基于学生核心素养的物理学科能力表现-以“机械运动与力”为例-初中-物理-论文

基于学生核心素养的物理学科能力表现——以“机械运动与力”为例李梓若西安滨河学校摘要：学生核心素养是指学科教育给予学生未来发展所需要的关键能力和必备品格。其实质是学生顺利完成学习理解、应用实践和迁移创新的学科认识活动和问题解决活动的稳定的心里调节机制，即学生的学科能力。本文主要概述初中物理机械运动与力的基于学生核心素养的物理学科能力相关内容。关键词：核心素养；学科能力；物理学习能力；机械运动与力；一、核心素养的内涵学生发展核心素养在学科领域中具体化为学生核心素养，基于学习理解、应用实践和迁移创新的学科能力既是学生发展核心素养和学科核心素养的共同要求，也是贯通不同学科领域核心素养的关键能力要求。物理课程要培养的核心素养，主要包括物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任。物理观念是从物理学视角形成的关于机械运动与力的总体认识，是物理概念和规律等在头脑中的提炼与升华，是从物理学视角解释自然现象和解决实际问题的基础。科学思维是从物理学视角对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系的认识方式；是建构物理模型的抽象概括过程；是分析综合、推理论证等方法在科学领域的具体运用；是基于事实证据和科学推理对不同信息、观点和结论进行质疑和批判，予以检验和修正，进而提出创造性见解的品格和能力。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。科学探究是指基于观察和实验提出物理问题、形成猜想与假设、设计实验与制定方案、获取与处理信息、基于证据得出结论并作出解释，以及对科学探究过程和结果进行交流、评估反思的能力。科学探究主要包括问题、证据、解释、交流等要素。科学态度与责任是指，在认识科学本质和了解科学、技术、社会、环境之间关系的基础上形成的，探索自然的内在动力，严谨认真、实事求是、持之以恒的品质，热爱自然、保护环境、遵守科学伦理的自觉行为，以及推动可持续发展和实现中华民族伟大复兴的使命担当。科学态度与责任主要包括科学本质观、科学态度、社会责任等要素。二、学科能力物理核心素养是学生通过物理学习形成的关键能力和必备品格。其中的“能力”作为当代教育研究的术语，有多个方面的解释，阐述。德国著名心理学家朗茨维纳特“个体自身具备的或通过学习掌握的、可用以成功且负责任地解决问题的知识、技巧、态度、意志和社交手段。”物理核心素养中的关键能力的提出，是建立在国内外关于物理学科能力的研究基础上的。我国林崇德先生指出，学科能力是教师和学生通过教学活动使得学科知识概化的能力，是学科教育与智力发展的结晶，学科能力的构成包括：（1）学生掌握某学科的一般能力；（2）学生在学习某学科时的智力活动及其有关的智力与能力的成分；（3）学生学习某学科的学习能力、学习策略与学习方法。这意味着学科能力既以学科知识为载体，又要超越具体知识形成稳固的心理特质。所以学科能力具有四个特点：（1）系统性；（2）以学科知识为中介；（3）可外显化；（4）稳定性。三、物理学科能力物理学科能力指学生顺利进行物理学科的认识活动和问题解决活动所必需的、稳定的心理调节机制。其内涵是系统化、结构化的物理学科知识技能及核心活动经验图式对学习行为的定向调节和执行调节。对物理学科能力的结构化表征和具体表现，国内外学者共同积累了丰富的理论预设和实践经验。段金梅等从知识、技能和能力三者的关系出发，结合中学物理教学的目标和特点提出中学物理需注重培养的五方面能力：观察实验能力、思维能力、分析问题解决问题的能力、自学能力和创造性思维能力。续佩君：广义的物理能力是指“顺利进行并完成物理学研究任务的个性心理特征”；狭义的物理能力指“物理学习中必然获得发展的、直接影响个体完成相应物理学习任务的心理特征”。物理学科能力是一种综合性的能力，包括多个方面或多个维度，其中观察概括、推论预测、解释论证、探究创新等是不同视角中的共性要素。这些维度有的是基础性的子能力（如观察、记忆、概括等），有些是较高级的子能力（如迁移、整合、创新等）。物理学科能力既又一定程度的迁移性，又与学生对物理学科具体内容的认识紧密关联。故物理学科能力的培养和测评均需要结合具体的物理知识和物理问题情境进行。对物理学科能力的研究可以基于对学生解决问题时的外在表现的描述和分析，进而对学生的内在心理特质作出合理推断。四、基于核心素养的物理学科能力表现框架的建构物理观念是在学习理解和应用实践过程中逐渐形成的，而随着理解和实践过程，学生的科学思维和探究能力得到锻炼和发展，并形成良好的科学态度和科学责任。故物理学科能力框架首先将学习理解、应用实践、迁移创新三种学生活动作为三个学生表现的维度，建构领域一般化的上位框架。物理学学科能力表现框架由三个能力维度构成，学习理解、应用实践、迁移创新。这三类活动涵盖了学生当下学习生活和应对未来社会挑战的基本内容，三个维度的能力既相对独立又相互影响，其中学习理解能力和应用实践能力相对基础，迁移创新能力则对学生提出了更高要求。一级指标二级指标学习理解观察记忆观察和信息提取：能观察物理现象，从中提取有效信息，记忆与物理概念相关的现象和过程。信息与知识对应：能将通过观察获得的信息与已有知识建立联系概括论证抽象概括：能从事实经验中提取事物或过程的共同本质特征，形成物理概念，建构物理模型和发现物理规律。指向知识获得的推理：能在已有知识基础上通过逻辑推理，获取新知识关联整合知识关系建构：在理解知识内涵与外延的基础上，建立知识间的关联。核心概念整合：能说明知识与核心概念之间的关系以及知识在核心概念体系中的地位，并围绕核心概念建构物理概念应用实践分析解释分析问题情境：能调用相应的物理概念、模型和规律对问题情境进行描述与分析。解释物理现象：能基于对问题情境的分析对物理现象作出合理解释。推论预测基于推理进行论证：能基于对物理问题的描述与分析，依据现有模型和规律，进行合理推理，支持其观点或反驳相异观点。基于推理合理预测：能基于推论，结合具体物理问题情境，对事物或过程的发展作出合理的猜想与假设综合应用多过程情境中的问题解决：能分析多过程的物理情境问题，基于多步推理解决情境问题。多知识的提取与综合使用：能综合运用多方面知识解决较复杂情境中的物理问题迁移创新直觉联想远距离联想：能将陌生情境问题与所学知识进行关联。估计判断：能基于所学知识对陌生情境问题作出合理估计和初步判断。迁移与质疑新情境下的应用：能将以学知识和方法迁移应用至新情境，以分析解决相关问题。基于批判性思考的评价：能在质疑的基础上形成批判性评价或者发现科学问题。建构新模型创意设计：能形成一定程度上可操作的、有创意的、较详尽的设计，包括对实验或部件功能的改进，以及发明创造等。针对新情境建构模型：能在陌生物理问题情境中，主动合理低地建构模型，有效解决问题。五、机械运动与力的表现期望机械运动是自然界中最基本的运动形态，在物理学中，一个物体相对于另一物体的位置，或者一个物体的某些部分相对于其他部分的位置随着时间而变化的过程叫机械运动。初中知道机械运动，能用参照物的概念举例说明机械运动的相对性。能举例说明自然界存在多种多样的运动形式。知道世界处于不停地运动中。会根据生活经验估测长度和时间。会选用适当的工具测量长度和时间。知道路程和速度的概念，能用速度描述物体运动的快慢。能通过实验测量物体运动的速度。理解匀速直线运动的特点和规律。能通过观察物体的运动情况来判断物体的速度，能根据物体运动路程的变化情况分析物体的运动速度。能根据路程和时间信息对非匀速直线运动的速度变化趋势作出判断。能用速度公式进行简单计算。理解平均速度，能用其估算运动路程和时间，解释生活中常见的现象。能基于不同运动情境运用运动知识比较不同物体的速度大小，且根据证据对所判断的结果作出解释。力是物体之间的相互作用，力不能脱离物体而单独存在。两个不直接接触的物体之间也可能产生力的作用。力是力学中的基本概念之一，是使物体获得加速或形变的外因。依照不同的分类方式，力有多种多样的存在形式。例如，根据力的性质可分为重力、弹力、摩擦力等；根据力的作用方式可分为接触力和非接触力；根据力的效果可分为推力、拉力、支持力、压力、向心力等。初中关于力的表现期望：能列举生活中常见的力（重力、弹力、摩擦力），并理解其意义，知道重力的计算公式。认识力可以改变物体的形状，能定性判断力的大小，解释生活中的物理现象。会测量力的大小。知道力的三要素，能用力的示意图描述里力的大小和方向。知道二力平衡的条件，并能用其解决力学问题。知道简单机械。了解杠杆的平衡条件。了解压强的含义，能说出日常生活中增大和减小压强的方法。能估测自己站立时对地面大压强，知道液体压强与哪些因素有关。知道大气压强及其与人类生活的关系。了解流体的压强与流速的关系及其在生活中的应用，能解释飞机的升力是怎样产生的。能说出浮力大小与哪些因素有关，知道阿基米德原理，能运用物体的浮沉条件说明生产、生活中的一些现象，能解释潜水艇的浮沉的原理。能基于不同的物理情境利用力学知识进行分析和推理，且能依据证据对所判断的结果作出解释与预测。机械运动与力的关系体现了物体受力与运动之间的规律，牛顿运动定律正是力与运动之间规律的反映。力是改变物体运动状态的原因，而不是使物体运动的原因。由物体的初始状态和受力情况可知其运动情况，或由物体的运动情况可知其受力情况。机械运动与力的关系可分为三种情况：不受力，受平衡力，受非平衡力。物体不受力和受平衡力时作用效果相同，都保持原来的运动状态不变。初中：认识到力可以改变物体运动的方向和快慢。学生能感受到重力可以使向上运动的物体最终都落向地面。知道牛顿第一定律内容，能够在具体情境中运用该定律解释现象。知道牛顿第一定律又叫惯性定律，能用物体的惯性解释自然界和生活中的有关现象。例如:解释当汽车突然启动、急刹车、转弯时，车内可能发生的现象。能基于不同的物理情境初步根据物体的运动状态判断受力情况，以及能根据二力平衡或不平衡解释运动情况。能够将新情境与惯性知识进行关联，形成具有可操作性的、有创意的、充分利用惯性或克服惯性的设计。能将惯性的知识迁移到较陌生的情境中解决问题，例如在太空中巨石。六、能力表现与教学建议在“机械运动与力”主题上，学生具备从生活现象中发现物理问题的意识，能对物理现象和物理过程进行概括抽象，发现其内在的规律，能用文字、符号公式和图表表征概念，调用相关物理知识对问题加以分析，解释以及进行一定的推论预测。在学习理解维度上，初中阶段的学生能较好的记住速度、重力、弹力、摩擦力、惯性等基本概念，能将生活中常见的情境中的信息与相应的物理概念进行关联对应，但仍有学生存在“体积大的物体惯性大、运动的物体惯性大”等迷思概念，在对运动与相互作用观念的建构上，大部分学生仍是从生活经验粗略认识力与运动的关系，不能统整机械运动、力、力与运动的关系等内容来建构系统完整的运动与相互作用观念。在应用实践的维度上，初中生能较为熟练的应用速度、重力、弹力、摩擦力、平衡态等概念分析问题，但仍有部分学生不能正确应用惯性概念及其大小判断因素对真实情景中的物理现象进行分析解释。不能很好利用力与运动的关系分析解决问题。在迁移创新维度上，初中生在遇到陌生情境时能够优先将其与所学的力与运动的知识进行关联来解决问题，但学生迁移力与运动知识分析解决新情境中问题的能力不