顯化科學方法教學培養學科核心素養

摘要：隨著新課程改革的深入，傳統的課程標準體系逐漸向以個人終身發展、終身學習為主體的核心素養模式轉化，核心素養成為新課程改革深化的新目標.在物理概念和物理規律的教學中有意識地顯化科學方法教育，是培養學生學科核心素養的途徑之一.

關鍵詞：高中物理 ；核心素養 ；科學方法

基金項目：2017年度甘肅省“十三五”教育科學規劃課題“物理學科核心素養教學實踐研究”，項目編號：GS[2017]GHB3252.

作者簡介：施曉紅（1971-），男，甘肅張掖人，教育碩士，中學高級教師，研究方向：高中物理學科核心素養教學實踐.

隨著新課程改革的深入，以學科知識結構為核心的傳統課程標準體系逐漸向以個人終身發展、終身學習為主體的核心素養模式轉化，發展學生核心素養成為新課程改革深化的新目標.

在教育部2017版的《普通高中物理學科課程標準》中，明確指出：中國學生發展核心素養是黨的教育方針的具體化、細化.“普通高中的培養目標是進一步提升學生綜合素質，著力發展核心素養，使學生具有科學文化素養和終身學習能力，具有自主發展能力和溝通合作能力” [1] .

物理學科的核心素養是學生在接受物理教育過程中逐步形成的適應個人終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力，是學生通過物理學習內化的帶有物理學科特性的品質，是學生科學素養的關鍵成分.主要包括：物理觀念、科學思維、實驗探究、科學態度與責任.物理核心素養的四個方面是相互聯系、共同發展的.

本文僅就高中物理核心素養之中的科學思維的培養談一點淺見.

物理科學思維蘊含在具體的物理思維方法之中，而顯化物理科學方法，能有效地發展學生的科學思維、培養學科核心素養.下面以高一教學中涉及的物理思維方法教育為例.

1理想模型法

在高中物理必修一（人教版）第一章第一節“質點 參考系 坐標系”中，學生第一次接觸理想模型法.教師應該在第一節和第一章教學后反復滲透強化理想模型法在學生頭腦中的認識和作用：理想模型法是物理學研究問題的一種基本研究方法，也是中學物理解題的一種常用方法.這種方法把所研究的物理對象、物理過程等進行科學地抽象，抓住主要因素，拋棄和忽略次要因素、無關因素，使人們能集中全力掌握研究對象在某些方面表現出的本質特征或運動規律.事實證明，這是一種研究和解決物理問題的有效方法.

從高一開始反復滲透，學生在理解后繼課程中的勻變速直線運動、自由落體運動、平拋運動、勻速圓周運動、質點、點電荷、理想氣體、光線等理想化模型時會越來越輕松、自然，從而提高自己終生學習的能力.

2等效法

在高中物理必修一（人教版）第一章第三節“運動快慢的描述—速度”中關于“平均速度”概念的教學.教材中給出的平均速度表達式與前面速度的表達式在形式上完全一樣，但在理解上有差別.

教材并沒有往清楚里說，就需要教師來補充和挖掘.平均速度的定義用到了等效的思想：把實際的變速直線運動假想成勻速直線運動，該勻速直線運動的位移和時間與實際直線運動的平均快慢程度（變速直線運動）完全相同，即兩者等效.那么，該勻速直線運動的速度就用來表示實際的變速直線運動.這樣平均速度的表達式就與前面速度的表達式在形式上完全一樣了.

等效方法，是“在保證某些特定方面效果相同的前提下，用理想的、熟悉的、簡單的事物代替實際的、陌生的、復雜的事物進行研究的方法”.

等效方法，是一種在科學研究中的實際 “操作”方法，這種操作貫穿在所有的研究過程中，它的核心是“保持某些特定方面效果相同”.等效方法的最杰出運用案例就是愛恩斯坦建立在“重力與加速度等效”思想上的廣義相對論的創立.在中學物理中，概念的歸納、規律的得出，無不涉及到等效方法.而學生頭腦中有了“等效思想”的理解，在后繼教學中的“重心”“合力”“分力”“運動的合成與分解”“交流的有效值”等概念、氣體的狀態變化過程可以進行等效變換，用特殊變化過程替代任意變化過程，電學中的等效電路、電磁感應中的等效切割長度等物理概念的形成自然會水到渠成，既減輕了學生的思維負擔，又培養了學生終身學習的能力，即培養了學生的核心素養.

3微元法

在高中物理必修一（人教版）第二章第三節“勻變速直線運動的位移與時間的關系”的教學中.教材的編寫意圖是由勻速直線運動的v-t圖線面積的物理意義來猜想勻變速直線運動的位移：應用勻速直線運動的結論，把勻變速直線運動的時間劃分成無數小段，這樣每一小段內物體的運動可近似地看成勻速直線運動，那么所有的小矩形的面積之和就代表做勻變速運動物體的位移.為了進一步減小誤差，只有把每一小段時間分的更短，假如把整個過程的時間分成無數微小的時間間隔，在每一個微小的時間間隔內，速度的變化非常小，假如分得足夠小，就可認為在每一個微小的時間間隔內速度不變，這樣，就可將每一個微小時段按勻速直線運動來處理，這樣，所有小矩形的面積之和就越來越接近于圖線與坐標軸圍成的面積了，可以大膽地推測，如果沒有誤差，兩者相等.這種思維方法就是微元法.

微元法是分析、解決物理問題中的常用方法，也是從部分到整體的思維方法.這種方法的核心是為了應用已知結論解決復雜問題而將研究對象或過程進行無限分割，找到規律，再累計求和，達到了解整體.如后繼教學中：一般的曲線運動的處理，重力做功特點的歸納，用電場的疊加原理處理一般帶電體問題等都用到了微元法.使用此方法可以處理比較復雜的曲線運動問題、變力做功問題、多過程問題，在本節教學中有意識地顯化這種方法的教學，給學生滲透微元的思想，可以極大地提高學生解決復雜問題的能力，培養學生的科學思維能力.

4圖象法

在高中物理必修一（人教版）第一章第四節“實驗：用打點計時器測速度”中“用圖象表示速度”，是高一學生第一次接觸物理圖象，從一開始就引導學生認識圖象的作用和優點，重視物理圖象.一個物理過程的變化往往可以用幾個物理量的變化去描述，這些物理量之間的內在聯系就反映了這一物理變化的規律.物理規律用函數式表示就是物理公式，若用函數圖象表示就是物理圖象.物理圖象能形象、直觀地表達物理量間的關系，能方便地表示一些實驗規律，還能清晰地顯示物理動態變化過程，使物理問題簡單明了.運用物理圖象解決問題可把“數”轉化為“形”，用幾何量代替物理量，把復雜的代數運算轉化為簡單的幾何運算，從而使解題過程簡潔迅速，達到化難為易、化繁為簡的目的.

因此，運用圖象法解決問題是培養運用數學知識解決物理問題的行之有效的科學思維方法.

5極限法

在高中物理必修一（人教版）第一章第三節“運動快慢的描述—速度”中關于“瞬時速度”概念的教學.教材在介紹瞬時速度的概念時，首先從平均速度出發，提出從t到（t+△t）這段時間間隔內，△t越小運動快慢的差異也就越小，運動的描述就越精確.然后，在此基礎上，再提出若△t趨向于零時，就可以認為△t的平均速度就是t時刻的瞬時速度.這里就用到了“極限思想”.

所謂極限法，是指用極限概念分析問題和解決問題的一種數學方法.極限法在現代數學以及物理等學科中有廣泛的應用.例如，高中物理中的“瞬時速度”“瞬時加速度”等的定義就借助了極限的思想.在高一的物理概念教學中逐步滲透這種極限思想，為后繼的學習做了很好的鋪墊，也為學生升入大學的學習打下了堅實的基礎，實際上為學生的終身發展奠定了基礎.

除了以上科學方法外，還有整體法、隔離法、類比法、假設法、估算法、近似法等科學方法，可以說物理概念的形成和應用，物理思維的形成，無一不涉及科學思維方法.從高一物理教學的第一個概念、第一個規律開始就重視科學思維方法的介紹、滲透和應用，對于發展學生科學思維、培養學科核心素養會起到很大的作用，更加有利于學生的終身發展.

參考文獻：

[1]教育部.普通高中物理課程標準[M].人民教育出版社，2017.