在高中物理概念教学中提升学生核心素养

冯小源

高中物理核心素养包括物理知识及结构，物理基本观念，物理实验探究以及科学精神与价值观。心理学研究表明，一个概念的形成需要经历亲身体验和心理加工的过程，这样植入的概念才会令学生印象深刻，理解透彻。要让知识在学生的头脑中根深蒂固，则必须创设以学生为主体的物理情境，让学生在情境中感受和体验概念的形成，使学生形成立体的知识网络。不同类型的概念需采用不用的情境化策略，在具体实施过程中，需根据学生的实际情况，进行相应的细节化处理。

一、创设良好的质疑情境，培养学生合作探究能力

学生是富有个性，具有不同兴趣爱好的鲜活个体，高中学生已经经历过初中阶段物理学习过程，对某些物理概念已经形成了固有的认识。因此，教师在教学设计中，在关注概念教学目标的同时，应该更多地考虑学生已经形成的认知水平，充分考虑学生的“最近发展区”。教师应更多地考虑如何促进学生质疑，鼓励学生质疑提问，鼓励学生相互讨论、交流，通过合作探究得出结论。

【教学片段】位移概念

教师：力学的研究内容是机械运动，机械运动的定义是物体位置的变化，所以为了描述机械运动，首先应该引入一个描述位置变化的物理量。例如：我们现在要去北京，我们可以自己开车去，可以乘坐火车去，也可以乘飞机去，出行方式不同，但有一个相同点是什么？（多数同学：起点和终点相同。）那么如何来描述从无锡到北京的位置变化呢？

A生：用路程的长短来描述。

B生质疑：那不同的交通方案，路程不同，是不是说明位置变化不同呢？我觉得应该用无锡到北京的直线距离表示。

C生质疑：以无锡为圆心，以无锡到北京的直线距离为半径作一个圆，无锡到该圆上任意一点的距离都与无锡到北京的距离相同，那是不是说明无锡到圆上任意点的位置变化都和无锡到北京位置变化相同呢？

教师：同学们质疑得都很有道理。根据同学们的讨论，位置变化这个物理量应该是有长度的，但是仅仅有长度也不能精确描述，如C同学的质疑。那么请同学们想一想，在C同学质疑的基础上，要精确描述无锡到北京的位置变化，还需要注意什么？（思考一会儿，有同学回答：方向）

【评析】这种情境的创设，就为学生营造了一个身临其境的探究氛围，培养了学生积极思考、勇于质疑，以及合作探究的能力，提高了学生学习物理的积极性。

二、创设生动的实验情境，培养学生观察推理能力

物理概念教学的目的不只是使学生记住概念的内容、定义、适用条件等，而是让学生体验概念形成的过程，形成一种由朦胧到清楚的逻辑推理思维能力。教师在教学过程中要将问题的提出、探究（探究方法、策略，操作）及最终解决等过程清晰地呈现，并让学生充分体验。实验情境的创设，可以将抽象的概念具体化，可以营造出浓厚的知识氛围和探究氛围。

【教学片段】自由落体运动概念

教师：分别有两根玻璃管，管中充满空气，一根管中装有金属片，一根管中装有羽毛。同时将两根管竖立，让两个物体从管的一端开始下落，观察现象，你们得出什么实验结论？

学生：重的物体下落快，轻的物体下落慢。

教师：同样的两根玻璃管和两个物体，只是将玻璃管抽成真空，重复刚才的实验，观察现象，你们得出什么实验结论？

学生：不同质量的物体下落得一样快。

教师：那么两次实验，同样的两个物体，从同一位置自由下落，为什么现象不同？

学生：......（不知如何回答）

教师进一步引导：物理实验探究有一条基本原则，叫作控制变量。要探究某一变量对实验结果的影响，就必须控制其他变量不变。那么请同学们思考一下，两次实验的不变量是什么，变量又是什么？

A生：不变量是玻璃管，两个物体。

B生补充：两根玻璃管长度不变。

C生进一步补充：两个物体是同时下落。

……

教师：很好，同学们观察得都很仔细，能找到两次实验的很多相同之处。那么两次试验的不同之处是什么呢？

D生：第二次实验，两根玻璃管都抽成了真空。

教师追问：为什么抽成真空后实验现象就不一样了？

D生：……

E生：空气对物体的下落是有影响的。

教师：很好，同学们的推理很符合逻辑。那么也就是说，在第一次实验中，导致两个物体下落快慢不同的因素并不是两个物体的重量，而是空气。物体的形状不同，下落时受到的空气阻力不同，因而下落的快慢不同。如果没有空气阻力，两个物体下落的快慢应该是一样的。

教师引导学生归纳总结自由落体运动概念。

【评析】这种实验情境的创设，使学生产生了认知上的矛盾冲突，教师要善于从中寻找逻辑推理的切入点，按照科学的逻辑推理顺序，引导学生得出正确的实验结论，对形成物理概念有一个具体的认识。

三、创设具体的比较情境，培养学生抽象思维能力

比较教学是物理教学的常用方法，有助于学生区分知识之间的差异，深化对知识的理解，更有效地掌握物理概念的本质。比较情境的创设可以是多样化的，可以是问题情境，可以是生活情境，也可以是实验情境。不管设置何种比较情境，归根到底是要设置差异，产生矛盾和认知冲突，从而激发学生思考的兴趣，使學生在思考过程中获得知识和能力。物理概念具有独立性，不同物理概念之间具有显著的差异性，而这其中的差异性正是学生理解的难点，为了突破这种差异性理解困境，比较情境教学提供了一种正面的教学途径。通过设置比较情境，直接面对物理概念的差异性，从正面突破认识困难。

【教学片段】加速度概念

教师：请同学们思考下面的情境：一辆自行车在10s内从静止加速到10m/s，一辆汽车在10s内从静止加速到30m/s，一颗子弹在枪膛中在0.1s内速度从静止加速到30m/s，三个物体的运动状态有何差异，如何描述这种差异？用速度概念能描述清楚三个物体运动状态的差异吗？

A生：不能，子弹与汽车末速度相同，但是运动状态是不同的。

B生：不能，汽车和子弹的速度变化量相同，但运动状态不同。

教师：所以用速度以及速度变化量的概念无法描述清楚三个物体间运动状态的差异，那么请同学们想一想，应该怎样去描述这种差异呢？

学生分组讨论，给出方案：先比较自行车和汽车，相同时间内汽车的速度变化量大，所以汽车的速度变化较快；再比较汽车和子弹，在相同的速度变化量情况下，子弹所用的时间短，所以子弹的速度变化较快。因此可以得出结论：速度变化从快到慢依次为子弹、汽车、自行车。

教师追问：同学们总结得很好，那么能不能直接比较自行车与子弹的速度变化快慢，而不借助于汽车呢？

学生分组讨论，给出方案：可以比较自行车与子弹单位时间内速度变化快慢。

教师：同学们给出的方案很合理，如果两物体速度发生变化的时间不相同，可以用单位时间将时间化为相同，从而比较单位时间内的速度变化量。

【评析】比较情境的创设特别适用于通过比值法定义的物理量，比如速度、加速度、电场强度等。创设合理的比较情境，不但能使学生领悟物理概念产生的必要性和特点，深化学生对物理概念的理解，还能培养学生科学的推理能力，有助于学生形成科学的物理思想。

在高中物理教学中，情境化策略还有很多，其目的是让重要的物理概念在情境中生成，使学生易于理解并加以应用。情境的创设要基于学生的认知基础，充分结合学生的“最近发展区”。因此，概念情境化的教学策略实施，关键在于教师所掌握的学情、对物理概念的研究深度，以及如何从学生身边的生活实际去提取情境素材，将合适的素材融入到概念教学中去。