基于核心素養的物理課程創新教育的策略
——以高中魯科版教材為例

李新疆

（連江尚德中學，福建 連江 350514）

黨的十九大報告中指出，創新是引領發展的第一動力，是建設現代化經濟體系的戰略支撐。創新的培養在于教育，物理本身就是一種具有實踐性和創造性的學科，在物理學科開展創新教育具有得天獨厚的優勢。物理學科的核心素養包括物理觀念、科學思維、科學探究和科學態度與責任等四個要素。本文基于核心素養的視角談談高中物理課程實施創新教育的策略。

一、鼓勵質疑的科學態度，催生創新動力

清華大學錢學森班首席教授鄭泉水指出：“對科學發現或技術創新有著極強的志趣和追求卓越的內在動力是創新素養重要維度?！保?］發現問題并提出問題是創新活動的起步，是創新內生動力的體現，而質疑是其前提。質疑，指帶著否定的觀點或批判性的思維來審視事物并提出疑問，它要求質疑者具有不迷信權威并敢于挑戰權威的勇氣。因此，鼓勵學生質疑是開啟學生創新動力的重要途徑。

（一）鼓勵學生在日常生活觀察中質疑。生活是課程知識的形成基礎，物理課程知識源于生活。由于認知與經驗的局限性，日常生活中存在著諸多值得質疑的事物：公路拐彎處為什么要修成外高內低？為什么跳高技術中的“背越式”會取代“跨越式”？電子鐘的計時原理是什么？微信中的視頻圖像是如何傳遞的？等等，這些既是學生司空見慣但又是學生不明物理的現象。如果學生能提出這些疑問，那么這何以不是一種良好的好奇心或強烈的求知欲望，而這種好奇心或求知欲望往往催生著創新動力。

（二）鼓勵學生在課程學習中質疑。教材是課程學習的藍本，但顧及到學生的認知能力與水平的欠缺，其中不少的物理規律僅是定性研究，然而在表述方面又是定量描述。如單擺周期規律，教材實驗僅研究了振動周期與擺角、擺球質量、擺長這三個因素關系，然后直接給出單擺周期公式 T=2π g?？梢哉f，幾乎所有的學生對公式中的2π和根號形式都感到茫然，這就是學生值得質疑的內容。另外，教材中的“空白點”也是學生的質疑之處。在儀表讀數方面，學生以前只掌握了最小刻度為1/10分度的讀數方法，然而對于諸如最小分度為0.02A的安培表量程和最小分度為0.5V的伏特表量程的估讀就存在著疑問。對于學生的質疑，有的可以在課堂內解決，有的則可以讓學生在課外自主探索，教育的主要目的是通過質疑活動來催生學生的創新動力。

二、融物理觀念于史實，培養創新意識

在課程教學中適當地融入某些物理史實，尤其是人們在探究發現過程中曲折的經歷和另辟蹊徑的突破故事，既可以培養學生的創新意識，促使學生認識科學探究與發現的艱巨性，還可以使學生領悟堅毅力是從事科學創新的必備品質。

（一）突破原有傳統觀念。庫侖定律是電學中最基本且又是最重要的物理規律，它揭開了電學領域定量研究的序幕，其中庫侖扭秤的問世對庫倫定律的驗證起著重要的作用。然而庫侖扭秤的問世并不是一蹴而就，而是庫侖能以富蘭克林的“電荷表面分布”理論為實驗技術基礎，以普利斯特利的“電荷間作用力與距離平方成反比”的預言為指針，以卡文迪許實驗思想為借鑒，從而巧妙地設計了庫侖定律扭秤實驗。［2］如果教學中融入這些過程史實，那么就可以促

l使學生樹立科學發現中的團隊合作意識、重視吸納他人研究成果、勇于開拓進取等有關如何創新的各種意識。由此看出，在科學研究中能夠突破原有傳統觀念，勇敢地接受新事物，保持一種創新的思想是非常的重要。

（二）樹立科學觀念意識。庫侖扭秤實驗僅驗證了“庫侖力與電荷間距離平方成反比”的事實，對于“庫侖力與兩電荷電量乘積成正比”的結論，學生自然會提出質疑。當教師指出庫侖是借助牛頓的萬有引力的力學模型而進行類比推理而得到的，那么學生又會樹立科學觀念意識。庫侖扭秤實驗僅是驗證同種電荷間的排斥力，對于異種電荷間的吸引力，教師又可以介紹庫侖借鑒力學單擺模型而類比設計了電擺實驗，并依據單擺原理來類比推證異種電荷間的庫侖力也與距離平方成反比。［2］這樣的史實融入，既可以強化學生的科學觀念意識，又可以促進學生形成嚴謹的科學創新意識。

三、突出實驗科學思維，啟迪創新智慧

突出實驗的科學思維，不僅是物理課程教學的應然要求，也是實施創新教育的重要途徑。

（一）重視引導學生嘗試實驗設計活動。重視實驗設計是新課程標準的基本要求，也是有效增強科學探究精神和思維能力的重要手段。如“摩擦力大小與壓力關系”的研究實驗，學生在初中曾依據二力平衡原理（滑塊所受的摩擦力等于彈簧秤拉力）做過了定性實驗，學生熟知，能否控制滑塊做勻速運動是該實驗設計的難點。對此，教學中就可以要求學生重新設計新的實驗裝置，以繞開這個難點。如果學生能想到“彈簧秤與滑塊連接并固定，在滑塊下增設一塊木板，在抽動木板中，滑塊保持靜止，從而得到摩擦力等于彈簧秤拉力”的實驗方案，這何以不是一種創新性的實驗設計?

（二）改教材中的定性實驗為定量實驗。物理實驗改革是物理課程教學改革的重要組成部分，新課標要求教學中不能拘泥于教材內容，改教材的定性實驗為定量實驗，是根據教學實際情況創造性使用教材的一種探索，有助于科學思維的培養。如“探究安培力”的定性實驗，教學中就可以引導學生改為定量研究實驗。在實驗設計中，對于如何確定安培力的大小，如何研究安培力大小與導體長度、電流大小、磁感應強度大小這三者之間的關系，課題中會出現各種各樣的方案，有的可能是某種知識與原理的巧妙應用，有的可能僅是一種符合科學原理但又不便于實際操作的思想性方案，等等，這些都能見證學生的思維與智慧得到一定的激發或啟迪。

四、基于科學探究引導探究，促進創新實踐

前面所說的在實驗教學中引導學生嘗試實驗設計雖是一種創新實踐，但在質和量方面還不能滿足創新實踐教育的要求，必要的做法是注重引導學生開展課外自主的探究性學習。

（一）利用教材內容的“空白點”開展課外探究。教材由于篇幅限制或編寫意圖的需要往往留下許多“空白”之處，如果教師能抓住這些“空白點”，會給師生留下了廣闊的課外探究空間。如在“測定電源電動勢和內阻”實驗中，安培表的內接或外接都會給測量結果帶來系統誤差。教材僅介紹了安培表內接或外接測電阻的系統誤差分析方法，其潛在意圖就是要求學生能借助測電阻的誤差分析方法來分析電動勢和內阻的測量誤差，這既是教材留下的“空白點”，又是教材在誤差分析方法拓展運用方面的“延伸點”。為促進學生的課外創新實踐，教學中就可以引導學生分析“電動勢和內阻的測量誤差原因”并探究消除測量誤差的測量手段與方法。在誤差分析方面，有的學生可能會依據電路原理并采用數學形式進行演變或推理，也可能有的學生會采用圖像方法來對誤差進行定性分析。在探究消除系統誤差方面，學生可能會想到改進電路，也可能引入某個參數已知的電路元件等。

（二）利用教材實驗的“延伸點”模擬科學探究。挖掘高中物理教材實驗“延伸點”的銜接，將教材實驗進行有效整合，是物理實驗探究教學的有效補充和延伸。如學完牛頓運動定律后，引導學生自主探究水平面上“兩滑塊碰撞是否動量守恒”問題?！皠恿渴睾愣伞睂儆诟叨聦W期學習的選修內容，然而對于現階段的學生來說，無疑是一種真實的探究創新。在啟發引導方面，教師可以提出“你將設計怎樣的實驗裝置”“在重復實驗中如何獲得相同的初速度”“如何確定碰前初速度和碰后速度大小”“能否依據牛頓運動定律與運動學規律來論證系統動量守恒”等問題，用以啟發并促進學生的探究活動。