基于學科核心素養的物理規律探究

張如作 葛娟

摘 要：物理學科核心素養是指學生通過物理學習而逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關鍵能力.本文以初中物理人教版教材“光的折射”教學實踐為例，通過引發認知沖突構建物理觀念、類比分析發展學生思維、對話討論組織科學探究、應用物理知識走向生活四個方面引導學生對物理規律的探究與應用，從而促進學生深度學習，發展學科核心素養.

關鍵詞：核心素養;物理規律;認知沖突

中圖分類號：G633.7???? 文獻標識碼：B???? 文章編號：1008-4134（2021）24-0047-03

作者簡介：張如作（1984-），男，荊州人，本科，中學一級教師，研究方向：中學物理教學;

葛娟（1985-），女，通海人，本科，中學一級教師，研究方向：教育教學.

學科核心素養是學科育人價值的集中體現，是學生通過學科學習而逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關鍵能力.物理核心素養主要包括物理觀念、科學思維、科學探究和科學態度與責任四個方面.《義務教育物理課程標準（2011年版）》中明確指出，此階段物理教學提倡方式多樣化，不僅應注重科學知識的傳授和技能的訓練，而且應注重對學生興趣、探究能力和創新意識以及科學態度、科學精神的培養，同時應注重與生產、生活實際及時代發展的聯系.而物理規律是物理知識教學的核心內容，同時也是培養學生學科核心素養的重要載體，下面筆者以初中物理人教版教材第四章第4節“光的折射”教學實踐為例，在物理規律探究中貫徹落實物理學科核心素養的教學目標.

1 引發認知沖突，構建物理觀念

在教學中，當學生學習的新知識與前概念不一致時，教師通過引發學生的認知沖突，能夠收獲更好的學習效果.

1.1 游戲活動激發學習興趣

課前，教師讓每兩位學生一起合作玩一個游戲，首先在一個不透明的塑料碗里放一枚硬幣，一位同學坐著能看見碗中硬幣，然后將視線慢慢遠離碗內硬幣，直到恰好看不到硬幣為止，并保持原有姿勢不動，另一位同學用漏斗在硬幣正上方緩慢地向碗中注水，觀察硬幣再次出現的過程，然后兩位同學交換位置重復實驗.

為什么能再次看到硬幣？學生學習光的直線傳播，知道看不見硬幣是因為碗壁擋住光的傳播路徑，當注水后觀察到硬幣再次出現，是因為水的緣故，具體是怎么發生的，學生暫不清楚.通過觀察奇妙的現象激發學生求知欲望，為后面的探究奠定基礎.

1.2 實驗展示，建立認知平衡

實驗：讓一束光斜射向帶刻度盤的容器內，然后逐漸加入水，讓學生觀察光束傳播路徑的變化.

通過圖1、圖2的實驗演示，學生會發現，當

光從空氣斜射入水或玻璃時，光不再沿直線傳播，而是會發生偏折，教師進一步引出光的折射定義：光從一種介質斜射入另一種介質時，傳播方向發生偏折.適時指出光沿直線傳播是在同一種均勻介質中傳播，而光的折射現象是由于介質不均勻或光在不同種介質間傳播形成的.

2 類比分析，發展思維

在圖2所示的實驗中，有三條光線的呈現，教師引導學生，在兩種透明介質界面上有入射光線、反射光線，還有一條是折射光線，那它們之間的位置有什么特點？學生根據前面所學知識，能很快回顧起反射定律，明白入射光線與反射光線之間的關系，教師可以進一步提出問題：在光的反射現象中，三線兩角遵循一定規律，在折射現象中是否也存在類似規律？在表1中對比呈現出兩種現象的關系特點，讓學生大膽進行猜想.

3 對話討論，科學探究

3.1 初步探知

在學生猜想的基礎上，通過以上器材組織學生進行實驗，教師一邊演示一邊引導學生觀察思考.

師：當折射光線所在的刻度板向后折時，不能看見折射光線，說明什么？

生：說明折射光線、入射光線與法線在同一平面內.

師：入射光線、折射光線與法線有什么位置關系？

生：折射光線、入射光線分居在法線兩側.

教師在實驗中不斷改變入射角的大小，然后將入射角與折射角的數據記錄在表2中.

師：通過對以上數據的定量分析，入射角與折射角有什么關系？

生：兩角大小不相等.

生：兩角大小不相等且折射角小于入射角.

生：折射角會隨著入射角的增大而增大.

學生很容易理解折射現象中的三線共面和兩線分居，也能發現兩角不等，折射角小于入射角并且會隨著入射角的增大而增大.但如果實驗僅僅停留在這里，會無形中強化學生的錯誤認知：折射角都小于入射角，而沒有注意到前提條件——光從空氣斜射入水中或其他介質中.

3.2 進階思考

師：在折射現象中，有沒有可能出現折射角大于或等于入射角的情況？

學生們在小組內討論后呈現出不同的答案，為解決大家的疑惑，教師讓這束光以相同角度的入射角從水中斜射入空氣中，記錄數據見表3.

再次通過觀察和分析，學生會發現，此時折射角大于入射角，與他們已有的認知發生沖突，迫使他們思考并找到原因——實驗條件，產生這種現象的原因在于，前面一組實驗是光從空氣斜射入水中，后面一組實驗是光從水中斜射入空氣中.在學生發現的基礎上，教師進一步提出疑問：在折射現象中，兩角不等，入射角有時大有時小，有沒有一個普遍規律？此時，再引導學生分析表2和表3，進一步歸納總結出，光在空氣和另一種透明介質中傳播時，在空氣中的那個角較大，不論它是入射角還是折射角，并完善兩種光現象特點的對比見表4.

教師在課堂上通過設置循序漸進的問題引導學生思考，教學過程既有深度，又符合初中學生的思維水平，也能為學生高中學習折射定律做好鋪墊.

4 應用知識，走向生活

在課前的游戲中，向碗內注水后為什么能再次看見硬幣？是由于光從水中斜射入空氣中時，在水和空氣的界面上發生偏折，而人眼始終認為光沿直線傳播，所以在折射光線的反向延長線的交點上，看到硬幣的虛像，比實際物體位置偏高，才會感覺硬幣變淺.同時也對蜃景、水中筷子發生“折斷”及初升的太陽等現象進行分析和解釋，進一步鞏固學生對折射規律的認識.

5 啟示與反思

5.1 利用前概念構建新知識

新知識的建構必須來源于已有知識，教師需要關注學生在學習給定主題時隨之帶來的不完整理解、錯誤觀念和對概念的天真解釋，并依據這些已有概念幫助每個學生達到更成熟的理解.如果忽視學生的前概念，他們獲得的理解可能一直處于低階思維層級，或與教師預期的想法大相徑庭.學生在學習光的折射前，因對光沿直線傳播的片面認識和眼睛習慣沿直線看物體等原因，不容易理解折射現象中入射角與折射角的大小關系.如果教師忽視學生認知這一現象的過程，勢必只會讓他們停留在機械記憶的水平上，達不到深度學習的效果.

5.2 認知沖突激發學習興趣

學生的學習動機最初產生于“學習困境”，在不同的學科情境下可能為“迷思概念”“戲劇沖突”或“兩難困境”，這種不能解決、不能突破、不能澄清的狀態就是所謂的“認知沖突”，它是一種強烈的心理矛盾狀態，并引發探究沖動，不斷尋求解決方案.認知沖突是物理前概念轉變的基礎，也是新概念教學的起點，教師在物理教學中可以設置問題情境，引發認知沖突，讓學生不斷發現并解決問題，在學生自我知識的構建中激發學習欲望.

5.3 重視科學探究的過程

物理等科學的學習要以促進學生對未知的探究為出發點，根據確定的主題，設計具體問題，在教師的引導下，通過學生的觀察、動手操作、師生間的對話等方式重現知識發現的過程.在本文的學習設計中通過讓學生經歷感知、類比猜想、對比分析、實驗探究等一系列的過程真正體會到知識的偉大魅力.

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（收稿日期：2021-07-14）