学科核心素养导向下的物理教学范例

——以“在流体中运动”教学为例

成都冠城实验学校  徐丹华

学科核心素养在基础教育过程中的重要性不言而喻。那么，在教学实施过程中，如何理解初中阶段物理学科核心素养的内涵，并且在教学的过程中实施并推进核心素养的培育与提升，是很多一线老师需要思考的问题。笔者在落实物理核心素养的教学实践过程中，得到了一些微不足道的启发与思考，在此与大家分享。

一、创设真实问题情境，提升概括理解能力

在教学设计的新课引入环节，笔者首先设计了“漫天飞雪”的实验，就是利用一段空调排水管，快速摇动，使容器内泡沫屑从管口飞出，营造一种漫天飞雪的情境。后面改进成“手摇吸尘器”，即在摇动的管口用橡皮筋套上网状织物，然后从桌斗内拿出常见垃圾纸片屑，快速摇动排水管，纸屑就全部进入管内，达到了手摇吸尘的目的。然后提问，为什么摇动的排水管能够把纸屑吸进去？

这样设计的目的就是为了制造真实有益的情境，体现学习是为了解决问题，而不是制造问题的思想。“漫天飞雪”的设计虽然带有魔术的效果，但是与从物理走向生活的理念不是很切合。而且，在实际操作的过程中，由于管口较细的问题，效果并不是很震撼，还会给教室清洁带来麻烦。所以，“手摇吸尘器”更能增加学生的体验感，让学生发现问题并且提出问题，唤起他们的认知思维，使他们成为知识的探索者。

接着笔者先介绍流体的定义，然后以向两张纸中间吹气的实验对比分析思考。吹气前纸内纸外都会受到大气压，并且大小相等，作用效果可以相互抵消，纸不会向中间靠拢也不会向两边分开。吹气后，先让学生猜想纸有什么变化，这个阶段的学生基本上都处于“经验性”思维的阶段，所以没有预习过的同学估计都会认为纸会被吹向两边，实际的现象却是向中间靠拢。实验现象与直觉经验矛盾，引发认知冲突，为什么会出现这种情况？然后运用物理知识和物理思维展开头脑风暴，尝试解决问题，提升学科核心素养。向中间吹气，改变了中间空气的什么？流体流速变化，为什么纸就向中间靠拢，又是谁把纸压向中间？通过过渡性的提问，让学生意识到流体压强和流速有关。

二、深度体验实验探究，积淀学科科学精神

通过刚才的探究，学生基本上都能猜出流体压强与流速有关。笔者顺势出击，设计了四个简单易操作并且效果易观察的小组合作实验。第一个是纸桥实验，第二个是吹纸条实验，第三个是向一弯折的吸管内吹气，用来探究气体压强与流速的关系，第四个实验是向放在水里的两个瓶盖间注水，用来探究液体压强与流速的关系（实验装置如图1所示）。

在小组实验开始前，笔者做了以下几种尝试：第一种是直接把器材拿给学生，并不对具体的操作做任何介绍，只是给出了一个小组汇报的模板：我们采用      方式，增大      在        位置的流速；我们观察到了                  现象，说明                 。这样设计的目的是为了提升学生在生长课堂“助”和“探”这两个环节的能力。但在实际的操作过程中，由于学生基于生活经验的“前概念”很多，教师如果不作适当的引导，学生拿到器材后两极分化很严重。有的是一头雾水，无处下手；有的是各种操作方式都会尝试，与教师想要的实验现象大相径庭。最后还是笔者在巡视的过程中一一引导示范才完成了实验，浪费了大量的课堂时间，后面的内容压缩至只有10分钟。这样的方式看似发散了学生的思维，实则给学生留下了诸多疑惑。在第二次的先行课中，笔者修改了方案，先向学生简单介绍了每个实验具体的操作方案，然后小组实验观察现象，合作讨论分析现象产生的原因，能够得出什么样的结论。汇报模板还是和之前的一样，最后汇报的同学还需要在ppt上对现象产生的原因进行如图2所示的科学分析，得出伯努利原理。这样一方面节约了宝贵的课堂时间，另一方面有效提升了学生的实验探究能力，团队意识也得到强化培养。

课后，经过组内评课和笔者反思，一致认为实验操作方法由老师介绍的方式和传统的“老师讲、学生听”的模式本质上相差不大，在这一环节学生的主动思维并没有被调动起来，而是在被动地接受，所以可能会出现操作方法的思考不深，导致学生的创新思维得不到发展。但如果不由老师引导，又会出现课堂时间不够的情况。针对这一情况，笔者建议可以利用导学案，让学生在课前经过小组讨论合作确定好实验方案。在这个过程中，教师可以适当地参与进行实验方案的评估。然后在课堂上体验实验的过程，观察实验现象，分析现象产生的原因。一方面节约了大量的课堂时间，另一方面，可以使学生深度体验讨论、实验的环节，主动建构知识，提升相应的学科素养。

三、借力问题解决过程，促进思想方法正迁移

在“升力”的处理环节，笔者先展示飞机模型，然后让学生观察机翼的剖面图，自主发现问题。经过观察，学生基本上都能发现机翼“上凸下平”的构造特点。然后，笔者拿出一个用泡沫打磨成的上凸下平的机翼模型，把它中间穿一个孔，插入一段吸管。用铁丝穿过吸管，吸管的横截面积要远大于铁丝，减小摩擦力。然后再把铁丝的两端分别固定在铁架台的顶端和底端，如图3所示。

图3

最后利用吹风机模拟风洞，模型就能在风洞里起飞。通过自制道具，学生的兴趣很快就被调动起来。接着，再抛出核心问题，助力思想方法的正迁移。问1：机翼模型能够起飞，说明受到了一个向哪儿的力？学生：向上的力。问2：施力物体是谁？学生：空气。问3：什么状态的空气？学生：流动的。问4：为什么流动的空气会对模型有一个向上的力呢？四个问题问完，学生的焦点基本上都集中在模型特殊的结构上了，但是由于知识受限，学生可能还不能完整地作答。这个时候，教师要做适时的引导。上凸下平，导致空气在流过时通过上方的路径长，速度快，压强小；下方路径短，速度慢，压强大。所以，流动的空气会对上凸下平的机翼模型有一个向上的力。这个力就叫做升力。

这种问题的设定，不是为了解决问题而设置问题，是真实情境的引入。解决的过程，也是按照一定的目标，应用前面获取的知识和技能，经过一系列的认知活动和思维操作，使问题得以解决。

四、联系实际求实创新，培养学生情感价值观

在教学过程中，教师应注重并且挖掘物理与生活的结合点和交叉点。在本节课前引入时，笔者是利用“手摇吸尘器”开场的。经过一系列知识的铺垫，笔者认为，可以进行相应的问题引导，让学生对“手摇吸尘器”进行改进创新。

问1：为什么摇动的排水管可以把纸屑从另一端吸进去？学生：摇动的一端增大了空气流速，气体压强变小，另一端的大气压就把纸屑压进去了。问2：如果我不想手动摇动，还有什么方法可以增大空气流速？学生：利用吹风机。可能会有风扇一类的答案。这时，笔者就拿出改进后的小型吸尘器（如图4所示），利用小电机增大流速，从而吸入纸屑，然后鼓励学生可以制造这样的小型吸尘器进行桌面清洁。

图4

物理来源于生活，但如果学生可以把相应的物理知识回归于生活，实现物理方法和物理思想的迁移应用与融合，进而改变我们的生活，甚至改变我们的世界。这样的情感价值观需要融入到课堂的一点一滴。

总而言之，物理课程的设计与实施要以提高学生科学素养为宗旨。让学生在经历科学探究过程中，具备初步的科学探究能力，并保持探索科学的兴趣与热情，关心科学技术的发展。助力学生核心素养的发展，当好教育的脚手架和知识的转化者是我们每一位教育工作者刻不容缓的责任与义务。

（作者系成都冠城实验学校教师，该文获得四川心理学会2021年中小学优秀学科学习指导案例成果评选二等）