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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“在流體中運動”教學(xué)為例

成都冠城實驗學(xué)校  徐丹華

學(xué)科核心素養(yǎng)在基礎(chǔ)教育過程中的重要性不言而喻。那么，在教學(xué)實施過程中，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)的過程中實施并推進核心素養(yǎng)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(yǎng)的教學(xué)實踐過程中，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)真實問題情境，提升概括理解能力

在教學(xué)設(shè)計的新課引入環(huán)節(jié)，筆者首先設(shè)計了“漫天飛雪”的實驗，就是利用一段空調(diào)排水管，快速搖動，使容器內(nèi)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(wǎng)狀織物，然后從桌斗內(nèi)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(nèi)，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(shè)計的目的就是為了制造真實有益的情境，體現(xiàn)學(xué)習(xí)是為了解決問題，而不是制造問題的思想。“漫天飛雪”的設(shè)計雖然帶有魔術(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(xué)生的體驗感，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)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(nèi)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(xué)生猜想紙有什么變化，這個階段的學(xué)生基本上都處于“經(jīng)驗性”思維的階段，所以沒有預(yù)習(xí)過的同學(xué)估計都會認為紙會被吹向兩邊，實際的現(xiàn)象卻是向中間靠攏。實驗現(xiàn)象與直覺經(jīng)驗矛盾，引發(fā)認知沖突，為什么會出現(xiàn)這種情況？然后運用物理知識和物理思維展開頭腦風(fēng)暴，嘗試解決問題，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，又是誰把紙壓向中間？通過過渡性的提問，讓學(xué)生意識到流體壓強和流速有關(guān)。

二、深度體驗實驗探究，積淀學(xué)科科學(xué)精神

通過剛才的探究，學(xué)生基本上都能猜出流體壓強與流速有關(guān)。筆者順勢出擊，設(shè)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?qū)嶒灒诙€是吹紙條實驗，第三個是向一彎折的吸管內(nèi)吹氣，用來探究氣體壓強與流速的關(guān)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(guān)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(xué)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(xiàn)象，說明                 。這樣設(shè)計的目的是為了提升學(xué)生在生長課堂“助”和“探”這兩個環(huán)節(jié)的能力。但在實際的操作過程中，由于學(xué)生基于生活經(jīng)驗的“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(xiàn)象大相徑庭。最后還是筆者在巡視的過程中一一引導(dǎo)示范才完成了實驗，浪費了大量的課堂時間，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生簡單介紹了每個實驗具體的操作方案，然后小組實驗觀察現(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。匯報模板還是和之前的一樣，最后匯報的同學(xué)還需要在ppt上對現(xiàn)象產(chǎn)生的原因進行如圖2所示的科學(xué)分析，得出伯努利原理。這樣一方面節(jié)約了寶貴的課堂時間，另一方面有效提升了學(xué)生的實驗探究能力，團隊意識也得到強化培養(yǎng)。

課后，經(jīng)過組內(nèi)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(tǒng)的“老師講、學(xué)生聽”的模式本質(zhì)上相差不大，在這一環(huán)節(jié)學(xué)生的主動思維并沒有被調(diào)動起來，而是在被動地接受，所以可能會出現(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)，又會出現(xiàn)課堂時間不夠的情況。針對這一情況，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(dāng)?shù)貐⑴c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(xiàn)象，分析現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。一方面節(jié)約了大量的課堂時間，另一方面，可以使學(xué)生深度體驗討論、實驗的環(huán)節(jié)，主動建構(gòu)知識，提升相應(yīng)的學(xué)科素養(yǎng)。

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(huán)節(jié)，筆者先展示飛機模型，然后讓學(xué)生觀察機翼的剖面圖，自主發(fā)現(xiàn)問題。經(jīng)過觀察，學(xué)生基本上都能發(fā)現(xiàn)機翼“上凸下平”的構(gòu)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(fēng)機模擬風(fēng)洞，模型就能在風(fēng)洞里起飛。通過自制道具，學(xué)生的興趣很快就被調(diào)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(xué)生：向上的力。問2：施力物體是誰？學(xué)生：空氣。問3：什么狀態(tài)的空氣？學(xué)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(xué)生的焦點基本上都集中在模型特殊的結(jié)構(gòu)上了，但是由于知識受限，學(xué)生可能還不能完整地作答。這個時候，教師要做適時的引導(dǎo)。上凸下平，導(dǎo)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(shè)定，不是為了解決問題而設(shè)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(biāo)，應(yīng)用前面獲取的知識和技能，經(jīng)過一系列的認知活動和思維操作，使問題得以解決。

四、聯(lián)系實際求實創(chuàng)新，培養(yǎng)學(xué)生情感價值觀

在教學(xué)過程中，教師應(yīng)注重并且挖掘物理與生活的結(jié)合點和交叉點。在本節(jié)課前引入時，筆者是利用“手搖吸塵器”開場的。經(jīng)過一系列知識的鋪墊，筆者認為，可以進行相應(yīng)的問題引導(dǎo)，讓學(xué)生對“手搖吸塵器”進行改進創(chuàng)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(xué)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(xué)生：利用吹風(fēng)機。可能會有風(fēng)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(xué)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(xué)生可以把相應(yīng)的物理知識回歸于生活，實現(xiàn)物理方法和物理思想的遷移應(yīng)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(shè)計與實施要以提高學(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)。

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