促进学生物理学科素养形成的教学探索
余传信
摘 要：物理学科素养，指人们在物理学科内所具备的专业品质，这些品质是通过长时间的专业学习和训练所形成的专业知识与经验、专业方法与技能、专业思维与语言、专业行为与态度等诸多品质因素。促进学生物理学科素养形成的教学方式与策略为：尝试描述，促进概念语言素养的形成；注重领悟，促进科学方法素养的形成；重视体验，促进实验技能素养的形成。
关键词：学科素养；概念语言素养；科学方法素养；实验技能素养
物理学科素养，指人们在物理学科内所具备的专业品质，这些品质是通过长时间的专业学习和训练所形成的专业知识与经验、专业方法与技能、专业思维与语言、专业行为与态度等诸多品质因素。素养和素质既有区别，但又有联系。素质是人的生理上原来的特点，是事物本来的性质，指人们完成某种活动所必需的基本条件。素养是指一个人在从事某项工作时应具备的素质与修养，它必须经过训练或实践而获得的技巧和能力 [1 ]。素质是形成素养的基础，素养是素质的提升与发展。人们通常所说的素质教育，实质是指素养教育。
就专业而言，不同学科的素养内涵各具有其特点。物理是以实验为基础、以科学方法为精髓、以概念与规律为基本元素的学科课程，其中的实验技能、科学方法、概念语言是物理学科素养的主要内涵要素。本文结合初中物理教学，谈谈促进学生物理学科素养形成的教学实践与体会。
1 尝试描述，促进概念语言素养的形成
物理概念，指物理概念与规律，它既是构成物理课程知识体系的基本元素，又是反映物理事件特征或本质的专业性语言，其文字简练而内涵深刻。如“力”的概念：力是一个物体对另一个物体的作用。从字面上理解，指的是一个物体对另一个物体施加了力的作用。但究其实质，它至少包含了以下六个方面的内涵：①从作用关系来看，力的作用是相互的，甲对乙有力的作用，乙对甲也有力的作用，而且大小相等方向相反；②从作用形式来看，两个物体可以是直接接触，也可以是没有接触；③从作用对象来看，每一个物体既是受力物体而又是施力物体；④从作用方式来看，有推、拉、顶、压、吸等不同方式；⑤从作用效果来看，或发生形变，或运动状态发生改变；⑥从作用性质来看，两物体间作用力的性质相同，若甲对乙是压力，那么乙对甲也是压力。
所谓“概念语言素养”，就是指学生针对某一概念能运用学科专业化的语言来诠释其内涵实质。事实表明，不少学生觉得物理难学或者没学好物理，其中主要的原因就是对物理概念缺乏深刻性的理解。或者说，概念语言素养缺乏应有的训练。传统的教学，通常是教师先列举有关概念的物理事实或演示与概念有关的实验现象，然后教师再依据物理事实与现象来讲解概念。显然，学生对知识的获取仅是一种接收方式，其中没有经过学生本人的思维加工，学生对概念则是一种肤浅的理解，与理解概念的深刻性要求，正好形成一个较大的落差，这就是学生们常说的“听得懂但不会做题”的症结所在。新课程虽然倡导探究性学习，引导学生去发现，去分析，去论证，中途做了大量工作，然而在概念建立或规律导出时教师却大包大揽。诚然，初中生的概括抽象能力正处于初级阶段，语言组织能力也有所欠缺，难于用自己的语言来科学准确地描述概念与规律，让学生自主建构概念，确实费时费力，且又会影响知识与技能的落实训练。教师的这种担心往往使学生失去了概念语言素养训练的最佳契机，从长远的教学效益来说，这是因小失大。
让学生尝试归纳并描述概念是促进概念语言素养形成的有效途径。如《科学探究：物质的密度》课题，学生已通过对实验数据分析而发现“同一物质，虽然体积与质量不同，但质量与体积的比值相等”这一事实，此时就可以要求学生引入一个物理量来描述这种属性。当然，如果学生课前没有阅读教材，那么就有可能引入“实度”、“重度”、“浓度”等物理量，也有可能发现“质量与体积的比值可以表征物质的特性”、“质量与体积的比值越大，这种物质就越结实或越重”等。尽管上面有的说法欠科学或欠准确，但它们均是学生活力思维的产物，其中有着对概念内涵的丰富的联想与思考，对训练并发展学生的概念语言素养却有着重要的意义。另外，学生通过自己对概念的描述，不仅能更好地领悟教材对概念描述的科学性、准确性和简练性，而且又是对概念内涵進行再度深化认识的过程。
2 注重领悟，促进科学方法素养的形成
科学方法，即科学研究方法与科学思维方法。生物学家达尔文说过：“最有价值的知识是关于方法的知识。”科学知识不是智慧，解决问题的科学方法才是智慧。当然，科学方法离不开科学知识，但科学知识离开了科学方法仅是一种无价值的死东西，人们常说的“书呆子”，就是指有知识而没有解决实际问题的科学智慧。科学方法不仅能指导人们科学地解决实际问题，而且能促进人们从事科学发明与科学创造 [2 ]。如推翻亚里士多德“力是维持物体运动的原因”的错误观点，伽利略是通过设置斜面实验这种科学方法并在实验事实的基础上进行“由实体过渡到虚体”的科学思维方法而得到了“力是改变物体运动状态的原因”的科学结论，正是这个科学结论的诞生和牛顿等其他科学家的科学分析与思考，使得力学知识与方法体系得以诞生。物理课程中的知识建构方法与过程，它是科学家科学方法或科学智慧的结晶，而这种科学方法或科学智慧素养正是引领或启迪学生未来从事科学创造与发明的活力因素。
在初中物理课程中，就科学研究方法而言，这里介绍几种以窥斑见豹。①控制变量法：用于研究其中一个量与其它几个量之间的关系，如研究决定运动快慢的因素、研究影响压强大小的因素、研究影响电流大小的因素，等等，它是教材中出现最多的方法，也是研究物理量之间关系中必须用到的方法；②等效替代法：如研究平面镜成像规律中用实物替代虚像来确定像的位置；分力与合力的等效，等效电路或等效电阻等；③理想模型法：如推导液体压强公式中“液柱”模型；研究连通器问题中的“液片”模型，磁感线模型等；④转换显示法：如测定温度的高低转换为观察液柱的高低；测定电流的大小转换为观察电流表指针的偏转大小；⑤科学推理法：如由鼓面上小纸屑的跳动来推知鼓面振动，又如由滑块在不同粗糙水平面上滑过的距离来推知力是改变物体运动状态的原因。在科学思维方法方面，如物理量定义的“比值法”，如速度、压强、密度、电阻、功率等，都是运用比值的方法来描述其特征或本质。再如运用运动图像法来分析运动问题、运用电流图像来分析电流功率问题、运用温度时间图像来分析热现象问题，等等。应该说，科学研究方法与科学思维具有密切的内在联系，如图象法，它既可以用来研究物理过程或物理现象的变化，也可以用来分析解决与物理过程或物理现象变化的有关问题，这也正是笔者将科学研究方法与科学思维方法统称为科学方法的依据。
注重领悟，首先是教学中让学生领会物理课程中的科学方法性知识，其次是注意渗透有关科学方法运用的训练。如《快与慢》课题中关于速度概念的建构，教学中先可以引导领悟“跑一段相同的路程谁先达到终点”和“用相同的时间看谁跑得路程长”这种“同中辨异”科学方法，然后再给出路程与时间均不相同的两组数据，让学生尝试判断两者的运动快慢。如果学生能借助前面“同中辨异”的方法来领悟比较“单位时间内通过的路程”来比较运动快慢，这何以不是“同中辨异”思维的灵活运用？何以不是学生科学方法素养的体现？
3 重视体验，促进实验技能素养的形成
实验技能素养是物理学科素养的必要内涵，这不仅因为实验是物理课程知识体系建立的基本手段方法，更重要的是在实验原理设计与过程操作方法方面蕴含着科学家创造性的科学方法与科学智慧。如探究“电流做功与哪些因素有关”的实验，在实验原理方面，渗透着转换思想与方法。电流通过导体而使导体发热，产生的热量让煤油吸收，依据Q=cmΔt，在比熱容、质量一定的情况下，煤油升高的温度与吸收的热量成正比，即通过观察温度的变化来判定吸收的热量，其中既蕴含着判定电流做功转换为观察煤油吸热的转换方法，又蕴含着热量与温度关系的“同中辨异”的科学思维。在实验研究方法方面，其过程与方法设计是采用“控制变量法”来分别探究电流做功多少与电流强度大小和与电压大小的关系。由于本实验作为一种定性实验，因而在实验装置设计方面，为突出实验效果的直观性，则运用对比法而设置两个阻值不同的电热丝放入两瓶煤油瓶中，取相同的瓶与等量的煤油以比较两煤油的温度变化，这又是“同中辨异”思维再度运用。可见，透彻的理解实验原理与方法，既可以促进学生更好地领悟其中的科学思想与科学方法，又可以促进学生实验技能素养的提升。
所谓重视体验，就是指在物理课程教学中，不仅要提供让学生动手实验的机会，更要提供让学生尝试设计实验方案或设计实验装置的平台，以充分地挖掘实验教学的教育功效。如探究“阿基米德原理”实验教学，先让学生观察大小不同的木块漂浮在同一液体中，以引导学生发现较重的木块所受到的浮力较大，而排开液体的体积也较大，由此而推知木块受到的浮力大小与木块所排开的液体体积大小有关。然后再让学生观察同一木块漂浮在不同的液体中，以引导学生发现木块在密度大的液体中所排开的体积较小，这样就可以促进学生从上面两种现象中发现物体所受浮力的大小不仅与物体排开液体的体积大小有关，而且与液体密度有关。此时教师提出“对同一种物体，密度与体积的乘积是什么”的问题加以启发，如果学生能从中领悟到“物体所受浮力的大小与物体排开液体的质量大小有关”，那么探究“阿基米德原理”的实验原理、方法、装置的设计性思维活动就会应运而生。当然，学生所设计的实验，可能实验原理欠科学，或实验装置欠精当，或实验操作欠合理，但这都是学生在实验活动中的一种经历或体验，而学生的实验技能素养正是在这种经历与体验中逐步形成。
实验教学，不仅是用来引导学生形成概念或获取知识，更重要的是促进学生实验技能素养的形成。应该指明，实验设计中的科学思想与科学方法的灵活运用均属于实验技能素养范畴。
物理学科素养是学生未来进一步学好物理专业课程的基础，又是学生未来从事有关物理专业工作或研究工作的必要素养。初中物理教学着眼于促进学生物理学科素养的形成，既是突出物理课程教育本质的课程要求，又是贯彻落实“关注学生的发展与未来”的 新课程理念的有效策略。
参考文献：
[1]刘晓玫等.中学物理教师学科专业素养与课堂教学实践[M].北京：首都师范大学出版社，2013.
[2]鲍健强.科学思维与科学方法[M].贵阳：贵州科技出版社，2002.
摘 要：物理学科素养，指人们在物理学科内所具备的专业品质，这些品质是通过长时间的专业学习和训练所形成的专业知识与经验、专业方法与技能、专业思维与语言、专业行为与态度等诸多品质因素。促进学生物理学科素养形成的教学方式与策略为：尝试描述，促进概念语言素养的形成；注重领悟，促进科学方法素养的形成；重视体验，促进实验技能素养的形成。
关键词：学科素养；概念语言素养；科学方法素养；实验技能素养
物理学科素养，指人们在物理学科内所具备的专业品质，这些品质是通过长时间的专业学习和训练所形成的专业知识与经验、专业方法与技能、专业思维与语言、专业行为与态度等诸多品质因素。素养和素质既有区别，但又有联系。素质是人的生理上原来的特点，是事物本来的性质，指人们完成某种活动所必需的基本条件。素养是指一个人在从事某项工作时应具备的素质与修养，它必须经过训练或实践而获得的技巧和能力 [1 ]。素质是形成素养的基础，素养是素质的提升与发展。人们通常所说的素质教育，实质是指素养教育。
就专业而言，不同学科的素养内涵各具有其特点。物理是以实验为基础、以科学方法为精髓、以概念与规律为基本元素的学科课程，其中的实验技能、科学方法、概念语言是物理学科素养的主要内涵要素。本文结合初中物理教学，谈谈促进学生物理学科素养形成的教学实践与体会。
1 尝试描述，促进概念语言素养的形成
物理概念，指物理概念与规律，它既是构成物理课程知识体系的基本元素，又是反映物理事件特征或本质的专业性语言，其文字简练而内涵深刻。如“力”的概念：力是一个物体对另一个物体的作用。从字面上理解，指的是一个物体对另一个物体施加了力的作用。但究其实质，它至少包含了以下六个方面的内涵：①从作用关系来看，力的作用是相互的，甲对乙有力的作用，乙对甲也有力的作用，而且大小相等方向相反；②从作用形式来看，两个物体可以是直接接触，也可以是没有接触；③从作用对象来看，每一个物体既是受力物体而又是施力物体；④从作用方式来看，有推、拉、顶、压、吸等不同方式；⑤从作用效果来看，或发生形变，或运动状态发生改变；⑥从作用性质来看，两物体间作用力的性质相同，若甲对乙是压力，那么乙对甲也是压力。
所谓“概念语言素养”，就是指学生针对某一概念能运用学科专业化的语言来诠释其内涵实质。事实表明，不少学生觉得物理难学或者没学好物理，其中主要的原因就是对物理概念缺乏深刻性的理解。或者说，概念语言素养缺乏应有的训练。传统的教学，通常是教师先列举有关概念的物理事实或演示与概念有关的实验现象，然后教师再依据物理事实与现象来讲解概念。显然，学生对知识的获取仅是一种接收方式，其中没有经过学生本人的思维加工，学生对概念则是一种肤浅的理解，与理解概念的深刻性要求，正好形成一个较大的落差，这就是学生们常说的“听得懂但不会做题”的症结所在。新课程虽然倡导探究性学习，引导学生去发现，去分析，去论证，中途做了大量工作，然而在概念建立或规律导出时教师却大包大揽。诚然，初中生的概括抽象能力正处于初级阶段，语言组织能力也有所欠缺，难于用自己的语言来科学准确地描述概念与规律，让学生自主建构概念，确实费时费力，且又会影响知识与技能的落实训练。教师的这种担心往往使学生失去了概念语言素养训练的最佳契机，从长远的教学效益来说，这是因小失大。
让学生尝试归纳并描述概念是促进概念语言素养形成的有效途径。如《科学探究：物质的密度》课题，学生已通过对实验数据分析而发现“同一物质，虽然体积与质量不同，但质量与体积的比值相等”这一事实，此时就可以要求学生引入一个物理量来描述这种属性。当然，如果学生课前没有阅读教材，那么就有可能引入“实度”、“重度”、“浓度”等物理量，也有可能发现“质量与体积的比值可以表征物质的特性”、“质量与体积的比值越大，这种物质就越结实或越重”等。尽管上面有的说法欠科学或欠准确，但它们均是学生活力思维的产物，其中有着对概念内涵的丰富的联想与思考，对训练并发展学生的概念语言素养却有着重要的意义。另外，学生通过自己对概念的描述，不仅能更好地领悟教材对概念描述的科学性、准确性和简练性，而且又是对概念内涵進行再度深化认识的过程。
2 注重领悟，促进科学方法素养的形成
科学方法，即科学研究方法与科学思维方法。生物学家达尔文说过：“最有价值的知识是关于方法的知识。”科学知识不是智慧，解决问题的科学方法才是智慧。当然，科学方法离不开科学知识，但科学知识离开了科学方法仅是一种无价值的死东西，人们常说的“书呆子”，就是指有知识而没有解决实际问题的科学智慧。科学方法不仅能指导人们科学地解决实际问题，而且能促进人们从事科学发明与科学创造 [2 ]。如推翻亚里士多德“力是维持物体运动的原因”的错误观点，伽利略是通过设置斜面实验这种科学方法并在实验事实的基础上进行“由实体过渡到虚体”的科学思维方法而得到了“力是改变物体运动状态的原因”的科学结论，正是这个科学结论的诞生和牛顿等其他科学家的科学分析与思考，使得力学知识与方法体系得以诞生。物理课程中的知识建构方法与过程，它是科学家科学方法或科学智慧的结晶，而这种科学方法或科学智慧素养正是引领或启迪学生未来从事科学创造与发明的活力因素。
在初中物理课程中，就科学研究方法而言，这里介绍几种以窥斑见豹。①控制变量法：用于研究其中一个量与其它几个量之间的关系，如研究决定运动快慢的因素、研究影响压强大小的因素、研究影响电流大小的因素，等等，它是教材中出现最多的方法，也是研究物理量之间关系中必须用到的方法；②等效替代法：如研究平面镜成像规律中用实物替代虚像来确定像的位置；分力与合力的等效，等效电路或等效电阻等；③理想模型法：如推导液体压强公式中“液柱”模型；研究连通器问题中的“液片”模型，磁感线模型等；④转换显示法：如测定温度的高低转换为观察液柱的高低；测定电流的大小转换为观察电流表指针的偏转大小；⑤科学推理法：如由鼓面上小纸屑的跳动来推知鼓面振动，又如由滑块在不同粗糙水平面上滑过的距离来推知力是改变物体运动状态的原因。在科学思维方法方面，如物理量定义的“比值法”，如速度、压强、密度、电阻、功率等，都是运用比值的方法来描述其特征或本质。再如运用运动图像法来分析运动问题、运用电流图像来分析电流功率问题、运用温度时间图像来分析热现象问题，等等。应该说，科学研究方法与科学思维具有密切的内在联系，如图象法，它既可以用来研究物理过程或物理现象的变化，也可以用来分析解决与物理过程或物理现象变化的有关问题，这也正是笔者将科学研究方法与科学思维方法统称为科学方法的依据。
注重领悟，首先是教学中让学生领会物理课程中的科学方法性知识，其次是注意渗透有关科学方法运用的训练。如《快与慢》课题中关于速度概念的建构，教学中先可以引导领悟“跑一段相同的路程谁先达到终点”和“用相同的时间看谁跑得路程长”这种“同中辨异”科学方法，然后再给出路程与时间均不相同的两组数据，让学生尝试判断两者的运动快慢。如果学生能借助前面“同中辨异”的方法来领悟比较“单位时间内通过的路程”来比较运动快慢，这何以不是“同中辨异”思维的灵活运用？何以不是学生科学方法素养的体现？
3 重视体验，促进实验技能素养的形成
实验技能素养是物理学科素养的必要内涵，这不仅因为实验是物理课程知识体系建立的基本手段方法，更重要的是在实验原理设计与过程操作方法方面蕴含着科学家创造性的科学方法与科学智慧。如探究“电流做功与哪些因素有关”的实验，在实验原理方面，渗透着转换思想与方法。电流通过导体而使导体发热，产生的热量让煤油吸收，依据Q=cmΔt，在比熱容、质量一定的情况下，煤油升高的温度与吸收的热量成正比，即通过观察温度的变化来判定吸收的热量，其中既蕴含着判定电流做功转换为观察煤油吸热的转换方法，又蕴含着热量与温度关系的“同中辨异”的科学思维。在实验研究方法方面，其过程与方法设计是采用“控制变量法”来分别探究电流做功多少与电流强度大小和与电压大小的关系。由于本实验作为一种定性实验，因而在实验装置设计方面，为突出实验效果的直观性，则运用对比法而设置两个阻值不同的电热丝放入两瓶煤油瓶中，取相同的瓶与等量的煤油以比较两煤油的温度变化，这又是“同中辨异”思维再度运用。可见，透彻的理解实验原理与方法，既可以促进学生更好地领悟其中的科学思想与科学方法，又可以促进学生实验技能素养的提升。
所谓重视体验，就是指在物理课程教学中，不仅要提供让学生动手实验的机会，更要提供让学生尝试设计实验方案或设计实验装置的平台，以充分地挖掘实验教学的教育功效。如探究“阿基米德原理”实验教学，先让学生观察大小不同的木块漂浮在同一液体中，以引导学生发现较重的木块所受到的浮力较大，而排开液体的体积也较大，由此而推知木块受到的浮力大小与木块所排开的液体体积大小有关。然后再让学生观察同一木块漂浮在不同的液体中，以引导学生发现木块在密度大的液体中所排开的体积较小，这样就可以促进学生从上面两种现象中发现物体所受浮力的大小不仅与物体排开液体的体积大小有关，而且与液体密度有关。此时教师提出“对同一种物体，密度与体积的乘积是什么”的问题加以启发，如果学生能从中领悟到“物体所受浮力的大小与物体排开液体的质量大小有关”，那么探究“阿基米德原理”的实验原理、方法、装置的设计性思维活动就会应运而生。当然，学生所设计的实验，可能实验原理欠科学，或实验装置欠精当，或实验操作欠合理，但这都是学生在实验活动中的一种经历或体验，而学生的实验技能素养正是在这种经历与体验中逐步形成。
实验教学，不仅是用来引导学生形成概念或获取知识，更重要的是促进学生实验技能素养的形成。应该指明，实验设计中的科学思想与科学方法的灵活运用均属于实验技能素养范畴。
物理学科素养是学生未来进一步学好物理专业课程的基础，又是学生未来从事有关物理专业工作或研究工作的必要素养。初中物理教学着眼于促进学生物理学科素养的形成，既是突出物理课程教育本质的课程要求，又是贯彻落实“关注学生的发展与未来”的 新课程理念的有效策略。
参考文献：
[1]刘晓玫等.中学物理教师学科专业素养与课堂教学实践[M].北京：首都师范大学出版社，2013.
[2]鲍健强.科学思维与科学方法[M].贵阳：贵州科技出版社，2002.
