核心素养导向下提高初中生物理计算能力的策略研究

摘 要：物理核心素养的提出为物理教学注入了新鲜血液，本文基于物理核心素养体系论述了提高初中生物理计算能力的策略。重点在概念教学、培养物理学科思维、重视物理原始问题三个方面阐述了如何提高初中学生的计算能力，进而促进学生核心素养的发展。

关键词：核心素养;初中物理;计算能力

核心素养是指学生应具备的适应终身发展和社会发展所需的必备品格和关键能力。发展学生核心素养的主要途径落在了学科教学上，其中物理学科作为自然科学的重要组成部分，将毫无疑问承担起重要的责任。因此，近年来基于物理核心素养的教学研究成为物理教育工作者的研究热点，并且基于核心素养体系要求和物理学科的特点形成了物理核心素养体系，其中包括“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个维度的内容。同时，各省市的《初中毕业生学业考试说明》对初中生物理计算能力的考察均有明确的要求，并且表现出递增的态势。比如，兰州市在《2019年兰州市初中毕业生学業考试说明》文件中对学生物理计算能力考察的要求是“能够运用数学方法表达、分析和处理简单的物理问题，是区分学生学习能力的重要依据”。物理计算能力是一项综合能力的体现，主要包含数学应用能力、语言分析能力、逻辑判断能力、思维转化等能力。计算能力作为学生解决物理问题必备的基本能力，实际情况却不容乐观，计算的正确性、合理性、简捷性等方面都存在着较大的问题。有鉴于此，本文重点探讨了如何基于物理学科核心素养来提升初中生物理计算能力的几点策略，以便为广大师生提供一些参考。

一、 基于物理核心素养，重视概念教学

物理核心素养要素之一是物理观念，要求学生对物理知识形成基本认识，并能够将其中核心概念和规律进行提炼和升华。计算题作为考查学生计算能力的直接形式，表面上看考查的是学生的数字运算能力，但实质上是在考查学生对物理学科基本概念和规律的掌握情况，学生只有在透彻理解物理概念的基础上，才能在解决物理问题过程中准确地找到理论依据。例如：初中阶段常考查的需要通过密度的计算来解决的实际问题有以下四类：①求庞大物体的质量;②求形状不规则或较大物体的体积;③鉴别物质;④判断金属球是否空心。如果在概念教学阶段，教师只是给学生摆出“密度”的定义是“某种物质组成的物体的质量与它的体积之比”，公式为“ρ=m/V”，ρ、m、V分别表示什么物理量以及计算注意事项等，学生根本不理解“密度”这一概念的本质，也就不知道如何利用密度的计算来解决问题。教学中如果让学生有了“密度是表示物质分布疏密程度的比值定义的量，是物质的固有属性，与物质的质量、体积、位置变化无关，与物质的种类、状态、温度、压强等因素有关”这样上位概念的理解，学生便很容易通过计算来解决实际问题。学生有了对物理概念和规律的基本理解，一方面从根本上清除了处理问题过程中遇到的知识障碍，为提升学生计算能力铺垫了基石;另一方面，也促进学生物理观念的建构，发展了学生的物理核心素养。

二、 基于物理核心素养，培养物理学科思维

发展学生物理核心素养，最关键的是要提升学生的物理思维。物理思维分为形象思维和抽象思维，形象思维包括感觉、记忆、图形、空间、想象等;而抽象思维包含分析、综合、演绎、归纳、推理、判断、数学运算等。不难看出，提升学生计算能力的过程就是培养学生物理思维的过程。

（一） 学会思维转化，将简单文字转化为物理情境

大多数物理计算问题是以文字描述的形式呈现的。解决物理问题的过程，其实就是思维转化的过程，要求学生把题目中抽象的文字转化为物理情境或物理模型，再将其转化为数学语言，必要时还需要借助草图（如：力的示意图，电路图等）实现转化，最后把结论回归到真实问题情境中。在教学过程中，可要求学生将题目的已知条件、目标、用到的公式写出，使思考过程更加清晰。另外，需要学生注意的是在写已知条件时一定要注意单位的换算和统一，以此来保障计算的准确性。例如：如图1所示，底面积为400cm2的容器中装有50cm深的水，水中有一个密度为0.6×103kg/m3，体积为4×10-3m3的木块被细线系着处于静止状态，试求：（1）水对容器底面的压强;（2）绳子的拉力。本题就是在考察学生的思维转变能力，学生首先要把文字描述转化为物理情境，写出已知条件：S容=4×10-2m2;h=0.5m;ρ木=0.6×103kg/m3;V木=4×10-3m3;ρ水=1.0×103kg/m3。目标：p;F拉。此时学生很容易根据公式p=ρgh将第（1）问求出，但在求第（2）问绳子的拉力时，学生如果不借助示意图对木块进行受力分析（F拉=F浮-G），就会出现思维混乱、无从下手的情况。因此，教学中要注重培养学生对物体受力分析的习惯。受力分析是学生解决力学问题必备的习惯和素养，也是学生以后走入高一级的学校学习的必备品格和关键能力，有助于培养学生的有序思维。

（二） 注重物理模型建构，将实际问题转化为物理模型

物理模型是反映原物某方面本质特征的理想物质（过程）或假设结构，是对实际问题进行科学的抽象化处理的结果，运用了忽略次要因素、突出主要因素的简化方法，有利于对实际问题的分析和研究。在教学过程中，构建物理模型是研究物理问题时常用的思维方法。学生在了解物理情境的基础上，能快速抽象与之对应的物理模型，往往是解决物理问题的关键。如图2所示：身高1.7m，质量为50kg的小明同学做俯卧撑运动，他的重心在A点，若他将身体撑起，地面对手的作用力至少多大？这个问题只有把小明抽象成支点为O、阻力（重力）作用在重心A点的杠杆时，学生才能根据杠杆平衡条件解决问题。因此，教师在教学中应加强物理模型内涵的研究，厘清各种常见模型（如：运动模型中的匀速直线运动;结构模型中的串、并联电路;条件模型中的光滑模型等），强化学生对物理模型观念的理解。学生通过物理模型的建构过程反过来又会促进对物理概念和规律的深刻理解，从而促进学生运用物理模型解决实际问题的能力，提高物理核心素养。

（三） 发展创新能力，多角度思考问题

创新能力包括创新意识、创新思维和创新技能三部分内容，其核心是创新思维。创新思维的培养需要教师在日常物理教学中引导学生从不同的角度、不同的层面看待问题，独立思考、敢于创新，充分发挥学生学习的主动性、自主性、独创性。例如：体积为1.2L的容器中，能否装下1.1kg的酒精，已知酒精密度为0.9×103kg/m3。学生遇到这样的问题，一般情况会根据密度公式变形“V=m/ρ”计算出酒精的体积判断能否装下，这样单一的训练局限了学生思维的发展。如果在设计问题时加上“請用多种方法求解”，就会促使学生进一步思考，还可以从比较密度或比较质量的角度去思考，这时学生思维更开阔、方法更多样，在实际情境中获得解决问题的真实体验，进而促进学生创新思维的发展，一定程度上培养了学生的物理核心素养。

三、 基于物理核心素养，重视物理原始问题

核心素养的提出给物理教学注入了新鲜血液。同时，研究表明：原始物理问题与核心素养的内涵十分契合，注重培养学生在面对复杂的、不确定的现实问题时发现问题、解决问题的综合品质。传统习题教学虽然能促进学生计算能力的提高，但是由于缺乏对学生思维发散能力的培养，学生在知识的迁移和实际物理问题面前显得力不从心，无形之中限制了学生计算能力的提升。由于原始物理问题的生态性，恰恰能弥补这一缺失。原始物理问题通过将习题严格控制在物理现象中，并且经过抽象又可以变为习题的特点，一定程度上可以促进对物理知识的内化。

例如：将阻值均为12Ω的两个电热丝，分别串联和并联在电压均为24V的电源两端，通电10min后，哪种连接方式产生的热量多，多了多少？将其改编为：住宿楼楼道里的灯常常彻夜通明，因而极易损坏。有经验的电工师傅采用把两只相同的灯泡串联后再接入电路的方法，使其使用寿命延长，省去了频繁更换灯泡的麻烦。其中的道理是什么？自主设置物理量写出推导过程。首先，要明白问题是什么？灯泡寿命的长短与产生热量的多少密切相关，在相同的时间内就是比较热功率的高低。通过比较热功率的高低将生活和物理联系在一起。其次，要明确串联与并联电路相比，哪些物理量发生了变化，两个相同的灯泡在串联和并联电路中相比串联电路中的总电阻变大，热功率变小，因此两个灯泡在串联电路中的寿命更长。

在这个案例中学生根据生活现象的描述，提取有效信息，发现背后隐藏的物理问题，综合运用物理知识与方法去解释现象，从而提高解决实际问题的能力和对物理知识的认同感。这恰恰就是物理核心素养中要求的“科学态度与责任”。原始物理问题源于生活，不仅可以激发学生的学习兴趣，而且可以使学生积极主动地思考抽象出类似物理习题的模型，避免了学生通过“题海战术”提升计算能力造成的局限性。

本文提出的基于核心素养下初中学生物理计算能力的培养策略，着眼于学生长远的发展，以“通过概念的理解，着重培养学生的物理学科思维，强调物理原始问题的重要性”为具体措施，将提升学生核心素养作为贯穿教师日常教学的基本准则，有利于学生良好计算习惯的养成，有序计算思维的培养，迁移应用能力的提升，最终在提高计算能力的同时，促进学生物理核心素养的提升。

参考文献：

[1]余文森.核心素养导向的课堂教学[M].上海：上海教育出版社，2017.

[2]李岩.初中物理学科核心素养的要素分析[J].物理通报，2017（S1）：2-4.

作者简介：

冯平，甘肃省兰州市，兰州市第六十二中学。