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學(xué)科核心素養(yǎng)導(dǎo)向下的物理教學(xué)范例

——以“在流體中運(yùn)動(dòng)”教學(xué)為例

成都冠城實(shí)驗(yàn)學(xué)校  徐丹華

學(xué)科核心素養(yǎng)在基礎(chǔ)教育過(guò)程中的重要性不言而喻。那么，在教學(xué)實(shí)施過(guò)程中，如何理解初中階段物理學(xué)科核心素養(yǎng)的內(nèi)涵，并且在教學(xué)的過(guò)程中實(shí)施并推進(jìn)核心素養(yǎng)的培育與提升，是很多一線老師需要思考的問(wèn)題。筆者在落實(shí)物理核心素養(yǎng)的教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中，得到了一些微不足道的啟發(fā)與思考，在此與大家分享。

一、創(chuàng)設(shè)真實(shí)問(wèn)題情境，提升概括理解能力

在教學(xué)設(shè)計(jì)的新課引入環(huán)節(jié)，筆者首先設(shè)計(jì)了“漫天飛雪”的實(shí)驗(yàn)，就是利用一段空調(diào)排水管，快速搖動(dòng)，使容器內(nèi)泡沫屑從管口飛出，營(yíng)造一種漫天飛雪的情境。后面改進(jìn)成“手搖吸塵器”，即在搖動(dòng)的管口用橡皮筋套上網(wǎng)狀織物，然后從桌斗內(nèi)拿出常見(jiàn)垃圾紙片屑，快速搖動(dòng)排水管，紙屑就全部進(jìn)入管內(nèi)，達(dá)到了手搖吸塵的目的。然后提問(wèn)，為什么搖動(dòng)的排水管能夠把紙屑吸進(jìn)去？

這樣設(shè)計(jì)的目的就是為了制造真實(shí)有益的情境，體現(xiàn)學(xué)習(xí)是為了解決問(wèn)題，而不是制造問(wèn)題的思想。“漫天飛雪”的設(shè)計(jì)雖然帶有魔術(shù)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(shí)際操作的過(guò)程中，由于管口較細(xì)的問(wèn)題，效果并不是很震撼，還會(huì)給教室清潔帶來(lái)麻煩。所以，“手搖吸塵器”更能增加學(xué)生的體驗(yàn)感，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并且提出問(wèn)題，喚起他們的認(rèn)知思維，使他們成為知識(shí)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(shí)驗(yàn)對(duì)比分析思考。吹氣前紙內(nèi)紙外都會(huì)受到大氣壓，并且大小相等，作用效果可以相互抵消，紙不會(huì)向中間靠攏也不會(huì)向兩邊分開(kāi)。吹氣后，先讓學(xué)生猜想紙有什么變化，這個(gè)階段的學(xué)生基本上都處于“經(jīng)驗(yàn)性”思維的階段，所以沒(méi)有預(yù)習(xí)過(guò)的同學(xué)估計(jì)都會(huì)認(rèn)為紙會(huì)被吹向兩邊，實(shí)際的現(xiàn)象卻是向中間靠攏。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與直覺(jué)經(jīng)驗(yàn)矛盾，引發(fā)認(rèn)知沖突，為什么會(huì)出現(xiàn)這種情況？然后運(yùn)用物理知識(shí)和物理思維展開(kāi)頭腦風(fēng)暴，嘗試解決問(wèn)題，提升學(xué)科核心素養(yǎng)。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(shuí)把紙壓向中間？通過(guò)過(guò)渡性的提問(wèn)，讓學(xué)生意識(shí)到流體壓強(qiáng)和流速有關(guān)。

二、深度體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)探究，積淀學(xué)科科學(xué)精神

通過(guò)剛才的探究，學(xué)生基本上都能猜出流體壓強(qiáng)與流速有關(guān)。筆者順勢(shì)出擊，設(shè)計(jì)了四個(gè)簡(jiǎn)單易操作并且效果易觀察的小組合作實(shí)驗(yàn)。第一個(gè)是紙橋?qū)嶒?yàn)，第二個(gè)是吹紙條實(shí)驗(yàn)，第三個(gè)是向一彎折的吸管內(nèi)吹氣，用來(lái)探究氣體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系，第四個(gè)實(shí)驗(yàn)是向放在水里的兩個(gè)瓶蓋間注水，用來(lái)探究液體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系（實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示）。

在小組實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，筆者做了以下幾種嘗試：第一種是直接把器材拿給學(xué)生，并不對(duì)具體的操作做任何介紹，只是給出了一個(gè)小組匯報(bào)的模板：我們采用      方式，增大      在        位置的流速；我們觀察到了                  現(xiàn)象，說(shuō)明                 。這樣設(shè)計(jì)的目的是為了提升學(xué)生在生長(zhǎng)課堂“助”和“探”這兩個(gè)環(huán)節(jié)的能力。但在實(shí)際的操作過(guò)程中，由于學(xué)生基于生活經(jīng)驗(yàn)的“前概念”很多，教師如果不作適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)，學(xué)生拿到器材后兩極分化很嚴(yán)重。有的是一頭霧水，無(wú)處下手；有的是各種操作方式都會(huì)嘗試，與教師想要的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象大相徑庭。最后還是筆者在巡視的過(guò)程中一一引導(dǎo)示范才完成了實(shí)驗(yàn)，浪費(fèi)了大量的課堂時(shí)間，后面的內(nèi)容壓縮至只有10分鐘。這樣的方式看似發(fā)散了學(xué)生的思維，實(shí)則給學(xué)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?qū)W生簡(jiǎn)單介紹了每個(gè)實(shí)驗(yàn)具體的操作方案，然后小組實(shí)驗(yàn)觀察現(xiàn)象，合作討論分析現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，能夠得出什么樣的結(jié)論。匯報(bào)模板還是和之前的一樣，最后匯報(bào)的同學(xué)還需要在ppt上對(duì)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因進(jìn)行如圖2所示的科學(xué)分析，得出伯努利原理。這樣一方面節(jié)約了寶貴的課堂時(shí)間，另一方面有效提升了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力，團(tuán)隊(duì)意識(shí)也得到強(qiáng)化培養(yǎng)。

課后，經(jīng)過(guò)組內(nèi)評(píng)課和筆者反思，一致認(rèn)為實(shí)驗(yàn)操作方法由老師介紹的方式和傳統(tǒng)的“老師講、學(xué)生聽(tīng)”的模式本質(zhì)上相差不大，在這一環(huán)節(jié)學(xué)生的主動(dòng)思維并沒(méi)有被調(diào)動(dòng)起來(lái)，而是在被動(dòng)地接受，所以可能會(huì)出現(xiàn)操作方法的思考不深，導(dǎo)致學(xué)生的創(chuàng)新思維得不到發(fā)展。但如果不由老師引導(dǎo)，又會(huì)出現(xiàn)課堂時(shí)間不夠的情況。針對(duì)這一情況，筆者建議可以利用導(dǎo)學(xué)案，讓學(xué)生在課前經(jīng)過(guò)小組討論合作確定好實(shí)驗(yàn)方案。在這個(gè)過(guò)程中，教師可以適當(dāng)?shù)貐⑴c進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案的評(píng)估。然后在課堂上體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。一方面節(jié)約了大量的課堂時(shí)間，另一方面，可以使學(xué)生深度體驗(yàn)討論、實(shí)驗(yàn)的環(huán)節(jié)，主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)，提升相應(yīng)的學(xué)科素養(yǎng)。

三、借力問(wèn)題解決過(guò)程，促進(jìn)思想方法正遷移

在“升力”的處理環(huán)節(jié)，筆者先展示飛機(jī)模型，然后讓學(xué)生觀察機(jī)翼的剖面圖，自主發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。經(jīng)過(guò)觀察，學(xué)生基本上都能發(fā)現(xiàn)機(jī)翼“上凸下平”的構(gòu)造特點(diǎn)。然后，筆者拿出一個(gè)用泡沫打磨成的上凸下平的機(jī)翼模型，把它中間穿一個(gè)孔，插入一段吸管。用鐵絲穿過(guò)吸管，吸管的橫截面積要遠(yuǎn)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(tái)的頂端和底端，如圖3所示。

圖3

最后利用吹風(fēng)機(jī)模擬風(fēng)洞，模型就能在風(fēng)洞里起飛。通過(guò)自制道具，學(xué)生的興趣很快就被調(diào)動(dòng)起來(lái)。接著，再拋出核心問(wèn)題，助力思想方法的正遷移。問(wèn)1：機(jī)翼模型能夠起飛，說(shuō)明受到了一個(gè)向哪兒的力？學(xué)生：向上的力。問(wèn)2：施力物體是誰(shuí)？學(xué)生：空氣。問(wèn)3：什么狀態(tài)的空氣？學(xué)生：流動(dòng)的。問(wèn)4：為什么流動(dòng)的空氣會(huì)對(duì)模型有一個(gè)向上的力呢？四個(gè)問(wèn)題問(wèn)完，學(xué)生的焦點(diǎn)基本上都集中在模型特殊的結(jié)構(gòu)上了，但是由于知識(shí)受限，學(xué)生可能還不能完整地作答。這個(gè)時(shí)候，教師要做適時(shí)的引導(dǎo)。上凸下平，導(dǎo)致空氣在流過(guò)時(shí)通過(guò)上方的路徑長(zhǎng)，速度快，壓強(qiáng)小；下方路徑短，速度慢，壓強(qiáng)大。所以，流動(dòng)的空氣會(huì)對(duì)上凸下平的機(jī)翼模型有一個(gè)向上的力。這個(gè)力就叫做升力。

這種問(wèn)題的設(shè)定，不是為了解決問(wèn)題而設(shè)置問(wèn)題，是真實(shí)情境的引入。解決的過(guò)程，也是按照一定的目標(biāo)，應(yīng)用前面獲取的知識(shí)和技能，經(jīng)過(guò)一系列的認(rèn)知活動(dòng)和思維操作，使問(wèn)題得以解決。

四、聯(lián)系實(shí)際求實(shí)創(chuàng)新，培養(yǎng)學(xué)生情感價(jià)值觀

在教學(xué)過(guò)程中，教師應(yīng)注重并且挖掘物理與生活的結(jié)合點(diǎn)和交叉點(diǎn)。在本節(jié)課前引入時(shí)，筆者是利用“手搖吸塵器”開(kāi)場(chǎng)的。經(jīng)過(guò)一系列知識(shí)的鋪墊，筆者認(rèn)為，可以進(jìn)行相應(yīng)的問(wèn)題引導(dǎo)，讓學(xué)生對(duì)“手搖吸塵器”進(jìn)行改進(jìn)創(chuàng)新。

問(wèn)1：為什么搖動(dòng)的排水管可以把紙屑從另一端吸進(jìn)去？學(xué)生：搖動(dòng)的一端增大了空氣流速，氣體壓強(qiáng)變小，另一端的大氣壓就把紙屑?jí)哼M(jìn)去了。問(wèn)2：如果我不想手動(dòng)搖動(dòng)，還有什么方法可以增大空氣流速？學(xué)生：利用吹風(fēng)機(jī)。可能會(huì)有風(fēng)扇一類的答案。這時(shí)，筆者就拿出改進(jìn)后的小型吸塵器（如圖4所示），利用小電機(jī)增大流速，從而吸入紙屑，然后鼓勵(lì)學(xué)生可以制造這樣的小型吸塵器進(jìn)行桌面清潔。

圖4

物理來(lái)源于生活，但如果學(xué)生可以把相應(yīng)的物理知識(shí)回歸于生活，實(shí)現(xiàn)物理方法和物理思想的遷移應(yīng)用與融合，進(jìn)而改變我們的生活，甚至改變我們的世界。這樣的情感價(jià)值觀需要融入到課堂的一點(diǎn)一滴。

總而言之，物理課程的設(shè)計(jì)與實(shí)施要以提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)為宗旨。讓學(xué)生在經(jīng)歷科學(xué)探究過(guò)程中，具備初步的科學(xué)探究能力，并保持探索科學(xué)的興趣與熱情，關(guān)心科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。助力學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展，當(dāng)好教育的腳手架和知識(shí)的轉(zhuǎn)化者是我們每一位教育工作者刻不容緩的責(zé)任與義務(wù)。

（作者系成都冠城實(shí)驗(yàn)學(xué)校教師，該文獲得四川心理學(xué)會(huì)2021年中小學(xué)優(yōu)秀學(xué)科學(xué)習(xí)指導(dǎo)案例成果評(píng)選二等）