基于研究性學習培養(yǎng)高中生物理學科核心素養(yǎng)的策略

《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標準》）進一步細化了高中物理學科核心素養(yǎng)的具體范疇，為教師組織教學活動指明了方向，強調(diào)教師在高中階段需以培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)為基礎開展教學工作。區(qū)別于傳統(tǒng)學習方式，研究性學習強調(diào)學生的自主學習，能在無形中調(diào)動學生主觀能動性，契合新課程改革要求，同時也滿足了社會發(fā)展對人才的需求。在《課程標準》的指導下，高中物理教師應及時轉(zhuǎn)變思想理念，將研究性學習作為首要任務，落實對學生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。一、概念綜述（一）研究性學習筆者通過文獻分析法追溯研究性學習的發(fā)展歷程，對研究性學習具體概念進行細致總結(jié)：研究性學習由蘇格拉底所提出的“步步緊逼提問”的教學方式衍生而出，后世專家學者通過具體分析與推敲，對它的內(nèi)涵作出了全新的闡釋。《普通高中“研究性學習”實施指南（試行）》指出，“研究性學習是學生在教師的指導下，通過自主研究的方式獲取知識，解決問題的一種學習手段”。區(qū)別于傳統(tǒng)的學習形式，研究性學習能夠幫助學生在掌握知識的同時，深化對問題研究方法的理解，由被動接受知識轉(zhuǎn)化為主動汲取知識，進而幫助學生在潛移默化中形成積極的學習態(tài)度。與此同時，研究性學習具有開放性、綜合性、實踐性以及過程性等特征，需要教師在具體實踐中重點關注。（二）核心素養(yǎng)《課程標準》將物理學科核心素養(yǎng)分為物理觀念、科學思維、科學探究、科學態(tài)度與責任，要求教師通過有效指導，幫助學生逐步形成正確的價值觀念、必備品格與關鍵能力[1]。二、研究性學習在高中物理學科教學中的實用價值為落實核心素養(yǎng)在高中物理教學中的培養(yǎng)目標，筆者對研究性學習的價值進行了細致總結(jié)。第一，研究性學習的開放性體現(xiàn)在時間、空間、組織形式選擇的多樣化。對學生而言，新穎的學習方式能起到激發(fā)學習主動性、拓展思維的作用。在課堂教學中，教師可以借助教材或生活情境，引導學生以小組為單位集思廣益，在研究中解決問題，在討論中凝聚智慧，這不僅能提高課堂教學質(zhì)量，還有利于學生核心素養(yǎng)的發(fā)展。第二，教師根據(jù)高中生思維特點，采取有效的研究性學習指導方式，幫助學生學會運用物理知識科學論證問題，在質(zhì)疑、思考中產(chǎn)生積極情感體驗，感受到物理學科的魅力，這對學生科學思維能力的發(fā)展與創(chuàng)新意識的形成具有積極作用[2]。第三，在傳統(tǒng)物理教學中，部分教師扮演課堂主導者的角色，缺乏與學生的溝通交流，導致課堂氣氛沉悶。在研究性學習的支持下，教師可以開展以小組為單位的相關活動，建立學習共同體，在研究、分析的過程中拉近師生間的距離，幫助學生養(yǎng)成共同協(xié)作解決問題的習慣，進而實現(xiàn)全面發(fā)展。三、基于研究性學習培養(yǎng)高中生物理學科核心素養(yǎng)的策略（一）發(fā)現(xiàn)問題，確定課題區(qū)別于傳統(tǒng)學習方式，研究性學習需要學生像科學研究一般獲得知識，強調(diào)學生的親身體驗。在具體設計中，教師可以由問題出發(fā)，結(jié)合教學內(nèi)容創(chuàng)設物理情境，引發(fā)學生對現(xiàn)象的思考，進而發(fā)現(xiàn)問題進行研究。此外，教師也可以引導學生自主預習并發(fā)現(xiàn)問題，在班級中進行分享討論。上述兩種情況均能激發(fā)學生參與意識。在這一環(huán)節(jié)中，教師要根據(jù)學生的提問選取具有價值的問題作為研究課題，為后續(xù)研究性學習的開展奠定基礎。以人教版2019物理必修第一冊“力的合成和分解”一課題教學為例，在課程開始前，為了充分激發(fā)學生的學習興趣，教師可以將“大力士拉動汽車”的短視頻作為情境，向?qū)W生展示參加比賽的選手借助一根繩子便可以將重達幾噸的汽車拖動，使它前行。具有沖擊性的畫面瞬時吸引了學生的注意力。根據(jù)畫面內(nèi)容，部分學生可能會提出這樣的問題：畫面中的人是如何拉動汽車的？這與力有什么樣的關系？在此環(huán)節(jié)，教師可以引導大家自主閱讀教材內(nèi)容，回憶片段，以集中討論的方式得出結(jié)論。接下來，在利用情境設計問題組織學生參與研究后，教師可以鼓勵學生自主整理教材內(nèi)容，以小組為單位進行討論，明確本課課題。在這一環(huán)節(jié)中，教師對各組成員提供的內(nèi)容進行整理，最終確定研究問題——如何確定已知力的實際效果？在問題的引領下，學生能夠通過模型的建立領悟力的實際效果，并樹立“運動與相互作用”的物理觀念，達成本課預期目標。如上，通過創(chuàng)設情境提出問題的方式，能激發(fā)學生參與研究性學習的內(nèi)部動機，改善學生課堂參與意識不足、缺乏學習積極性等問題，幫助學生在研究的過程中生成物理觀念。（二）創(chuàng)建小組，深度探究在具體實踐中，教師需要引導學生建立學習共同體，通過獨立思考的方式，集思廣益地解決問題，在研究的過程中積累經(jīng)驗，提高自身協(xié)作意識[3]。對此，在確定課題后，教師可以根據(jù)學生的學習能力，將學生合理劃分為若干小組，借助合作的方式為學生搭建研究性學習支架，引導學生基于問題進行合作研究，在交流中碰撞出思維的火花。以人教版2019物理必修第二冊“生活中的圓心運動”一課教學為例，在教學活動開展前，教師向?qū)W生展示鐵路彎道處圖片，并引導學生回憶乘坐火車的經(jīng)歷，分析問題：為什么鐵路軌道內(nèi)外高度略有不同？據(jù)此問題，教師根據(jù)學生的學習能力將他們合理分組，讓他們以小組為單位展開集中討論。在研究過程中，小組成員群策群力，整理并收集火車車輪的形狀特征，結(jié)合所學知識分析火車在轉(zhuǎn)彎的過程中做圓周運動，但火車轉(zhuǎn)彎的過程中外側(cè)輪緣會與外軌進行接觸并使它發(fā)生彈性形變，如圖1所示：圖1火車車輪運動示意圖如果兩軌道高度相同，外軌作用在輪緣上的力F便提供了向心力。在研究的過程中，部分小組還嘗試搭建模型，繪制火車在行駛中與內(nèi)外軌的受力關系，以直觀的方式表現(xiàn)重力G與支持力FN的合力F提供的向心力。在研究與分析中，學生將經(jīng)歷分析、推理、論證等思維過程，進一步實現(xiàn)科學思維素養(yǎng)的發(fā)展。借助這一契機，教師還可以利用“汽車經(jīng)過拱橋”這一常見的生活現(xiàn)象再次設計研究問題，引導學生分析汽車過橋時最高點對橋的壓力，進一步深化學生對圓周運動以及牛頓第二定律的理解。以合作的方式牽引研究性學習，能保證學生參與學習活動的效率，使學生利用合作的方式高效完成學習任務，發(fā)展核心素養(yǎng)。（三）成果展示，交流討論成果展示與總結(jié)是研究性學習中至關重要的組成部分。在完成合作任務后，小組成員需要撰寫成果報告，在班級內(nèi)進行集中分享，以在總結(jié)與整理的過程中發(fā)展學習能力，在分享的過程中汲取經(jīng)驗，完善自我[4]。以人教版2019物理選擇性必修第一冊“動量守恒定律”一課教學為例，在本課學習中，教師通過引導學生分析運動小車碰撞靜止小車，巧妙引入“兩輛小車動量之和不變”的結(jié)論，并類比其他物體碰撞，邀請學生分析：物體碰撞后動量之和不變是否為普遍規(guī)律？在問題的驅(qū)使下，學生以小組為單位研究動量守恒定律的基本方法。在合作研究中，為了幫助學生攻克難點，在設計實驗階段，教師可以邀請學生集中分析以下問題：實驗中哪些物體組成了要研究的系統(tǒng)？如何創(chuàng)造實驗條件，才能使系統(tǒng)所受外力的矢量和近似為零？根據(jù)教師的提示，各組嘗試設計方案，并在班級中進行案例分享，講解本組的制作流程。例如，某小組以“研究氣墊導軌上滑塊碰撞時的動量守恒”為主題，參考教材第19頁的實驗裝置設置（如圖2），并結(jié)合教師所提供的材料，展開深入研究和探討。圖2實驗裝置參考該小組學生研究兩個問題：（1）選取兩個不同質(zhì)量的滑塊，在碰撞端面裝上彈性碰撞架；（2）在兩個滑塊碰撞段分別裝上指針和橡皮泥，使兩個滑塊連成一體運動。根據(jù)實驗方案設計表格，測量物體質(zhì)量、碰撞前后速度，分別計算物體碰撞前總動量是否滿足動量守恒定律，即m1v1'+m2v2'=m1v1+m2v2。在本組成員匯報完畢后，教師還可以尋求其他組意見。在教師的引導下，還有其他小組分享了“研究斜槽末端小球碰撞時的動量守恒”的實驗方法。在良好的交互氛圍中，學生的科學探究能力得到了有效發(fā)展。在研究性學習中，教師需要在學生完成研究活動后，邀請學生參與集中討論與成果分享活動，保障每一位學生都能參與其中，積累經(jīng)驗并逐漸形成良好的協(xié)作精神，為后續(xù)的深度學習奠定基礎。（四）反思總結(jié)，分析評價常規(guī)的教學方式多以教師為教學活動主體，忽視了對學生主觀能動性的培養(yǎng)，影響了教學質(zhì)量。在研究性學習中，教師需要重視評價的價值和意義，采用總結(jié)性評價與過程性評價相結(jié)合的方式，激勵學生全面發(fā)展，并通過及時、恰當?shù)脑u價，幫助學生認識和完善自我。以人教版2019物理選擇性必修第二冊“常見傳感器的工作原理及應用”一課教學為例，本課以問題“常見傳感器是如何感知非電池量，并將它轉(zhuǎn)換為電學量？”為核心，幫助學生在學習中進一步了解光敏電阻、金屬熱電阻、熱敏電阻以及電阻應變片等相關內(nèi)容。在教學任務結(jié)束后，教師應根據(jù)學生在研究中的具體表現(xiàn)作出評價，指出部分學生在合作探究和成果展示環(huán)節(jié)存在的不足，并對表現(xiàn)優(yōu)異的學生給予鼓勵。根據(jù)評價方向，教師再次引導學生以自評的方式分享本課學習經(jīng)驗，同時指出尚未解決的問題，促使學生形成良好的學后反思習慣。在整體評價結(jié)束后，為了幫助學生更好地理解傳感器在生活中的相關應用，教師可以再次設計拓展性研究課題，明確調(diào)查方向：尋找生活中與傳感器相關的實用材料，閱讀霍爾元件的相關知識，整理不同傳感器工作原理的具體內(nèi)容，引導學生利用課后時間進行研究。同時，出于對物理學科核心素養(yǎng)中“科學態(tài)度與責任”的考慮，在整理總結(jié)的過程中，學生將經(jīng)歷自主學習過程，進一步感受到科學對推動人類社會進步的積極作用，并樹立良好的社