骆文洲　傅可钦

[摘要]山东大学附属中学赵勇校长曾说：教育如同养树，养树在“养根”，只有养“根”，才能长得壮实了，参天大树才能长成，自然硕果累累。何为“根”？为何“养根”？如何“养好根”？这是当前高中物理教师急需深入思考和实践的问题。

[关键词]实验教学 核心素养

何谓核心素养？华东师范大学崔允都教授说：核心是相对外围而言的，有两层意思：一是关键，是指个体在21世纪生存、生活、工作、就业等最为关键的素养；二是共同，是指课程设计所面对的某一群体所需要的共同素养。而核心素养是个体在知识经济、信息化时代面对复杂的、不确定性的现实生活情境时，运用所学的知识、观念、思想、方法，解决真实的问题所表现出来的关键能力与必备品格。何谓高中物理核心素养？它是高中学生学习物理知识过程中逐步形成的“物理观念与应用”“科学思维与创新”“科学探究与实践”“科学态度与责任”，用以适应自身终身学习和改造社会发展需要的特有品质。本文就如何通过优化高中物理教学过程，谈谈对高中物理学科核心素养的培育。

一、物理观念与应用是物理核心素养的基石。要求物理教学以实验为基础

德国物理学家冯·劳厄曾经说过，教育所给予人们的无非是當一切已学过的东西都忘记后所剩下来的东西。那么什么是“剩下来的东西”呢？应该是学生学习物理知识的基础上获得的概括性认识，即物理基本观念，如自然观、物质观、时空观、运动观、守恒观、物理价值观等。清华大学宋心琦教授曾精辟地指出，学生能牢固地、准确地，哪怕只是定性地建立起基本的物理观念，应当是中学物理教学的第一目标。因此，中学物理教学应该从“知识为本”转向“观念建构”。那么又该如何进行“观念构建”的教学呢？通过“体验”加“感悟”才能将知识转化为观念，而“体验”加“感悟”最好的载体便是精彩纷呈的演示实验、学生实验和课外实验等。这样的教学学生主动性强、参与度高、合作性强，对概念建立、规律理解更加深刻，是充满生命活力的教学，是回归物理科学本质的教学。

比如，一个具备“运动观”的学生，当他面对运动问题时，会自觉地观察物体运动的位移、速度、加速度等，并加以分析，解释问题或解决问题。以人教版高中物理必修1第二章第二节《匀变速直线运动的速度与时间的关系》为例，教学最后可在教师主导下让学生完成这样一个任务：研究小车的运动——分析电磁打点计时器的原理。教学设计如下：

教师先演示小车下滑，设置情景，继而提问学生如何研究小车的运动？

学生：小车的运动快慢和s、t有关，只需测出s和t即可，再由v=s/t求得速度。

教师：有无其他方案可以研究？比如，假想把小车加长，某人在某位置每隔1s作一标记点（在小车经过的位置上）。那么这些点能否反映出小车的运动情况呢？

学生：把小车加长是不现实的，也是没有必要的。不过，我们要达到这样的目的，只要用一个很简单的方法即可：在小车的尾部拖上一条纸带——“你走你的路，我打我的点”。这样，小车的运动信息就在纸带上“记录下来”了。

练习：甲同学用手代替小车，匀速拉动纸带；乙同学左手拿秒表，每隔1 s打一点；右手手腕紧靠桌面，并且笔要拿竖直；打第一个点标上0，后面依次标上1、2、3…，求出1到6计数点的速度v。还可以改变拉动纸带的速度，如加速、减速、忽快忽慢，再研究小车的运动情况。

教师：刚才练习中，同学们其实已经发明了一种新的实验仪器“打点计时器”，只不过，是“人工”的。如果我们用交流电做电源，利用电磁原理，每秒打50次，就可以改进为“电磁打点计时器”。

二、科学思维与创新是物理核心素养的中心。要求物理教学以思维为中心

牛顿曾说过，如果我看得更远一点的话，是因为我站在巨人的肩膀上。这句话从哲学层面理解是继承与创新的关系。继承时，应该是旧有理论中合理的部分，而不应该盲目地完全摒弃或全盘收纳；创新时，也不是空手起家或一蹴而就的，而是在对旧有理论持有正确态度的基础上，进行科学思维。“科学思维”主要包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等要素。纵观物理学史，每一次重大创新都是建立在此前的认识之上的，在明确问题之后，对实验事实进行分析，进行新的观察和理论研究，提出新的模型和假说。而新的模型或假说又在实验中接受检验，正确的被肯定，经不起检验的被否定，在新的基础上再提出新的学说。

以人教版高中物理选修3-5第十八章第二节《原子的核式结构模型》为例，枣糕模型不能解释卢瑟福发现的a粒子散射实验，于是卢瑟福在其基础上提出了核式结构模型。鉴于此，本课教学应该抓住“四个环节”以“问题为驱动、思维为中心”开展教学：电子的发现一汤姆孙枣糕模型一a粒子散射实验一核式结构模型。以“a粒子散射实验”环节为例，驱动教学的四大问题为：

（1）为何用？阐明“a粒子散射实验”的研究动机；

（2）如何做？介绍“a粒子散射实验”的操作过程；

（3）有何得？说明“a粒子散射实验”的实验现象；

（4）有何获？展示“a粒子散射实验”的研究成果。

显然，以“问题为驱动、思维为中心”进行教学，有利于学生学习科学家研究微观世界的科学思维方法，有利于激发学生的科学思维，优化学生的思维品质，引导学生沿着科学家的足迹经历创新过程，从而培养学生的创新精神。

三、科学探究与实践是物理核心素养的关键。要求物理教学以过程为主线

科学探究包括提出物理问题，形成猜想和假设，获取和处理信息，基于证据得出结论并做出解释，以及对实验探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力，重在以科学的态度、科学的精神、科学的方法、科学的思维进行自主、合作的探究，这样可以让学生亲身体验探究自然规律的过程，感悟自然界的和谐美和统一美。否则就是假探究、伪探究，实验于是也变成了验证性的实验了。以人教版高中物理选修3—5第十六章第一节《实验：探究碰撞中的不变量》为例，科学探究的主要分四个阶段，如下图所示：

显然，编者想着重突出两个方面：一是在学习各类实验探究或思维探究的基础上进一步强化“探究”理念，二是在学习能量守恒定律的基础上进一步渗透“守恒”的思想。就本节课而言，首先从车厢碰撞挂钩、台球碰撞变速、粒子碰撞转化等实例中发现问题，激发学生寻求规律的欲望——碰撞前后是否有什么物理量保持不变？此时学生虽有较大好奇心和积极性，但毕竟因为知识有限、能力欠缺等，教学中为了帮助学生沿着正确的方向进行实验，教材在适当的环节给出了提示或明确说明，如“实验的基本思路”、“需要考虑的问题”等，这样有利于教師在课堂教学中帮助学生，活化、深化科学思维。学生根据对实验器材的熟悉程度和已有知识将会提出不同的实验方案，教师此时只需积极引导学生注重实验中的科学思维进行因地制宜的实验。“不变量”不是“守恒量”，从实验探究得到的规律是否具有普遍性，需要经得起理论和实践的检验，才能走向普遍性，才能成为规律。这是本节课教学中科学思维的关键所在。

四、科学态度与责任是物理核心素养的灵魂。要求物理教学以育人为目标

科学态度是指个体具有的以符合科学的方式待物做事的心向、意识等内心准备状态和行为意向，它包含理性态度、实证态度、质疑态度、非功利态度等。态度是可以学习的，积极的科学态度是学习的结果，具备科学态度方可担当，才有责任心。广西师范学院吴晓莉教授曾说过，科学态度是青少年科学技术普及活动目标体系的核心内容，它表现为追求真理的勇气、尊重规律、习惯于理性思考等特征，它们构成一个人科学素养的最关键部分。正如温总理在《仰望星空》中所说，我仰望星空，它是那样辽阔而深邃；那无穷的真理，让我苦苦地求索、追随。科学精神和科学态度，是人类破解地球各种危机、走向幸福美好生活的法宝和希望。因此，物理教学不能陷入应试教育的怪圈，而是用物理核心素养来梳理物理培养目标，真正承担起培育社会主义核心价值观和落实立德树人根本任务的重担。

培养科学态度的基本问题是将对事物的正确认识转化为相应的科学习惯。在这方面，教师既要发挥主导作用，又要以良好的示范影响学生。因此，教师首先要做到尊重科学、相信科学、运用科学、不搞现代迷信。比如，做演示实验或解题都要严格按照操作规律或解题步骤进行，不拼凑数据，不弄虚作假，对误差进行实事求是的分析和解释。这些对学生形成科学世界观，培养学生科学态度具有不可低估的作用。

以人教版高中物理必修1第二章第五节《伽利略对自由落体的探究》为例，从培养学生科学态度和责任的角度看，本节课具有极其重要的地位。现从宏观角度审视本节课教学中应该培育的科学态度，如下表。

总而言之，科学态度的培养在教学过程中，应充分利用教材内容，结合物理学史的典型事件，不断为学生创造培育平台，如此日积月累，一定能不断提升学生的科学态度，达到真正育人的目标。