从知识重现到知识重演促进学生科学思维发展

摘 要：我们要从传统的知识重现的物理教学转变为培育核心素养为主的知识重演的物理教育。本文通过三个教学实例，通过让学生重演物理知识的发展过程来促进学生科学思维的发展，提升核心素养。

关键词：核心素养；知识重演；科学思维

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2017）10-0077-3

1 物理教学应从知识重现走向知识重演

目前普遍存在的教学方式是使知识重现，是从中间教起——教的是结论，学到的是技巧。如果物理教学仅以知识为线索展开，容易导致教学设计聚焦于知识，专注于学生获得知识，而忽视物理课程对学生物理核心素养的培养。因此，必须把核心素养作为物理教学的重要目标，将核心素养的培养落实于教学活动中。所以，我们应倡导的是另外一种教学方式，使知识重演，从开头教起——教的是思维，收获的是智慧。直接告诉知识，看起来可让学生在短时间内得到更多的知识，但却很难转化为解决问题的能力与智慧，也无助于提升他们的核心素养。

“科学思维”作为物理核心素养的其中一个方面，它是从物理学视角对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系的认识方式；是基于经验事实建构理想模型的抽象概括过程；是分析综合、推理论证等方法的内化；是基于事实证据和科学推理对不同观点和结论提出质疑、批判、检验和修正，进而提出创造性见解的能力与品质。“科学思维”主要包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等要素，发展学生的科学思维能力是重要的教学目标之一。

2 让学生重演物理知识的发生过程

学科知识只是形成学科素养的载体，学科活动才是形成学科素养的渠道。为此，要转变知识学习方式，倡导深度学习与协作学习。一切知识，惟有成为学生探究与实践对象的时候，其学习过程才有可能成为素养发展过程。

美国数学家波利亚提出发生学原理：“在教一个科学的分支（或一个理论、一个概念）时，应该让学生重蹈人类思想发展中的那些最关键的步子”。他的教学指导思想是让学生重演物理知识的发生过程，即在教师的指导下，让学生去揭示并感受物理知识发生的原因、物理知识形成的经过以及物理知识发展的方向，并借此培育学生的物理核心素养。

因此，在教学中笔者倡导的是从开头教起，让知识重演。本文将从以下三个例子说明教学中如何让学生重演物理知识的发生过程，促进学生科学思维的发展。

教学实例1 伽利略对自由落体运动的研究

学生通过前一节的学习，已经了解了自由落体运动，并且掌握了通过实验来探究自由落体运动性质的方法，对物理学史有一定的兴趣，对物理学的发展充满了热情，但对科学家发现物理规律的过程还不够了解，没有体会过物理规律发现过程的艰辛与快乐，没有体会到伽利略在科学条件及理论基础都不完备的情况下是如何克服研究困难的。因此，笔者在此节课复原了伽利略斜面实验，用到的实验器材：轨道（3.2 m）、鋼球、秒表，如图1所示。

（1）将轨道倾斜某一角度，使小球从3.0 m、2.5 m、2.0 m等三个位置由静止下滑，并记录三次时间，完成表1。

（2）改变斜面倾角，重复步骤一。

从表1中可以看出，s/t2为定值，即位移与时间的平方成正比，可以得到小球沿斜面静止下滑的过程是匀加速直线运动。如果将斜面倾角不断增大，直至90°，伽利略就大胆猜测，物体自由落体运动也是匀加速直线运动。

让学生像伽利略一样研究自由落体运动，重演伽利略的研究过程，体会其推理方法的奥妙，了解猜想的必要性，感受探究规律的几个必要过程和科学方法的重要性，从而促进学生的思维发展。

教学实例2 环形电流周围的磁场

关于磁感线和右手螺旋定则在初中《物理》中已介绍过，相比于初中，高中教材在知识深度上有所加深，更倾向于强调规律发现过程中所蕴含的物理方法和物理精神。整个中学磁场内容采用螺旋上升式的结构，即相同的内容在初、高中教材中均有呈现，但是侧重点和呈现的方式不同。在磁感线的建模过程中让学生经历猜想、实验设计、观察分析、归纳等科学探究的过程，认识用磁感线形象描绘磁场的方法，感受模型思维在物理研究中的重要作用；知道磁场虽然看不见、摸不着，但可以通过一系列的方式感知、检验，从而认识场也是一种物质存在的形态。

借助已知的通电直导线的磁感线分布图推测环形电流周围磁感线的分布，让学生画在学案上（如图2）。

采用画直为曲的方法，把通电直导线弯曲变成环形电流，模拟它周围的磁感线（如图3）。

然后，通过实验让学生观察铁屑在磁场中的排列检验猜想，得出环形电流周围磁感线分布（如图4）。

接着提出问题：右手怎样握能确定电流与磁场方向的关系？把小磁针放在环形电流中心轴线上，描绘出图5所示的图形。

安培定则（右手螺旋定则）的得出水到渠成：用右手握住圆环，让弯曲的四指所指的方向与电流方向一致，伸直的大拇指的指向就是圆环中心轴线上的磁场方向。最后，通过讨论得出不同视角下环形电流的磁感线的分布图。

本设计力求通过为学生创设多样化的学习活动，帮助学生在已有的知识和能力基础上发现新的生长点，自主构建新知识，参悟物理概念、规律形成过程中的科学方法及思维。

教学实例3 原子的核式结构模型

（1）卢瑟福由α粒子散射实验得出的实验现象是：

①绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进；

②少数α粒子发生了较大的偏转；

③极少数α粒子的偏转超过90°；

④有的甚至几乎达到180°。

（2）探究以下问题

①α粒子出现大角度散射有没有可能是与电子碰撞造成的？

α粒子质量为电子质量的7千多倍，电子的质量很小，它不会影响α粒子的运动。就像子弹打尘埃，一粒尘埃不能影响子弹的飞行一样。所以，α粒子穿过原子，α粒子撞击电子不会发生明显偏转。endprint

②按照葡萄干布丁模型，α粒子在原子附近或穿越原子内部后，有没有可能发生大角度偏转？

按照葡萄干布丁模型，正电荷在原子内部均匀地分布，α粒子穿过原子时，由于原子两侧正电荷对它的斥力有相当大一部分互相抵消，使α粒子偏转的力不会很大，而在原子附近时，由于原子呈中性，与α粒子之间没有力的作用，所以α粒子大角度散射说明葡萄干布丁模型不符合原子结构的实际情况。

③1 μm厚的金箔仍包含3 300多个原子层，绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原方向前进说明了什么？

α粒子穿过原子，大多数α粒子不偏转。是因为它们穿过原子时，没有受到阻碍，说明原子内部大部分地方是空心的。

④α粒子穿过原子，少数α粒子发生较大偏转，受到什么力的作用？受到什么物质的力的作用？

α粒子穿过原子，少数α 粒子发生较大偏转，受到库仑力的作用。除了电子，原子里只剩下带正电的物质。说明带正电的物质对它们有库仑力的作用。

⑤极少数α粒子的偏转角超过了90°，有的几乎达到180°，其原因是什么？

说明α粒子一定在原子中某个地方受到原子内部正电荷产生的极强的电场斥力作用，运动方向才会发生如此大的改变，可见原子中的正电荷、质量应都集中在一个中心上。

3 由实验现象经过分析推理，最后构造模型

绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进——原子内部绝大部分是“空”的；少数α粒子发生了较大的偏转——原子内部有核存在；极少数α粒子偏转超过90°，有的甚至几乎达到180°——作用力很大（电量集中），质量很大（质量集中）。

由此卢瑟福提出了原子的核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间绕着核旋转。

建构模型是一种重要的科学思维方式，质点、点电荷、匀强电场等物理概念和匀变速直线运动等物理过程都是物理学家建构的理想模型，蕴含着发展学生建模能力的重要价值。教师在教学中要让学生体会建构这些物理模型的思维方法，理解物理模型的适用条件，能建构相关的物理模型来研究实际问题。教师引导学生经历物理概念的建构过程和物理规律的形成过程，是发展科学思维的重要途径。

物理学家陈佳洱说过：“物理学不只是图表和数据，它能带给你很多更珍贵的东西：理性的思维方式、人生的哲学和人生的道路。”这段话正是对物理学科价值的诠释：让学生终身受益的不是具体的物理知识，而是所学的知识忘掉之后剩下的东西，这就是物理学科核心素养。因此，我们要关注从知识、能力立意走向思维、智慧立意。

正像《为未知而教，为未来而学》一书所言：“我们需要一种更具有‘未来智慧的教育视角，在复杂多变的世界努力培养人的好奇心、启发人的智慧、增进人的自主性和责任感，引导学生积极地、广泛地、有远见地追尋有意义的学习。”

参考文献：

[1]黎国胜.基于学科核心素养的高中物理教学思考[J].教育科学论坛，2016（20）：68-71.

[2]夏良英.在近代物理学课程中引入物理学史的教学方法研究[D].广州：华南师范大学硕士学位论文，2011.

（栏目编辑 邓 磊）endprint