基于“學習即研究”觀點的核心素養培養策略

吳 敏 劉霽華

(1. 江蘇省常州市第二中學,江蘇 常州 213003; 2. 江蘇省常州市教育科學研究院，江蘇 常州 213001)

物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任構成了物理學科核心素養的4大方面．所以“素養不只是知識與技能,它是在特定情境中、通過利用和調動心理和社會資源(包括技能和態度)、以滿足復雜需要的能力”．要培養學生的核心素養,就要在教學中立足學生主體,全面發展學生的學科能力、必備品格和價值觀念．那么在物理課堂上如何體現核心素養培養的要求呢?

1 “學習即研究”觀點

“學習即研究”觀點”[1]認為:科學學習的本質是研究,學習者就是研究者,學習過程就是研究過程．這個過程要依據學生的真實思維、構建真實的情境、以問題為紐帶、實現過程的體驗和和方法的運用,并在質疑評價中推進研究成果的深入和發展．學習的目的包含研究本身,不惟結論、不拘形式．這一觀點確立了學生的主體地位,特顯了學習的本質,為當前核心素養的培養提供了有效策略．

2 “學習即研究”觀點的核心素養培養策略

按照“學習即研究”觀點,要落實素養培養的要求,就要用研究的觀點設計學習、用研究的方式組織學習、用研究的過程深化學習、用研究的文化豐富學習．下面以江蘇省高中物理優課一等獎《動量 動量定理》為例來談談“學習即研究觀點”下的具體的做法,以期和同行們共同交流．

2.1 體現研究的選擇性——回歸物理學的學科本質

素養培養的課堂,要選擇能促進素養發展的內容在課堂開展討論,這里最重要的途徑就是回歸本質．本質中包含著理性思維的魅力、過程與方法的精妙、求真求美的精神,是培養學生科學觀念、科學思維、科學探究和科學態度等核心素養的最重要素材．只有在本質中才能體驗科學思維的過程、促進物理觀念的形成,在知識層面則由知道上升為領悟．但本質具有隱蔽性、復雜性、抽象性,對本質的學習需要教師的挖掘和設計．如本節選擇的“動量是矢量”的教學設計如下.

師:動量是矢量還是標量?(研究問題1)

生:矢量,因為速度是矢量．(此時學生處在“知道”的水平)

師:為什么動量定義成質量與速度的乘積?為什么不像動能那樣,v指的是速度的大小呢?

生:……(疑惑,在本質性的問題面前產生了思維沖突,引發了問題的研究)

師:展現二維碰撞的實驗視頻和合成的頻閃照片(圖1)．引導學生理解在時間間隔相等的情況下用距離來替代速度的大小,從而計算出碰撞前后的動量,畫出動量的圖示(圖2),很快就發現前后動量之和不變滿足的是平行四邊形定則(圖3)．

圖1

圖2 圖3

生:哦,原來動量果真是失量!(知其然更知其所以然——碰撞中動量這個不變量遵循的是矢量的守恒,所以動量才是矢量,這才是動量矢量性的本質! 也許學生內心還能聯想到了上節課反方向碰撞要相減,聯想到機械能守恒是標量的守恒,所以動能是標量．)

通過對本質的回歸,選擇了有價值的研究問題,學生獲得的不僅是知識結論,而是理論依據和形成過程,這就從原來的知道上升為領悟,感受到了科學方法和嚴謹態度,實現核心素養多個維度的培養．下面的幾個研究的問題也都體現了這種選擇性,研究的選擇性要注意循序漸進的原則——置疑不等于置難!比如本節課我們并沒有對沖量的方向進行復雜的討論,還是先分析和力的方向一致的簡單情況,就是基于這樣的考慮．

2.2 體現研究的曲折性——基于學生主體的本位思維

研究的過程不可能是一帆風順的,忽視學生主體地位、一步到位、包辦代替等方式是偽研究的表現,難以實現學生素養的提升．課堂要立足學生的本位思維,把質疑評價等環節引入課堂,體現研究過程的曲折性,促進學生批判性思維的發展．本節課中推演動量定理的過程就體現了這樣的策略.

生:兩同學展示頭頂足球的表演,其他同學看著興趣盎然．

師:在頂球的過程中,足球的動量變化了嗎?

生:變化了．

師:請頂球的同學說說他的頭部感受．

生:有點疼! (笑)

師:請用物理的語言表達“有點疼”．

生:有力的作用．

師:對!那么力與動量變化有什么關系?(研究問題2)

建立模型(如圖4所示):

圖4

理論推導:F=ma=m(v2-v1)/t.

得出結論:Ft=mv2-mv1.

質疑評價:同學們討論,對上述研究過程有疑問嗎?

生:如果不光滑、力的方向和速度方向不一致或者變力情況怎么辦呢?

師:非常好!不光滑,這要把上述恒力看成是合力就解決了;如力的方向和運動方向不一致,我們在前面討論動量的矢量性的實驗中已經看到,這時動量變化應該用平行四邊形法則處理．變力,其實前面同學頭頂球的力就是變力．

師:那么變力與動量變化有什么關系?(研究問題3),結合過去的學習經驗,思考一下變力問題我們如何處理?

生:把時間分割成一小段一小段處理(遷移)．

圖5

師:根據下面的3幅圖(圖5—圖7),引導學生用微元法逐步進行變力的研究．

圖6 圖7

如果把時間劃分很短,每一小段里就可看成恒力,得到這樣的一系列表達式:

F1Δt=mv1-mv0,F2Δt=mv2-mv1,F3Δt=mv3-mv2,……FnΔt=mvn-mvn-1.

把這些式子全部累加起來,就得到這樣一個表達式

F1Δt+F2Δt+F3Δt…+FnΔt=mv1-mv0+mv2-mv1+mv3-mv2…+mvn-mvn-1=mvn-mv0.

而F1Δt+F2Δt+…+FnΔt在圖像上表示無數個小矩形面積之和,當時間間隔劃分得趨于0,就變成了圖線與時間軸所圍的面積,這個面積叫力與時間乘積的累積(圖7)．

得出結論:力(恒力或變力)與時間乘積的累積等于這個過程初末動量的變化．

質疑評價:前面我們由特殊到一般,并利用微元法,等到了一般性的結論,但是理論推導的結果必須通過實驗驗證,才是可靠的(科學態度)．

實驗驗證:讓一輛229g小車去碰力的傳感器,力傳感器能采集到碰撞中的實時作用力,用光電門完成對速度的測量(圖8),通過朗威8.0版變力與動量變化的關系專用軟件采集處理數據,動量變化為0.251kg·m/s,沖量(面積值)為0.252N·s(圖9),兩者符合的很好．

圖8

圖9

通過質疑評價環節,對特殊條件下獲得的結論的質疑,生成出一般條件下的問題;對一般性結論的質疑,生成了理論探究的成果需要通過實驗檢驗的實證思想;展示了研究的曲折過程,體現了思維由淺入深、由表及里的發展過程,將學生的思維引向更高的層次．質疑批判是布魯姆能力目標的高級層次,因此是培養學生科學探究能力、嚴謹認真的科學態度等核心素養的重要手段．要想提高學生的科學探究的能力,理應在課堂教學的環節中滲透質疑的意識,批判的精神．

2.3 體現研究的思想性——注重思想方法的滲透與熏陶

物理知識的學習過程,離不開思想方法、程序方法．古人說:“授人以魚,只供一飯之需,教人以漁,則終身受用無窮”．重視知識與方法的統一性,在教學中滲透思想方法的內容,關注思想方法的習得與領悟,是科學探究能力培養的重要內容．本節課在研究力與動量變化的關系過程中,建立模型、質疑評價、實驗驗證等步驟,不需要教師過多的講解,卻起到了對學生的科學方法和科學態度的熏陶．使學生認識到科學研究程序的邏輯性,研究過程中顯化的微元法、從特殊到一般的研究方法,必然會凝練為學生的核心素養．

2.4 體現研究的人文性——注重物理教學的情感滲透

科學態度與責任,靠灌輸難以培養,要依據物理學的學科特點,創設充滿人文品味的物理課堂．物理學發展的過程是人類認識世界的過程,物理教學理應展示物理學的文化品位、體現自然的和諧統一．如本節課在討論動量的矢量性后,筆者給學生介紹了科學家對動量的認識過程及笛卡爾、惠根斯、牛頓在動量概念建立過程中發揮的關鍵作用,使他們認識到科學探究從來都不是一蹴而就的,科學發展的道路是曲折的．在本節課的結尾,筆者對“力與運動的關系”的討論也是體現了物理學特有的魅力,激發了學生對自然本真的感悟和對物理學的贊美之情．

師: 力與運動這個看似簡單的問題,曾困擾了人們數千年,人們理清力與運動的關系也經歷了一個復雜的過程,那么我們學過哪些描述力與運動的關系式?

生:動量定理算一個吧!

師:當然,還有嗎?

生:動能定理．

生:牛頓第二定律．

師:總結的很好!動能定理和動量定理都可以從牛頓第二定律推導出來,這3個關系式是否有重復的嫌疑?

生:……

師:它們各自描述問題的角度一樣嗎?

生:不一樣,(恍然)動量定理是從力對時間累積的角度……

師:哦!那動能定理,牛頓第二定理又是從哪個角度?

生:動能定理是從力對空間累積的角度,牛頓第二定律說的是力的瞬時性問題!

師:說的太好了!看來,物理學家對力與運動的關系的認識是多角度,多元化的,這種多元的認知方式使得人類對自然的認識逐步走向全面和深刻!

2.5 體現研究的主體性——落實學生主體的自主參與

“學習即研究”觀點認為,學習者即研究者,否則不能稱為研究,只能被認為是灌輸．物理學習的重要價值是發現,而不是簡單的給予．從激疑生趣的雞蛋砸碎彩鋼板的實驗開始,到概念的建立,規律的形成,以及運用規律解釋實驗現象、認識緩沖原理、完成抽桌布實驗等研究的過程都是建立在學生的主體需求上的．這個需求不是過去的被動接受,而是通過選擇性、參與性、曲折性等過程形成的成就性學習心理的需要．本節課的全過程正是在調動學生的這種需求的基礎上完成的,以真正促進學生核心素養的發展．

3 結語

當前教學惟知識、惟書本、惟結論;過程缺失、批判缺失的根本原因與其說是考試等各類評價機制的制約,不如說是廣大教師對學習本質缺乏深刻理解,上述案例可以看出,“學習即研究”觀點下的教學過程體現了學習過程就是研究過程的學習本質、落實了學習者就是研究者的要求,為當前課堂落實培養學生核心素養的教學目標提供了有效方案和策略．