基于研究性学习培养高中生物理学科核心素养的策略

《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称《课程标准》）进一步细化了高中物理学科核心素养的具体范畴，为教师组织教学活动指明了方向，强调教师在高中阶段需以培养学生核心素养为基础开展教学工作。区别于传统学习方式，研究性学习强调学生的自主学习，能在无形中调动学生主观能动性，契合新课程改革要求，同时也满足了社会发展对人才的需求。在《课程标准》的指导下，高中物理教师应及时转变思想理念，将研究性学习作为首要任务，落实对学生核心素养的培养。一、概念综述（一）研究性学习笔者通过文献分析法追溯研究性学习的发展历程，对研究性学习具体概念进行细致总结：研究性学习由苏格拉底所提出的“步步紧逼提问”的教学方式衍生而出，后世专家学者通过具体分析与推敲，对它的内涵作出了全新的阐释。《普通高中“研究性学习”实施指南（试行）》指出，“研究性学习是学生在教师的指导下，通过自主研究的方式获取知识，解决问题的一种学习手段”。区别于传统的学习形式，研究性学习能够帮助学生在掌握知识的同时，深化对问题研究方法的理解，由被动接受知识转化为主动汲取知识，进而帮助学生在潜移默化中形成积极的学习态度。与此同时，研究性学习具有开放性、综合性、实践性以及过程性等特征，需要教师在具体实践中重点关注。（二）核心素养《课程标准》将物理学科核心素养分为物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任，要求教师通过有效指导，帮助学生逐步形成正确的价值观念、必备品格与关键能力[1]。二、研究性学习在高中物理学科教学中的实用价值为落实核心素养在高中物理教学中的培养目标，笔者对研究性学习的价值进行了细致总结。第一，研究性学习的开放性体现在时间、空间、组织形式选择的多样化。对学生而言，新颖的学习方式能起到激发学习主动性、拓展思维的作用。在课堂教学中，教师可以借助教材或生活情境，引导学生以小组为单位集思广益，在研究中解决问题，在讨论中凝聚智慧，这不仅能提高课堂教学质量，还有利于学生核心素养的发展。第二，教师根据高中生思维特点，采取有效的研究性学习指导方式，帮助学生学会运用物理知识科学论证问题，在质疑、思考中产生积极情感体验，感受到物理学科的魅力，这对学生科学思维能力的发展与创新意识的形成具有积极作用[2]。第三，在传统物理教学中，部分教师扮演课堂主导者的角色，缺乏与学生的沟通交流，导致课堂气氛沉闷。在研究性学习的支持下，教师可以开展以小组为单位的相关活动，建立学习共同体，在研究、分析的过程中拉近师生间的距离，帮助学生养成共同协作解决问题的习惯，进而实现全面发展。三、基于研究性学习培养高中生物理学科核心素养的策略（一）发现问题，确定课题区别于传统学习方式，研究性学习需要学生像科学研究一般获得知识，强调学生的亲身体验。在具体设计中，教师可以由问题出发，结合教学内容创设物理情境，引发学生对现象的思考，进而发现问题进行研究。此外，教师也可以引导学生自主预习并发现问题，在班级中进行分享讨论。上述两种情况均能激发学生参与意识。在这一环节中，教师要根据学生的提问选取具有价值的问题作为研究课题，为后续研究性学习的开展奠定基础。以人教版2019物理必修第一册“力的合成和分解”一课题教学为例，在课程开始前，为了充分激发学生的学习兴趣，教师可以将“大力士拉动汽车”的短视频作为情境，向学生展示参加比赛的选手借助一根绳子便可以将重达几吨的汽车拖动，使它前行。具有冲击性的画面瞬时吸引了学生的注意力。根据画面内容，部分学生可能会提出这样的问题：画面中的人是如何拉动汽车的？这与力有什么样的关系？在此环节，教师可以引导大家自主阅读教材内容，回忆片段，以集中讨论的方式得出结论。接下来，在利用情境设计问题组织学生参与研究后，教师可以鼓励学生自主整理教材内容，以小组为单位进行讨论，明确本课课题。在这一环节中，教师对各组成员提供的内容进行整理，最终确定研究问题——如何确定已知力的实际效果？在问题的引领下，学生能够通过模型的建立领悟力的实际效果，并树立“运动与相互作用”的物理观念，达成本课预期目标。如上，通过创设情境提出问题的方式，能激发学生参与研究性学习的内部动机，改善学生课堂参与意识不足、缺乏学习积极性等问题，帮助学生在研究的过程中生成物理观念。（二）创建小组，深度探究在具体实践中，教师需要引导学生建立学习共同体，通过独立思考的方式，集思广益地解决问题，在研究的过程中积累经验，提高自身协作意识[3]。对此，在确定课题后，教师可以根据学生的学习能力，将学生合理划分为若干小组，借助合作的方式为学生搭建研究性学习支架，引导学生基于问题进行合作研究，在交流中碰撞出思维的火花。以人教版2019物理必修第二册“生活中的圆心运动”一课教学为例，在教学活动开展前，教师向学生展示铁路弯道处图片，并引导学生回忆乘坐火车的经历，分析问题：为什么铁路轨道内外高度略有不同？据此问题，教师根据学生的学习能力将他们合理分组，让他们以小组为单位展开集中讨论。在研究过程中，小组成员群策群力，整理并收集火车车轮的形状特征，结合所学知识分析火车在转弯的过程中做圆周运动，但火车转弯的过程中外侧轮缘会与外轨进行接触并使它发生弹性形变，如图1所示：图1火车车轮运动示意图如果两轨道高度相同，外轨作用在轮缘上的力F便提供了向心力。在研究的过程中，部分小组还尝试搭建模型，绘制火车在行驶中与内外轨的受力关系，以直观的方式表现重力G与支持力FN的合力F提供的向心力。在研究与分析中，学生将经历分析、推理、论证等思维过程，进一步实现科学思维素养的发展。借助这一契机，教师还可以利用“汽车经过拱桥”这一常见的生活现象再次设计研究问题，引导学生分析汽车过桥时最高点对桥的压力，进一步深化学生对圆周运动以及牛顿第二定律的理解。以合作的方式牵引研究性学习，能保证学生参与学习活动的效率，使学生利用合作的方式高效完成学习任务，发展核心素养。（三）成果展示，交流讨论成果展示与总结是研究性学习中至关重要的组成部分。在完成合作任务后，小组成员需要撰写成果报告，在班级内进行集中分享，以在总结与整理的过程中发展学习能力，在分享的过程中汲取经验，完善自我[4]。以人教版2019物理选择性必修第一册“动量守恒定律”一课教学为例，在本课学习中，教师通过引导学生分析运动小车碰撞静止小车，巧妙引入“两辆小车动量之和不变”的结论，并类比其他物体碰撞，邀请学生分析：物体碰撞后动量之和不变是否为普遍规律？在问题的驱使下，学生以小组为单位研究动量守恒定律的基本方法。在合作研究中，为了帮助学生攻克难点，在设计实验阶段，教师可以邀请学生集中分析以下问题：实验中哪些物体组成了要研究的系统？如何创造实验条件，才能使系统所受外力的矢量和近似为零？根据教师的提示，各组尝试设计方案，并在班级中进行案例分享，讲解本组的制作流程。例如，某小组以“研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒”为主题，参考教材第19页的实验装置设置（如图2），并结合教师所提供的材料，展开深入研究和探讨。图2实验装置参考该小组学生研究两个问题：（1）选取两个不同质量的滑块，在碰撞端面装上弹性碰撞架；（2）在两个滑块碰撞段分别装上指针和橡皮泥，使两个滑块连成一体运动。根据实验方案设计表格，测量物体质量、碰撞前后速度，分别计算物体碰撞前总动量是否满足动量守恒定律，即m1v1'+m2v2'=m1v1+m2v2。在本组成员汇报完毕后，教师还可以寻求其他组意见。在教师的引导下，还有其他小组分享了“研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒”的实验方法。在良好的交互氛围中，学生的科学探究能力得到了有效发展。在研究性学习中，教师需要在学生完成研究活动后，邀请学生参与集中讨论与成果分享活动，保障每一位学生都能参与其中，积累经验并逐渐形成良好的协作精神，为后续的深度学习奠定基础。（四）反思总结，分析评价常规的教学方式多以教师为教学活动主体，忽视了对学生主观能动性的培养，影响了教学质量。在研究性学习中，教师需要重视评价的价值和意义，采用总结性评价与过程性评价相结合的方式，激励学生全面发展，并通过及时、恰当的评价，帮助学生认识和完善自我。以人教版2019物理选择性必修第二册“常见传感器的工作原理及应用”一课教学为例，本课以问题“常见传感器是如何感知非电池量，并将它转换为电学量？”为核心，帮助学生在学习中进一步了解光敏电阻、金属热电阻、热敏电阻以及电阻应变片等相关内容。在教学任务结束后，教师应根据学生在研究中的具体表现作出评价，指出部分学生在合作探究和成果展示环节存在的不足，并对表现优异的学生给予鼓励。根据评价方向，教师再次引导学生以自评的方式分享本课学习经验，同时指出尚未解决的问题，促使学生形成良好的学后反思习惯。在整体评价结束后，为了帮助学生更好地理解传感器在生活中的相关应用，教师可以再次设计拓展性研究课题，明确调查方向：寻找生活中与传感器相关的实用材料，阅读霍尔元件的相关知识，整理不同传感器工作原理的具体内容，引导学生利用课后时间进行研究。同时，出于对物理学科核心素养中“科学态度与责任”的考虑，在整理总结的过程中，学生将经历自主学习过程，进一步感受到科学对推动人类社会进步的积极作用，并树立良好的社