高中物理的核心素养是什么

发表时间:2018/10/9   来源:《素质教育》2018年11月总第288期   作者:程云江
[导读] 首先我们要明确,各个学科自有自己的学科核心素养,即使都是自然科学,不同学科的核心素养也是不一样的。

云南省怒江州民族中学 673200
        近年来,学科核心素养被提到了一个很高的高度。本文想就高中物理学科的核心素养是什么?怎样在物理教学中重视和体现?怎样在去关注学生的学科核心素养的培育?等问题发表自己的一些见解。
        首先我们要明确,各个学科自有自己的学科核心素养,即使都是自然科学,不同学科的核心素养也是不一样的。
        素养指的是,个体在面对复杂的、不确定的现实情境时,能够综合运用学科观念、思维模式和探究技能,分析情境、提出问题、解决问题、交流结果的能力。
        物理学是所有自然科学中最早获得发展,也是目前应该说是发展得相对完善的一门自然科学。早在两千多年前的古希腊以阿基米德、亚里士多德为代表的科学家,就已经在静力学、流体力学、力与运动的关系等领域为现代科学奠定了基础。但这个时期并没有形成近代科学的研究方法。近代科学的长足发展是在欧洲文艺复兴运动之后,以伽利略作为开创者推动和创立的。近代科学的研究方法简单说就是“实证”,它也是近代哲学的一种研究方法。所谓“实证”就是所有结论都必须经过实验验证,也就是实践才是检验科学和真理的唯一标准。举个例子,亚里士多德认为,重的物体下落得快,轻的物体下落得慢。但是伽利略只需一个简单的斜塔实验就证明了所有物体下落的快慢都是一样的,或者说加速度是一样的。这就是“实证”的方法。在今天的人看来,这是最自然不过的方法了,但是在伽利略时代,这种方法已经是叛经离道了,因为古希腊的学者的研究方法是“思辨法”。
        我们可以把“实证”的方法简单表达如下:提出问题→建立猜想和假设→用观察和实验验证假设。其中在第三个环节观察和实验中又有:观察法、控制变量法、等效替代法、实验推理法、替换法、模型法、类比法、数学归纳法等。



        我认为所谓物理学的核心素养,最核心的部分就是上述方法论。这些方法已经被近代和现代无数的科学发现所证实,是我们在物理学科的教学中最应该被关注的核心,他们的重要性并不比知识本身次要。同时也是我们的学生今后走上工作岗位后的科学方法论,是学生最重要的能力财富。
        因此,在高中物理教学中,作为教师应该把上述物理方法的介绍、讲解、学习、领悟放在十分重要的地位。下面我们例举几个例子。
        在牛顿第二定律的教学中,涉及力、质量、加速度三个变量,这三个变量相互影响、相互制约。为了确定他们之间的关系,如果让三个量同时发生变化,我们就无法确定他们之间的关系了。此时我们可以用控制变量法,先让质量不变,去研究力和加速度之间的关系;再让力不变,去研究加速度和质量之间的关系,最后综合起两种关系就可以得出三者之间的关系。这就是控制变量法。
        等效替代法,在我们研究力的合成时就被用到。当一个力产生的效果与两个力(或几个力)产生的效果相同时(即使物体产生相同的加速度),这个力就叫做那两个力(或几个力)的合力。力的合成的平行四边形定则就是依据此而得到。
        实验推理法。大家都知道的伽利略理想实验。把一个小球从斜面滚下,接着让他滚上另一个斜面。如果我们把第二个斜面的倾斜度逐步减小小球就可以在第二个斜面上滚得更远。设想不存在摩擦力和阻力,当第二个斜面完全放平后,小球就可以永远不停地滚下去了。在这里就用到了对现实实验的理想化推理。由此得到了牛顿第一定律。
        模型法。也是一种常用的研究方法。在我们研究氢原子光谱和黑体辐射光谱时,一开始科学家们是用已有的经典力学和经典电磁理论去研究氢原子光谱和黑体辐射光谱的。但理论结果与实验事实都有很大的差异,除非做出一些量子化假设。在这里就用到了模型法,就是把光子和电子的运动看成也遵守经典力学和经典电磁理论这种物理模型。再如,我们在解一些物理题时,模型法也被经常用到。比如我们先是把实际物体运动的情境,忽略一些次要因素抽象成一个遵守牛顿运动定律或者动量定律、动量守恒定律的物理模型,然后用相关的物理规律加以解决。这些都是模型法。
        数学归纳法。这种方法就更是普遍了。物理学之所以是一门相对比较成熟的科学,其中一个很重要的因素就是采用了严密的数学,定量地去研究各个变化量之间的关系,也就是把变化量之间的关系用数学方法归纳到十分严密、十分精确的高度。到目前为止,其他自然科学还远没有达到数学归纳的高度。
        其次,高中物理的核心素养还包括以下几个方面。
        在介绍物理学史时,要让学生充分体会和领悟物理学每一个规律的发现,科学家所经历的失败、生命代价、挫折、进展、成功和喜悦,从中让学生学会对待问题的求真意志和不屈精神这些心理和精神层面的素养。要让学生充分领悟每一个实验设计的精巧(如万有引力恒量测定的卡文迪许实验、测定电子电量的密立根油滴实验、探测氢原子内部结构的α粒子散射实验,还有证明爱因斯坦光量子假设的光电效应实验等)、严密,以及实验结论的重大意义,从中领悟人类的伟大智慧和认识自然的超强能力。还要让学生学会对待实验设计、过程、数据的高度严谨态度、求实精神和综合分析的能力。让学生学会在解答物理习题过程中,如何建模、如何应用物理概念、规律解决复杂问题的能力等等。

 

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