徐丹華：學科核心素養導向下的物理教學范例——以“在流體中運動”教學為例
時間：2022-09-29 來源：
學科核心素養導向下的物理教學范例
——以“在流體中運動”教學為例
成都冠城實驗學校 徐丹華
學科核心素養在基礎教育過程中的重要性不言而喻。那么，在教學實施過程中，如何理解初中階段物理學科核心素養的內涵，并且在教學的過程中實施并推進核心素養的培育與提升，是很多一線老師需要思考的問題。筆者在落實物理核心素養的教學實踐過程中，得到了一些微不足道的啟發與思考，在此與大家分享。
一、創設真實問題情境，提升概括理解能力
在教學設計的新課引入環節，筆者首先設計了“漫天飛雪”的實驗，就是利用一段空調排水管，快速搖動，使容器內泡沫屑從管口飛出，營造一種漫天飛雪的情境。后面改進成“手搖吸塵器”，即在搖動的管口用橡皮筋套上網狀織物，然后從桌斗內拿出常見垃圾紙片屑，快速搖動排水管，紙屑就全部進入管內，達到了手搖吸塵的目的。然后提問，為什么搖動的排水管能夠把紙屑吸進去？
這樣設計的目的就是為了制造真實有益的情境，體現學習是為了解決問題，而不是制造問題的思想。“漫天飛雪”的設計雖然帶有魔術的效果，但是與從物理走向生活的理念不是很切合。而且，在實際操作的過程中，由于管口較細的問題，效果并不是很震撼，還會給教室清潔帶來麻煩。所以，“手搖吸塵器”更能增加學生的體驗感，讓學生發現問題并且提出問題，喚起他們的認知思維，使他們成為知識的探索者。
接著筆者先介紹流體的定義，然后以向兩張紙中間吹氣的實驗對比分析思考。吹氣前紙內紙外都會受到大氣壓，并且大小相等，作用效果可以相互抵消，紙不會向中間靠攏也不會向兩邊分開。吹氣后，先讓學生猜想紙有什么變化，這個階段的學生基本上都處于“經驗性”思維的階段，所以沒有預習過的同學估計都會認為紙會被吹向兩邊，實際的現象卻是向中間靠攏。實驗現象與直覺經驗矛盾，引發認知沖突，為什么會出現這種情況？然后運用物理知識和物理思維展開頭腦風暴，嘗試解決問題，提升學科核心素養。向中間吹氣，改變了中間空氣的什么？流體流速變化，為什么紙就向中間靠攏，又是誰把紙壓向中間？通過過渡性的提問，讓學生意識到流體壓強和流速有關。
二、深度體驗實驗探究，積淀學科科學精神
通過剛才的探究，學生基本上都能猜出流體壓強與流速有關。筆者順勢出擊，設計了四個簡單易操作并且效果易觀察的小組合作實驗。第一個是紙橋實驗，第二個是吹紙條實驗，第三個是向一彎折的吸管內吹氣，用來探究氣體壓強與流速的關系，第四個實驗是向放在水里的兩個瓶蓋間注水，用來探究液體壓強與流速的關系（實驗裝置如圖1所示）。
在小組實驗開始前，筆者做了以下幾種嘗試：第一種是直接把器材拿給學生，并不對具體的操作做任何介紹，只是給出了一個小組匯報的模板：我們采用 方式，增大 在 位置的流速；我們觀察到了 現象，說明 。這樣設計的目的是為了提升學生在生長課堂“助”和“探”這兩個環節的能力。但在實際的操作過程中，由于學生基于生活經驗的“前概念”很多，教師如果不作適當的引導，學生拿到器材后兩極分化很嚴重。有的是一頭霧水，無處下手；有的是各種操作方式都會嘗試，與教師想要的實驗現象大相徑庭。最后還是筆者在巡視的過程中一一引導示范才完成了實驗，浪費了大量的課堂時間，后面的內容壓縮至只有10分鐘。這樣的方式看似發散了學生的思維，實則給學生留下了諸多疑惑。在第二次的先行課中，筆者修改了方案，先向學生簡單介紹了每個實驗具體的操作方案，然后小組實驗觀察現象，合作討論分析現象產生的原因，能夠得出什么樣的結論。匯報模板還是和之前的一樣，最后匯報的同學還需要在ppt上對現象產生的原因進行如圖2所示的科學分析，得出伯努利原理。這樣一方面節約了寶貴的課堂時間，另一方面有效提升了學生的實驗探究能力，團隊意識也得到強化培養。
課后，經過組內評課和筆者反思，一致認為實驗操作方法由老師介紹的方式和傳統的“老師講、學生聽”的模式本質上相差不大，在這一環節學生的主動思維并沒有被調動起來，而是在被動地接受，所以可能會出現操作方法的思考不深，導致學生的創新思維得不到發展。但如果不由老師引導，又會出現課堂時間不夠的情況。針對這一情況，筆者建議可以利用導學案，讓學生在課前經過小組討論合作確定好實驗方案。在這個過程中，教師可以適當地參與進行實驗方案的評估。然后在課堂上體驗實驗的過程，觀察實驗現象，分析現象產生的原因。一方面節約了大量的課堂時間，另一方面，可以使學生深度體驗討論、實驗的環節，主動建構知識，提升相應的學科素養。
三、借力問題解決過程，促進思想方法正遷移
在“升力”的處理環節，筆者先展示飛機模型，然后讓學生觀察機翼的剖面圖，自主發現問題。經過觀察，學生基本上都能發現機翼“上凸下平”的構造特點。然后，筆者拿出一個用泡沫打磨成的上凸下平的機翼模型，把它中間穿一個孔，插入一段吸管。用鐵絲穿過吸管，吸管的橫截面積要遠大于鐵絲，減小摩擦力。然后再把鐵絲的兩端分別固定在鐵架臺的頂端和底端，如圖3所示。
圖3
最后利用吹風機模擬風洞，模型就能在風洞里起飛。通過自制道具，學生的興趣很快就被調動起來。接著，再拋出核心問題，助力思想方法的正遷移。問1：機翼模型能夠起飛，說明受到了一個向哪兒的力？學生：向上的力。問2：施力物體是誰？學生：空氣。問3：什么狀態的空氣？學生：流動的。問4：為什么流動的空氣會對模型有一個向上的力呢？四個問題問完，學生的焦點基本上都集中在模型特殊的結構上了，但是由于知識受限，學生可能還不能完整地作答。這個時候，教師要做適時的引導。上凸下平，導致空氣在流過時通過上方的路徑長，速度快，壓強小；下方路徑短，速度慢，壓強大。所以，流動的空氣會對上凸下平的機翼模型有一個向上的力。這個力就叫做升力。
這種問題的設定，不是為了解決問題而設置問題，是真實情境的引入。解決的過程，也是按照一定的目標，應用前面獲取的知識和技能，經過一系列的認知活動和思維操作，使問題得以解決。
四、聯系實際求實創新，培養學生情感價值觀
在教學過程中，教師應注重并且挖掘物理與生活的結合點和交叉點。在本節課前引入時，筆者是利用“手搖吸塵器”開場的。經過一系列知識的鋪墊，筆者認為，可以進行相應的問題引導，讓學生對“手搖吸塵器”進行改進創新。
問1：為什么搖動的排水管可以把紙屑從另一端吸進去？學生：搖動的一端增大了空氣流速，氣體壓強變小，另一端的大氣壓就把紙屑壓進去了。問2：如果我不想手動搖動，還有什么方法可以增大空氣流速？學生：利用吹風機。可能會有風扇一類的答案。這時，筆者就拿出改進后的小型吸塵器（如圖4所示），利用小電機增大流速，從而吸入紙屑，然后鼓勵學生可以制造這樣的小型吸塵器進行桌面清潔。
圖4
物理來源于生活，但如果學生可以把相應的物理知識回歸于生活，實現物理方法和物理思想的遷移應用與融合，進而改變我們的生活，甚至改變我們的世界。這樣的情感價值觀需要融入到課堂的一點一滴。
總而言之，物理課程的設計與實施要以提高學生科學素養為宗旨。讓學生在經歷科學探究過程中，具備初步的科學探究能力，并保持探索科學的興趣與熱情，關心科學技術的發展。助力學生核心素養的發展，當好教育的腳手架和知識的轉化者是我們每一位教育工作者刻不容緩的責任與義務。
（作者系成都冠城實驗學校教師，該文獲得四川心理學會2021年中小學優秀學科學習指導案例成果評選二等）
