通過數(shù)據(jù)分析初步了解了重力加速度的概念后,教師要求運用重力加速度的概念,通過計算來預測物體在不同時間間隔下的下降距離,并在小組中討論分享自己的想法.

通過觀察和分析數(shù)據(jù),學生可以親自動手進行實驗、觀察和記錄數(shù)據(jù),不僅有助于深入理解自由落體運動和重力加速度的概念,還能夠增強他們對實驗過程的理解和掌握,培養(yǎng)其實踐操作能力.

2 驗證物理結(jié)論,培養(yǎng)推理論證能力

在驗證物理結(jié)論的實踐過程中,學生可以親自參與實驗設計、數(shù)據(jù)采集和分析等科學探究過程,培養(yǎng)他們的觀察、實驗設計、推理和問題解決能力.這種實踐學習任務強調(diào)邏輯推理、實證驗證和證據(jù)支持,培養(yǎng)學生的科學思維能力,使他們能夠更好地理解和應用物理知識[2].

例如,教學新人教版高中物理必修二第八章《機械能守恒定律》的第5節(jié),教師可以指導學生通過開展實驗來驗證機械能守恒定律.教師:“今天我們將通過開展實驗來驗證機械能守恒定律.在這個實驗中,我們將使用一個簡單的裝置來觀察和測量機械能.首先,讓我們回顧一下機械能守恒定律的基本內(nèi)容.”學生回答:“機械能守恒定律是指在不受外力和非彈性碰撞影響的情況下,系統(tǒng)的機械能保持不變.機械能由動能和勢能組成,動能與物體的速度有關,勢能與物體的位置有關.”接下來,教師指導學生通過小組合作進行實驗來驗證這個定律.學生將使用一個小球和一個簡易的斜面來進行實驗.首先,學生可以使用測量工具,如尺子和計時器,來測量小球滾下斜面的滾動距離和時間.通過這些數(shù)據(jù),可以計算出小球的速度和高度.教師提醒學生在實驗過程中需要確保實驗環(huán)境的穩(wěn)定性,斜面應該固定在桌子上,確保不會晃動;此外,小球的質(zhì)量需要保持不變,以便能夠準確地進行實驗.學生開始實驗,并記錄他們的數(shù)據(jù).教師要求學生完成實驗后將數(shù)據(jù)記錄在實驗報告中,并計算小球的機械能;然后,比較不同位置的機械能是否相等.學生在實驗過程中分享了自己的發(fā)現(xiàn),學生A:“小球滾動下來的過程中,動能逐漸增加,而勢能逐漸減少.”教師:“非常好!那么,在小球滾動的過程中,你們觀察到了什么現(xiàn)象?”學生B:“我們發(fā)現(xiàn),無論小球滾動到哪個位置,動能和勢能的和保持不變.”學生完成了實驗和數(shù)據(jù)分析后,教師請每個小組派一名代表上臺展示實驗結(jié)果和數(shù)據(jù)分析,并解釋他們的數(shù)據(jù)和結(jié)論.學生總結(jié):“我們的實驗結(jié)果表明,在只有重力做功的情況下,小球的機械能總量保持不變.”最后,教師總結(jié)課堂內(nèi)容,并強調(diào)機械能守恒定律的重要性.

通過設計驗證物理結(jié)論的實踐學習任務可以幫助學生培養(yǎng)科學思維方式,包括觀察、提出假設、設計實驗、收集數(shù)據(jù)、分析結(jié)果和得出結(jié)論等步驟.這種思維方式和實踐過程有助于培養(yǎng)學生的推理論證能力,增強動手能力.

3 構(gòu)建物理模型,培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)造能力

構(gòu)建物理模型可以幫助學生將抽象的物理概念轉(zhuǎn)化為具體的形象或圖像.通過實際操作和觀察,學生能夠更容易理解和記憶物理知識,更深入地理解物理原理和現(xiàn)象.同時,這種過程也培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新思維和解決問題的能力,激發(fā)了他們的學習興趣和探索精神.

例如,教學新人教版高中物理必修三第十三章《電磁感應和電磁波初步》第3節(jié)《電磁感應現(xiàn)象及應用》時,教師可以指導學生構(gòu)建一個簡單的電磁感應裝置,用于解釋電磁感應原理.教師:“同學們,今天我們將學習電磁感應現(xiàn)象,為了更好地理解這個概念,我們將一起動手制作一個簡單的電磁感應裝置.”學生各自準備好所需的材料:一個銅線圈、一個鐵芯、一個磁鐵和一個電流表.

教師簡單介紹電磁感應現(xiàn)象的原理后,指導學生使用銅線圈和鐵芯來構(gòu)建一個簡單的電磁感應裝置.教師:“請將鐵芯插入銅線圈的中心,確保鐵芯能夠完全穿過銅線圈.然后,將電流表的兩個引線分別與銅線圈的兩端相連.”學生按照指導開始組裝,完成后測試裝置,按照教師指導將磁鐵靠近銅線圈的一端,觀察電流表的讀數(shù).學生可以發(fā)現(xiàn)電流表的指針移動.教師請學生解釋此現(xiàn)象:“這說明實驗中產(chǎn)生了感應電流.當磁鐵靠近銅線圈時,磁場的變化導致了感應電流的產(chǎn)生,從而使電流表的指針發(fā)生了偏移.”教師提問:“如果我們不同快慢改變磁鐵的位置會發(fā)生什么現(xiàn)象?”學生嘗試將磁鐵不同快慢移動,并觀察電流表的讀數(shù),發(fā)現(xiàn)當磁鐵快速靠近銅線圈時,電流表的讀數(shù)較大;當磁鐵緩慢離開銅線圈時,電流表的讀數(shù)較小.教師為學生解釋此現(xiàn)象:“這是因為當磁鐵快速靠近銅線圈時,磁場的變化快,產(chǎn)生的感應電流也較大.當磁鐵緩慢離開銅線圈時,磁場的變化慢,感應電流也相應較小.”

構(gòu)建物理模型需要學生進行問題分析、創(chuàng)意設計和解決方案的實現(xiàn)過程,在構(gòu)建物理模型的過程中,學生需要運用科學的方法和思維,通過探究、實踐、修正等過程,逐步形成自己的科學思維,可以進一步拓展思路,提高創(chuàng)新創(chuàng)造能力.

4 設計物理實驗,培養(yǎng)問題探究能力

設計物理實驗需要學生分析問題、制定實驗方案、選擇合適的儀器和測量方法等,這樣可以培養(yǎng)學生的問題解決能力和創(chuàng)新思維能力.同時,在實驗過程中,學生還需要分析實驗結(jié)果、總結(jié)規(guī)律,培養(yǎng)學生的觀察、分析和歸納能力.

例如,教學新人教版高中物理選修三第一章《分子動理論》的第2節(jié),教師可以引導學生自主設計實驗——用油膜法估算油酸分子的大小.教師:“同學們,今天我們要進行一項實驗,通過油膜法來估算油酸分子的大小.首先,你們需要了解油膜法的原理,以及如何利用它來估算分子的大小.”在了解了油膜法后,學生將自主設計實驗步驟,教師可以給予一些指導,但是具體的實驗方案需要學生自己討論和決定.學生首先確定了需要的實驗器材:油酸溶液、玻璃片、顯微鏡、毛細管、計時器和稱量器等.接下來,學生開始討論實驗步驟.學生A:“我認為我們可以先將一滴油酸溶液滴在玻璃片上,然后利用毛細管將玻璃片傾斜,使油酸溶液在玻璃片上形成一個薄膜.”學生B:“然后我們可以用顯微鏡觀察油膜的厚度.”學生C:“我覺得我們還需要測量油膜的面積,這樣我們可以計算出體積.”教師:“很好,你們的想法很不錯.接下來,你們需要確定如何測量油膜的厚度和面積,并且要注意如何控制實驗的條件以保證實驗結(jié)果的準確性.”學生繼續(xù)討論實驗步驟并且形成初步的實驗方案,由一名學生總結(jié):“我們計劃使用顯微鏡測量油膜的厚度,使用標尺測量油膜的面積.我們還打算進行多次實驗,然后取平均值以增加結(jié)果的可靠性.”學生按照實驗方案開始實施實驗,并記錄實驗數(shù)據(jù)和觀察結(jié)果,教師在實驗過程中可以給予一定的指導和幫助.學生開始進行實驗,并記錄實驗數(shù)據(jù)和觀察結(jié)果,整理好實驗數(shù)據(jù),計算出油酸分子的大小.學生匯報實驗結(jié)果:老師,我們完成了實驗,并根據(jù)測量的數(shù)據(jù)進行了計算,我們得出的油酸分子的大小約為2 nm.”

5 結(jié)束語

物理學科關鍵能力是物理學科核心素養(yǎng)的重要組成,在高中物理教學中注重關鍵能力發(fā)展是落實核心素養(yǎng)的重要內(nèi)容[3].因此,指向?qū)W科關鍵能力的實踐性學習任務的設計應注重學生的主動參與和實踐操作,以培養(yǎng)學生的實際應用能力和問題解決能力.通過實踐性學習任務的設計和實施,提高學生的學習興趣和動力,提升他們在物理學科中的核心素養(yǎng).