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基于核心素养的概念和规律教学
发布者:林新堤发布时间:2016-10-27 16:38:01阅读(1401) 评论(1) 举报
基于核心素养的概念和规律教学
邓朝霞
武汉市第一初级中学 湖北武汉 430000
【摘 要】 基于核心素养导向的物理教学,是体现物理课程价值的要求,而物理概念和规律教学,是培养学生物理核心素养的有效载体。本文从初中教学课例出发,探讨在概念和规律教学中提升学生物理核心素养的有效策略,抛砖引玉,希望引起一线教师的共鸣与思考。
【关键词】 核心素养 概念教学 规律教学
物理核心素养是指学生在接受物理教育过程中逐步形成的适应个人终身发展和社会需要的必备品格和关键能力,是学生通过物理学习内化的带有物理学科特性的品质。培养学生的物理核心素养和关键能力,是中学物理课程的价值所在。这些培养目标的实现,都依赖于教学的过程,只有在物理概念的建构过程、物理规律的探索过程中,才能让学生真切感受物理的思想方法,才能有效培养学生的物理核心素养。
一、物理核心素养的构成
1.物理观念:从物理学视角形成的关于物质、运动、能量和相互作用等的基本认识,是物理概念和规律等在头脑中的提炼和升华,是运用物理知识和方法解释自然现象和解决实际问题的能力。
2.科学思维:从物理学视角对客观事物本质属性、内在规律及相互关系的认识方式,对物理学中基础理论、理想模型和经验事实之间关系的理解;是分析综合、抽象概括、推理论证等科学思维方法的内化;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,进而提出创造性见解的能力与品质。主要包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等要素。
3.实验探究:具有科学探究的意识,能在真实情境中提出物理问题,形成猜测和假设,利用科学方法获取和处理信息,形成结论,以及对实验探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力。主要包括问题、证据、解释、交流等要素。
4.科学态度与责任:在认识科学本质,理解科学、技术、社会、环境(STSE)的关系基础上形成的对科学和技术应有的正确态度以及责任心。具有学习物理探索自然的内在动力,严谨认真、实事求是和持之以恒的探索精神,独立思考、敢于质疑和善于反思的创新精神,以及保护环境、推动可持续发展的责任感。能尊重自然、遵守科学伦理和道德规范,主要包括科学本质、科学态度、科学伦理、STSE等要素。
二、概念和规律教学中提升核心素养的策略
(一)创设情境,引入概念和规律,激发学生的内在动力
著名心理学家布鲁纳指出,对所学知识有浓厚的兴趣是学习的最好动机。初中物理教学过程中,教师只有努力创设促使学生积极顺应的物理情境,设法激趣,才能诱发学生对概念和规律的探究动机。
1.以疑“激”趣,导入概念和规律
一堂课,如果不创设生动有趣的问题情境,只是一味让学生在抽象的问题中探究干巴巴的结论,学生便会厌倦。这就要求我们在保证科学性的前提下,要千方百计通过多种手段和方法,增强课堂教学的悬疑性。
例如,《大气压》一节,可以用富有悬疑的“神奇魔杯”引入大气压强,让学生产生强烈的认知冲突,这种探求谜底的渴望将学生深深吸引住,激发他们对大气压强的好奇心和求知欲,有效地渲染课堂教学中的“味”,达到“课伊始,味已生”的目的。
2.以情“激”趣,导入概念和规律
心理学家罗杰斯指出:成功的教学依赖于一种真诚的理解和信任的师生关系,依赖于一种和谐的课堂氛围。深入挖掘知识的载体作用,精心设计教学情境,给孩子积极的心理暗示,激发孩子的情感,让他们渴望成功,感受成功,从而受到激励。这样有利于调动孩子学习的内驱力。
在导入概念和规律时,一定要关注孩子的生命世界,巧借课程资源,以情激趣,营造和谐的课堂氛围,让我们的物理课堂变得鲜活,赋予生命的气息。
3.以奇“激”趣,导入概念和规律
新奇的、对比的、变化活动的事物容易引起注意,是激发学生兴趣、唤起学生注意的有效手段,这也恰恰是物理课程得天独厚的优势之处。如:在探究人教版《八年级物理》“密度与温度”时,因为空气是一种无色无味透明的气体,空气的流动对学生来说不够直观,所以,在导入新课时,我们可以增设一个生动有趣的“煮不死的鱼”的小实验,从分析水的对流,通过类比联想,自然地过渡到空气的流动,这样既降低了知识的难度,又很好地激发了学生对科学探究的兴趣,以“奇”导入,以“趣”落幕。
(二)建构概念,探索规律,培养学生的科学思维和实验探究能力
“能力”基于“行为”,能力的提升一定是和相关行为联系在一起的。学生探究能力的培养不可能只通过理解就能实现,学生必须经历探究的过程,“实验探究”是初中物理核心的学习行为,学生在这一行为过程中建构概念,发现规律,解决问题,提高能力。
1.问题猜想,唤起学生的主体经验,培养学生的创新思维和猜想能力
“没有大胆的猜想,就不可能有伟大的发现。”学生尝试根据经验和已有知识对问题的成因提出猜测,对探究的方向和可能出现的实验结果进行推测与假设,可以为设计探究方案奠定必要的基础,增强学习活动的趣味性,培养学生的思维能力、科学精神和科学态度。
(1)直觉猜想。即让学生由日常生活生产上的经验或事实去猜想。如由日常晾晒衣服、吹头发等生活经验直接猜想“影响液体蒸发快慢的因素有哪些?”。
(2)归纳猜想。即学生对一些经验和事实进行归纳、总结,得出物理现象和过程的结论,从而提出猜想。如学生通过对大量实例归纳猜想:“声音可能是由物体的振动产生的”。
(3)联系猜想。借助以前与之有直接或间接联系的其他物理问题或情境促成新的知识的形成。如联系比较物体运动快慢的方法,猜想“单位时间内做功的多少来比较做功的快慢”。
(4)类比猜想。如结合水流形成的原因是由于水压,电流和水流的形成类似,学生即可类比猜想出电流的形成是由于电压。
在问题猜想环节,教师不能急于让学生的猜想和自己的预设合拍,匆匆引导学生向结论靠拢,而应该鼓励学生联系已有知识和经验进行大胆的猜想,再由学生想办法来验证猜想。在这个过程中,学生由自己引导思维的脚步,经历“猜想、假定、确定”的过程。假如概念和规律教学中回避了猜想和假设,实际上就相当于剥夺了学生创造的机会,他们的想象力就没有了驰骋的空间。猜想是物理智慧中最活跃的成分,我们要依托概念和规律教学,培养学生的猜想能力和创造能力。
2.实验探究,重构学生的主体经验,培养学生获取和处理信息,形成结论,以及对实验探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力
(1)在问题猜想的基础上,引导学生利用科学研究方法设计实验方案,培养学生的实验设计能力
如“研究影响蒸发快慢的因素”,可引导学生利用控制变量的方法设计三个小实验:在黑板上滴两滴相等的酒精,(1)把其中一滴涂开,看哪滴干得快?(2)对其中一滴加热,看哪滴干得快?(3)对其中一滴吹风,看哪滴干得快?
开展实验方案的设计,不仅与概念和规律的建立形成了关联,对于物理核心素养的提升还有着积极的作用。而加强对实验设计方案的思维评价,则是凸显“分析、评价、创造”等高阶思维活动的过程,无疑为学生高阶思维能力的培养搭建了良好的平台。
(2)通过对记录的实验现象、数据,运用分析、归纳、推理等方法得出正确结论,培养学生获取信息和处理归纳信息的能力
物理概念和规律,需要在观察、实验,获得现象和数据,形成初步观念的基础上,通过分析、比较、综合、归纳、推理,把一些事物本质的、共同的特征集中起来加以抽象和概括而建立的。概念和规律的建立过程,其实就是一个理想模型的建构过程,对培养学生的建模能力、分析综合能力具有重要意义。
(3)对探究过程和结果进行评估、交流,培养学生的合作意识、交流能力以及“分析、评价、创造”等高阶思维能力
教师引导学生对实验方法、实验器材、实验步骤、实验读数4个方面进行误差分析,再一次审视自己对本节课的实验目的、原理、器材、方法、步骤是否有一个清晰、全面、透彻的理解。学生在合作交流过程中,通过观察、倾听、分析,发现他人问题解决方法的不足,及时指出(评价),并提出修改建议甚至重新设计(创造),这样的思维过程既包含了生成性思维,又张扬了批判性思维,符合高阶思维能力培养的基本要求。
3.知识建构,培养学生物理学科的语言素养
(1)引导学生理解概念和规律的本质与适用范围
概念和规律教学的关键是学生了解概念和规律的本质及适用范围,使学生认清概念和规律所依据的物理事实,理解概念和规律的含义,理解规律的适用条件,认识相关概念的区别和联系。
(2)准确呈现概念的表述方式,培养学生物理学科的语言素养
物理概念和规律的表述分为文字表述,公式表述,图像表述,图形表述四类,教学中可借此培养学生有机运用文字语言、代数语言、图形语言和图像语言表述物理问题的能力。向学生呈现概念和规律时,不但要语言准确,而且要对一些关键词加以突出,给于适当说明,以引导学生足够注意和正确理解,并与其他类似的或易混淆的概念与规律进行比较,建立类比关系。只有通过对比、辨析明确它们之间的区别和联系,才能帮助学生在理解时不至于产生歧义,并能建立起多方联系。
(三)利用实验,进阶概念,活化规律,培养学生的科学思维
物理实验在概念和规律的进阶过程中具有习题不可替代的作用,利用实验的直观性,可加深对物理概念和规律的记忆;利用实验的可操作性,可培养学生的创造性思维;利用实验的可信性,可检验和肯定对概念和规律的认识;此外实验还可以培养学生的实验技能及学习的兴趣。
1.利用实验探究,打破错误的前概念,转变前概念误区为科学概念和规律
在物理概念和规律教学中,我们首先要了解学生的原有认识,当学生原有认识与物理概念和规律发生冲突时,不急于纠正学生的原有认识,而是针对这些认识与科学概念和规律的差异设计教学情境,为学生提供与原有认识不一致的经验,创设促进学生认识转变的条件,引领学生进行探究活动,使学生的原有认识向科学概念和规律转变。
例如,对于平面镜成像的教学,很多教师认为只需要“正面”传授知识,学生就能接受,如果发现学生仍不理解时,通常采取习题训练简单重复,反复强化,实践证明是行不通的。因为一般来说,学生在接受正式的概念和规律教学前,已经在实际生活中对相关知识有了一定的理解,这些已有的前概念,特别是错误的前概念,严重影响了他们对新知识的接受。
譬如:初二学生在学习平面镜成像时存在一定的错误前概念,具体总结如下表:
初二学生在平面镜成像方面存在的前概念调查统计
内 容 | 典型的错误前概念 |
平面镜成像 | 1、平面镜所成的像在镜子里面 2、物体离平面镜越近,所成的像越大 3、物体离平面镜越远,所成的像越小 4、平面镜越大,所成的像越大 |
如何促进平面镜成像前概念的转变?以“物体离平面镜越近,所成的像越大”和“平面镜越大,所成的像越大”为例,我们可以从2个方面采取措施:
(1)学生互相讨论说出已有的前概念
美国著名教育心理学家奥苏贝尔曾说过:“假如让我把教育心理学仅仅归纳为一条原理的话,那么,我将一言以蔽之:影响学习的唯一最重要的因素就是学生已经知道了什么,要探明这一点,并应据此进行教学。”
所以,本节课,在进行探究教学时,先给予充分的时间让学生对问题进行猜想与假设,充分暴露他们错误的前概念便成为这节课的关键所在。
(2)通过探究实验促进学生的概念转变
在了解学生的前概念的基础上,让他们制定计划和设计实验:要探究“物体离平面镜越近,所成的像是否越大”,应该怎么做?要探究“平面镜越大,所成的像是否越大”,又应该怎么做?学生改变蜡烛到玻璃板的距离,分别测出其像的大小;再改变玻璃板的大小,分别测出其像的大小。结果发现:像的大小与物体到平面镜的距离和平面镜的大小无关!而实验现象用新学的平面镜成像特点的知识却很好解释!这样,学生就会自觉否定他们错误的前概念,开始在头脑中建立正确的科学规律!
2.利用实验将学生思维步步紧逼,不断创设和解决认知“冲突”,精心设计概念和规律进阶教学
初中学生处于形象思维向抽象思维过渡的阶段,抽象思维的能力还较弱,从感性认识到形成规律是比较困难的一步。所以,物理概念和规律的教学,教师必须在学生已有感性认识的基础上,合乎逻辑地设计一个个学生不易解决的实际问题,一个个迫切需要寻求答案的悬念,激发起学生强烈的求知欲望。只有当学生感到所要解决的问题确有意义,但尚未找到答案,这就形成了心理学上认和知的“冲突”,此时概念和规律的进阶教学就获得了最有效的时机。
3.提高进阶实验演示效果,深化概念和规律教学,巩固学生重构的主体经验
(1)通过新异的进阶实验,激发学生的好奇心
教师将学生日常生活中看到的现象在进阶实验中简单地重复,学生会感觉乏味。进阶实验要注意变化演示方式,突出演示效果,增加刺激量,激发学生的求知欲。
例如,用液体的沸点解释“油锅取物”;用汽化吸热解释“烧不掉的手绢”;用大气压解密魔术“空碗变鱼”。
(2)通过惊险实验,创设概念和规律进阶的物理情境
教师精心设计进阶实验,可以制造出紧张、惊险的气氛,给学生留下深刻的印象。教师演示实验的成功,可以把惊险转化为强烈的兴趣。当学生想象中的实验结果会引起不良后果(损坏东西或人体)时,学生的注意力会集中于实验的进行。
例如,演示纸片飞蛋,解释惯性现象。
(3)通过有悖常理实验,让学生产生认知冲突,激发概念和规律进阶的动机
奇妙在于有悖“常理”,这常常会成为督促学生探究的动力,因此,教师进行演示实验时,要注意创设有悖“常理”的奇妙情景来激发学生的求知欲。
例如,用电磁铁的知识解密“神奇的铁箱子”:三个“大力士”男生提不动箱子,而最文弱的一个女生却轻易提起箱子,有悖“常理”的现象激发了学生认知冲突的同时,也激发了学生的求知欲,学生不由自主就被吸引进入课堂中来。
(4)通过对比实验和多向操作,引导学生深化概念和规律的理解
分别演示条件具备和条件不具备的各种现象,称之为对比实验。对比演示可以突出实验现象的因果条件,同时消除学生可能潜在的对实验结果产生怀疑的心理。对比演示法可以使学生留下清晰、深刻的印象,有利于他们把握事物的特征。
(5)通过反证实验,强化概念和规律进阶
中学物理演示实验,大都直接从正面去肯定结论,但如果教学中从正面得出结论后,再通过实验从反面证明结论的正确性,可以增加学生的印象,强化对概念和规律的理解和记忆。
例如,托里拆利实验中,大气压托起水银柱,无大气压呢?
再如:瓶吞鸡蛋实验中,如何才能让鸡蛋出来呢?
(6)利用二次探究,强化概念和规律进阶,培养学生的实验思维
笔者曾主讲了一节《流体压强与流速的关系》展示课,因为知识内容相对简单,我就把重点放在对学生思维和能力的培养上,渗透对学生实验思维的培养。当学生分析完飞机升力产生的原因后,我顺势接过了话题:这是一种理论思维,要学好自然科学,需要更多的实验思维,如何用实验验证我们的理论分析是正确的呢?学生说要测出机翼上下表面的流体压强和流速,那怎样测出机翼上下表面的流体压强呢?学生说让机翼上下表面跟U形管相连,怎样测出机翼上下表面的流速呢?需要风速仪,这其实就形成了一个二次探究。
(7)利用物理演示实验的缺陷,在概念和规律进阶过程中培养学生的创新思维
案例:探究凸透镜成像的规律 f=250px
实验次数 | 物距u(cm) | 像距v(cm) | 像的性质 |
1 | 30 | 15 | 倒立缩小的实像 |
1 | 30 | 18 | 倒立缩小的实像 |
1 | 30 | 13 | 倒立缩小的实像 |
这是学生实验过程中真实的实验记录,同一个凸透镜,物距相同,像距也应该相同。为什么大家实验的结果却不相同呢?这时可以很好地利用这个教学资源,引导学生分析原因:当光屏上烛焰的像还不是最清晰最明亮时就测量了像距。
4.理论和实验相互应证,深化概念和规律教学,巩固学生重构的主体经验
《探究凸透镜成像的规律》一课,教材中的安排是由实验得出规律,实际上如果能利用三条特殊光线予以推导,这样就从实验和理论两方面进行论证,学生会理解得更通透。并且,光的折射定律可推出三棱镜对光的作用,三棱镜对光的作用又可推出光的色散和凸透镜、凹透镜对光的作用;凸透镜的三条特殊光线又可推出凸透镜成像的规律,这样的递进认识,利于学生深化概念,认识规律。
5.探究由浅入深,由简到繁,合理设置梯度,降低学生掌握概念和规律的难度
分析透镜对光的作用时,可以小梯度、分步走:第一步,探究透镜对“平行于主光轴的光线”的作用;第二步,探究透镜对“相互平行但与主光轴不平行的光线”的作用;第三步,探究透镜对“相互不平行的光线”的作用,这样的“三步走”利于学生掌握概念和规律,也避免形成“透镜只对平行于主光轴的光线有会聚或发散作用”的错误认识。
(四)联系实际,应用概念和规律,培养学生的建模能力和解决实际问题的能力
对物理概念和规律要有比较透彻的理解,就要通过具体问题的分析、解决以及实际的应用来加以对概念和规律的巩固深化,做到“学以致用”。理解、巩固物理概念和规律,要循序渐进,逐渐深入,在不断反复、不断探究的过程中逐渐建立概念,形成规律,巩固掌握概念和规律,并通过实际的运用来发展、增强学生的思维能力、分析问题和解决问题的能力。
1.把握系统性,在知识建构中完善概念和规律教学
物理概念之间是广泛联系的,有的具有相似的内涵,有的具有相似的外延,有的具有相同的思维方法,哪怕是内涵和外延的某些地方也有相似之处。知识归纳的过程是使新形成的概念同化更多信息的过程,也是使学生在头脑中建立概念知识体系的过程。中学物理涉及的概念极多,教师应根据学生的具体情况,适时地总结以概念为主体的知识系统,或从知识入手,或从思维方法入手,或从概念所包含的内涵的层次入手等等。
2.抓住关联性,在物理规律中拓展概念教学
物理现象、物理过程的相互联系及其发展趋势是靠物理规律建立的,物理规律是物理概念之间的联系。学生解题时不易建立正确、完整的物理方程从一定的意义上说是对物理概念不能完全理解造成的。在物理规律中拓展概念教学能进一步揭示和理解相关概念之间的相互关系,这有利于概念知识沿网状同化,从而达到活化概念的目的。
3.注重模型化,通过建立物理模型突出物理概念教学
一道应用题含有多种矛盾对象,但由于受题目要回答的问题的限制,往往选择与解决问题相关的矛盾现象进行分析,建立相应的物理模型,列出方程,解出结果。引导学生在实际问题情境中忽略次要因素,对研究对象或过程进行纯化或简化处理,逐步抽象与概括来获得物理模型,并用模型的思想方法来解决实际问题,对于深化概念和规律,培养学生的建模能力,有着重要的作用。
4.强调层次性,促进概念和规律的内化
在学生学习了一个新的物理概念之后,有的教师就急于通过一些有一定难度的、比较综合的物理习题的训练来强化学生对这个概念的掌握,例如用中考题或中考的复习题来作为练习题,想通过这些有一定难度的习题训练,来增强学生的能力,但由于习题难度设置上缺少必要的梯度,选择的题目过难导致学生不易理解,不能循序渐进、逐步深入,因而往往事与愿违,做的习题不少,而其学习效果往往不理想,还严重挫伤学生的学习自信心。
5.讲究灵活性,在物理思维变势中促进物理概念教学
思维变势对进一步明确概念的外延是特别有效的途径,因为它展示的是种种外部现象,而本质不变。通过不同的题对同一物理概念的描述,可提高物理概念外延的精细程度,提高思维的敏捷性、流畅性。教师习题呈现的次序和方式要顺应学生的认知规律,要做到多题精讲,多题一解,举一反三,给学生动手、动脑的机会,提高学生学习的积极性和兴趣,使学生聚合思维能力得到提升。
在每节概念课和规律课之后,我们应对学生在学习中可能出现的困难和问题进行预设,将本节课的基本概念、基本规律、基本思想、基本方法,预设成若干由易到难的组合式学习思考题,将难点分解成几个小问题,进行对点训练,要将分解递进式的问题进行阶梯化设计,既要有纵向渐深式题组训练,也要有横向多变式题组训练。
根据布鲁姆的掌握教学法,学生的认知领域是分层且不断发展的。因此,当遇到难度比较大的题目,我们应该将其巧妙地分解成一系列紧密联系、小步递进的阶梯题组,引导学生不断总结解题规律,提高学生解决问题的能力。
“小题大做”的方法可以低起点面向全体学生,落实最有迁移性的基础知识和最有生命力的基本能力;小坡度搭建思维支架,减少学习难度,提供成功条件;高密度小步快进,优化学习过程,有效训练思维。
“一题多解”的方法可以培养学生发散思维能力,发展思维的灵活性。从辩证法的角度看,同一物质有多个侧面,同一种表现形式可找到多重矛盾之间的相互作用、相互联系。所以教师应尽可能地把题讲活,这样的话,会起到事半功倍的效果。
“一题多变”是指从多角度、多方位对例题进行变化,引出一系列与本例题相关的题目,形成多变导向,达到熟悉并灵活应用与题目相关知识的目的。“一题多变”,是拓展思路的先导,也是引水入田的渠道。使设问逐渐加深,引导思维逐渐深化,可使理解更加深刻。另外,通过对一道题目的变式,还能使学生积极参与到课堂中来,多角度去理解,去体会同一个知识点。这是培养学生的发散思维和创新精神的重要途径,能够提高学生的综合能力。
6、注重体验性,习题训练和实验探究有机结合
例如,学生之所以觉得电路故障分析难,就是因为故障现象和故障原因之间不能对应。所以我们可以先设计一个体验性环节,在学生脑海中强化故障现象和故障原因这条反射弧的对应关系,一旦这条反射弧建立起来了,故障分析就不再难了。然后再用一组阶梯式的习题跟进训练,电路故障的难点就能得到很好的突破。
【参考文献】
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[4]林勤.物理教学中培养高中生高阶思维能力的思考.物理教学探讨.2014.1