基于学科核心素养的高中物理概念教学设计实践研究*

[摘 要]对基于学科核心素养的高中物理概念教学设计的实践展开研究和探讨是十分必要的。学科核心素养将学科知识与学科能力结合起来，从而培养学生全面发展的素养。本文介绍了教学设计的策略，详细分析了学科核心素养在教学中的体现，以及这种教学方法对学生学业发展的影响。研究结果表明，基于学科核心素养的高中物理概念教学设计有助于提高学生的学科理解能力、批判性思维能力和解决问题的能力，为学生的终身学习奠定了坚实的基础。

[关键词]学科核心素养；高中物理；教学策略；物理概念

高中阶段，学生开始接触更加复杂和深刻的物理概念，这对于他们未来的学术发展和职业选择具有重要影响，传统的物理教育往往集中于知识的灌输，忽视了学生的综合素养和核心素养的培养。学科核心素养作为一种新兴的教育理念，强调学科知识与学科能力的有机结合，它呼吁教育者不仅应该关注学科的内容，还应该注重学科方法和学科态度的培养，这种全面素养的培养有助于学生更好地理解学科的本质，培养他们的批判性思维、问题解决能力和自主学习能力。因此，在高中物理教育中，如何将学科核心素养的理念有机地融入教学设计，提升学生的学科素养成了一个重要的研究课题。物理概念是物理学科中用来描述和解释自然界中发生的现象和规律的抽象思维工具和理论构想，这些概念帮助人们理解和研究物质、能量、力量、运动和相互作用等自然现象，它们不仅为学生提供了对自然界的深刻理解，还培养了学生的科学思维和解决问题的能力。因此，高中物理教育应致力于教授和强调这些概念的重要性。基于学科核心素养的高中物理概念教学设计的实践研究也是十分必要的。

一、物理概念教学与物理学科核心素养的内在联系

物理概念教学与物理学科核心素养存在着密切的内在联系，因为物理概念教学是培养学生物理学科核心素养的重要途径之一，物理概念教学与物理学科核心素养之间的也是通过核心素养的四个方面联系起来的。物理学科核心素养第一个方面就是物理观念，高中物理概念教学让学生理解自然现象和规律，物理概念帮助学生理解和解释各种自然现象和物理规律，从运动、力学到电磁学和热力学等，通过理解这些概念，学生能够回答许多关于世界如何运作的基本问题，在这一过程中学生便逐渐理解了核心素养下物理观念方面的内涵并且建构了自己脑中物理观念的大厦。物理学科核心素养第二个方面是科学思维，高中物理概念教学毫无疑问能培养学生的科学思维，学习物理概念有助于培养学生的科学思维能力，包括批判性思考、观察和实验技能、问题解决能力以及逻辑推理，这些思维技能在日常生活和职业生涯中都是宝贵的。物理学科核心素养第三个方面是科学探究，在高中物理概念教学中，对概念的探究是必不可少的，这也自然能培养学生科学探究的能力，在教学一些物理概念时，教师引导学生参与物理实验和观察现象，让他们亲身经历科学探究的过程。通过提供实践机会、鼓励提问和问题解决、培养数据分析和科学写作技能，以及参与科学项目和实验设计来培养学生的科学探究能力，这就是概念教学对于落实科学探究的优势及其重要性。核心素养的第四个方面便是科学态度与责任，教师在概念教学过程中经常强调科学方法， 引导学生探讨科学研究的伦理和社会影响，从而培养学生的社会责任感，让他们认识到科学和技术对社会进步和可持续发展的重要性。

二、物理概念教学设计的实践策略

（一）按形成概念的科学方法对高中物理概念进行分类

不同类型的物理概念反映了物理学科的多样性和复杂性。在高中物理教育中，学生通常会逐渐接触和理解这些不同类型的概念，借助形成物理概念的科学方法可以将高中物理概念分为经验性概念、理论性概念、实验性概念、历史性概念，从而使基于学科核心素养的高中物理概念教学设计更有针对性，这种分类方法有助于教师更好地组织教学，并帮助学生建立渐进的物理概念体系。高中物理概念分类的一些示例和根据见表1。

（二）物理概念的引入策略

1.借助生活现象进行概念引入

生活离不开物理，物理也离不开生活，学生在自己的生活过程中其实已经能够形成一些模糊的物理观念。在上述物理概念的分类中的经验性概念如果借助生活现象引入，学生更容易理解和关联这些与他们日常经验相关的概念，因此会更积极地参与学习。其次物理概念通常涉及抽象的理论和数学公式，对许多学生来说，这可能是难以理解的，通过将这些概念与生活中的实际情境联系起来，可以帮助学生更好地理解概念的实际意义和应用价值，例如经验性概念中的引力和重力概念，教师可以使用一个苹果或其他物体，解释为什么物体会被地球吸引并掉落，讨论重力对我们日常生活的影响，如为什么东西会落地，为什么人们需要楼梯和电梯等；对于摩擦力和滑动，可以使用一个玩具车或滑板，讨论为什么物体在表面上停止或滑动，介绍摩擦力如何影响人类的行走、驾驶汽车以及运动等。这些生活示例能够将抽象的物理概念与日常经验联系起来，使学生更容易理解和记忆这些概念，通过引入生活内容，物理教学可以变得更具趣味性和实用性，激发学生对物理学的兴趣。

2.借助知识联系进行概念引入

俗话说温故而知新，在物理概念教学中教师常常能用旧知识引入新知识。学生在了解旧知识的基础下对新知识进行举一反三，能对新知识有更好的理解和记忆，因此教师在进行物理概念教学中，借助知识联系进行概念引入，可以帮助学生对概念进行深刻的构建。在上述概念分类中的理论概念便能应用这种方法。例如介绍牛顿第一定律，可以问学生在什么情况下他们需要施加力才能使物体保持匀速运动，然后将这一知识与牛顿第一定律联系起来，解释为什么物体会保持匀速运动，直到外力作用于它。类似地，教师可以引入电流和电压，可以让学生回想起他们对水流的知识。比如，可以让学生想象水流通过管道的情景，并将水流比喻为电流，管道的直径比喻为电阻，水压比喻为电压，这样的比喻有助于学生理解电流和电压的概念。通过这种方式，借助知识联系可以使物理概念更加具体、实际，从而促进更深入的理解和学习。

3.借助发展过程进行概念引入

物理是自然科学的一个分支，它研究物质、能量、力量和宇宙的运行规律。要引入物理概念，人们可以通过描述物理现象的发生和发展过程来引起兴趣和理解。在上述概念分类中的实验性概念和历史性概念可以利用这种方法进行引入。首先，教师选择一个与物理概念相关的现象或场景。这个现象应该能够激发学生的兴趣，其次，描述所选现象的起源。讲述这个现象是如何开始或发生的，可以引入一些历史背景或相关的故事。例如，可以介绍发现电力的历史，包括本杰明·富兰克林和他的风筝实验。再次，引入与所选现象相关的物理概念。如在讨论电力时，可以介绍电荷、电流、电压和电阻等基本概念，解释这些概念是如何与所选现象相关联的。最后，描述所选现象的发展过程，使用物理概念来解释它是如何发生的。借助概念知识的发展过程，让学生更好地理解这些概念在自然界和日常生活中的应用，有助于使物理概念变得更具体和有趣，同时增加了学习的吸引力。

（三）物理概念的形成策略探究

概念形成在概念教学中是一个重要的过程，它涉及帮助学生理解、建立和应用抽象概念。概念教学是一个逐渐深化的过程，需要时间和耐心，教师应该灵活地调整教学策略，以满足不同学生的需求，并不断评估学生的理解程度，以确保他们成功地形成概念。

1.借助实验探究进行概念生成

借助实验来探究物理概念是一种非常有效的方法，尤其在物理教育中，提供学生进行探索性学习的机会，让他们亲自发现概念的特性和关系，这对于落实核心素养下科学思维和科学探究也是非常有意义的。例如要探究电路相关概念时，教师可以设计一个简单的实验，以便学生可以亲自观察和测量与所选概念有关的现象。在电路示例中，可以设计一个简单的电路，包括电池、导线、电灯泡和电阻器，这个电路可以用来探究电流、电压和电阻之间的关系，让学生按照设计好的电路连接组装电路，然后，要求他们使用多用表测量电流和电压的数值；在实验过程中，引导学生记录他们的观察结果和测量数据，组织学生的讨论，让他们分享他们的观察和数据，并引导他们分析实验结果，以找出电流、电压和电阻之间的关系。同时可以帮助他们理解欧姆定律，即电流与电压和电阻之间的关系；最后，让学生总结他们的实验结果并形成概念，帮助他们理解电流是电荷流动的速度，电压是电荷的电势能，而电阻是电流受到的阻碍。通过这个实验，学生会理解这些概念之间的关系，这个实验不仅帮助学生形成电路相关的物理概念，还通过亲身实践加深了他们对这些概念的理解。

2.借助实际应用进行概念生成

借助实际应用来形成物理概念是一种强有力的教学方法，因为它将抽象的物理原理联系到实际情境中，使学生更容易理解和记住这些概念。例如想让学生形成运动、速度、能量相关的概念，可以引入汽车刹车距离与速度的关系这一与生活息息相关的实际应用为例子，教师给出汽车和路况的相关参数，学生通过计算可以绘制速度与刹车距离之间的图表，他们将注意到一个明显的趋势，即速度增加时，刹车距离也增加；然后引入物理概念：动能和牛顿的第二定律，解释为什么在高速度下需要更长的刹车距离，同时可以讲解动能与速度的平方成正比，以及力等于质量乘以加速度的概念，这些概念解释了为什么在高速度下刹车时，需要更大的力量来减速汽车，并且汽车会行驶更长的距离。学生在这样一个思考实际应用的过程中逐渐形成了概念，并且对物理概念更加深刻。

（四）物理概念的巩固策略探究

1.借助思维导图进行概念的巩固

思维导图是一种有效的学习工具，可以很好地用于巩固物理概念，帮助学生将相关概念可视化，展示它们之间的关系，以及概念的层次结构。以“牛顿的三大运动定律”为例，教师先确立中心节点——牛顿的三大运动定律，然后是主要分支：第一定律（惯性定律）、第二定律（力和加速度的关系）和第三定律（作用和反作用），接着是次要分支，如第一定律下的子概念：物体在静止或匀速直线运动时，会保持这种状态，然后可以进行知识间的相关联，如将第二定律与加速度用箭头关联，继续扩大思维图。思维图可以帮助学生可视化物理概念，了解它们之间的关联，从而更好地理解物理学概念，思维图的灵活性和图形化特点使其成为巩固物理概念的强大工具，适用于各种学习风格的学生。

2.借助课后练习进行概念的巩固

通过课后练习，学生可以不断复习和应用他们在课堂上学到的物理概念，这有助于加强概念的记忆，使其更易于掌握和运用，在课后练习的过程中，学生可能会发现他们对某些概念存在误解或模糊点，这为他们提供了一个机会，通过自我纠正或请教老师来澄清疑惑。对于课后练习，教师可以设计不同类型的问题，包括选择题、填空题、解答题等，这有助于学生综合运用概念，避免只是机械性的记忆答案。对于题目难度，应该从简单到复杂，逐渐增加问题的难度，这样可以确保学生在巩固基本概念后，逐步提高他们的理解和技能水平。教师还可以鼓励学生在小组中一起解决问题，通过互相讨论和合作，他们可以分享不同的解决方法和理解，互相帮助。通过将这些方法结合起来，教师可以有效地利用课后练习来巩固物理概念，提高学生对物理学的理解和应用能力，练习应该被视为一个积极参与学习的机会，而不仅仅是一项任务。

物理概念教学对于培养和发展学生的物理学科核心素养具有重要意义。通过研究高中物理概念教学和落实培养学生物理学科核心素养的重要性，从而将这二者相联系。在物理学科核心素养导向下对物理概念教学的策略进行研究并举出相关例子，帮助教师更好地把握学科核心素养的内涵与特征，提升物理概念教学课程的设计能力，开展更高效更有趣的物理课堂。同时帮助学生更好地理解物理概念，提升探究实验能力，加强对自然界的认识。在以后的高中物理概念教学中，教师能在学科核心素养中衍生课堂，同时在课堂中展现学科核心素养。

参考文献：

[1]徐雯.基于学科核心素养的高中物理概念教学设计研究[D].青岛：青岛大学，2020.

[2]周玮.“物理学科核心素养”导向下的高中物理概念教学设计[J].物理通报，2019（04）.

（责任编辑：姜波）