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第一部分素养解读专项提高-2-高中物理教学是实现核心素养的有效途径。建立核心素养与课程教学的内在联系,充分挖掘物理课程在发展素质教育方面的独特育人价值。本篇将对物理学科核心素养的构建与内涵进行分析解读。核心素养的界定,大致有两种类型:一种是界定为知识、能力和态度的整合;另一种是界定为关键能力。学科核心素养是学科育人价值的集中体现,是学生通过学科学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力。物理学科核心素养主要包括“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面。我们将对这四个方面做出解读。-3-核心素养(一)物理观念1.物理观念形成的背景知识是能力的基础。在科学教育领域,国际上关于科学知识的表述有核心概念、关键概念等多种方式。最新的国际科学教育研究与实践,强调核心概念、大概念、跨学科概念,而在中国文化中,概念是指一类事物的共同属性与本质特征,是抽象的,与国际上关于概念的内涵并不一致,因此我们在构筑物理学科核心素养时,使用了物理观念;此外,中国文化中的观念与国际上的概念的内涵基本一致。-4-2.物理观念的形成依据我们将物理观念作为物理学科核心素养,主要依据有:(1)科学、技术与应用是学生发展非常重要的核心素养,主要包括科学技术的原理、方法与应用等。(2)世界各国的课程标准都将核心概念、大概念、关键概念,或者知识的理解与应用、工程实践等作为重要的科学素养。(3)科学教育研究一直重视概念学习,从21世纪之前重视概念发展、概念转变,到最近重视核心概念和概念进阶,科学概念的学习都是科学教育的重要目标之一。-5-高中物理中“物理观念”主要包括物质观念、运动观念、相互作用观念、能量观念等,由于核心素养只有在真实的情境中解决问题时才会表现出来,因此,在物理观念的培养中特别强调应用这些观念解决实际问题。在教学中,一是创设真实的教学情景,让学生经历科学探究和思维加工,保证物理概念和规律的内化,形成科学的思想;二是重视将这些观念用于解决实际问题,发展学生提出问题、分析问题和解决问题的能力。我们结合具体的物理问题来分析如何应用物理观念分析实际问题。-6-例1(2016·天津卷)我国成功研发的反隐形先进米波雷达堪称隐形飞机的克星,它标志着我国的雷达研究又创新的里程碑。米波雷达发射无线电波的波长在1~10m范围内,则对该无线电波的判断正确的是()A.米波的频率比厘米波频率高B.和机械波一样须靠介质传播C.同光波一样会发生反射现象D.不可能产生干涉和衍射现象解答:根据f=可知,波长越长,频率越低,故米波的频率比厘米波频率低,故A错误;无线电波不需要介质传播,故B错误;无线电波同光波一样会发生反射现象,故C正确;干涉和衍射是波特有的现象,所以无线电波能产生干涉和衍射现象,故D错误。𝑣𝜆-7-分析:本题是2016年天津高考第1个选择题,主要考查对电磁波以及波的反射、干涉、衍射的认识,题目难度不大,但涉及的物理概念较多,只有对相关物理概念形成正确的认识,建立物理观念,我们才能顺利解决问题。-8-在高中阶段的学习,我们要结合物理学科学习深入理解力学、热学、电磁学、光学等经典物理的概念和规律,形成正确的物质观念、运动观念、相互作用观念、能量观念,并用来解释自然现象,解决实际问题。了解相对论和量子力学等现代物理概念与规律,初步形成现代物理观念。-9-核心素养(二)科学思维观察、实验与科学思维相结合,是物理学科的基本特征。科学思维是具有意识的人脑对科学事物的本质属性、内在规律及事物之间的相互联系和关系的间接与概括的反映,是物理学科核心素养的核心内容。学会学习、批判性思维与创新是学生发展核心素养的重要成分。21世纪以来的科学教育研究,特别重视科学论证、模型思维和科学推理。几乎所有的国家的课程标准都将科学思维与创新列为课程目标。模型构建、科学推理、科学论证、质疑创新是构成科学思维的主要成分。-10-我们在理解科学思维时要注意明确以下几点:1.科学思维特征。科学思维有两个基本特征:一是精确性与近似性的统一,这两者是辩证统一的。我们在科学思维时,要根据要求和问题的性质,处理好精确性与近似性的关系。二是抽象性与形象性的统一。科学思维不仅具有抽象性,还具有形象性。我们要明确抽象思维是科学思维的核心,形象思维是科学思维的先导,具体的科学思维中往往同时存在着两种思维,抽象思维和形象思维相互作用、相互补充,推动科学的发展。2.科学思维的基本形式。科学思维分为科学抽象思维、科学形象思维和科学直觉思维,这些思维方式相互结合,相互补充,共同构成科学思维。-11-3.科学思维的基本方法。自然科学在长期的发展过程中,形成了一些基本的思维方法,主要包括以下几种。(1)分析与综合。(2)抽象与概括。(3)比较与分类。(4)逻辑推理。-12-物理学科核心素养中的“科学思维”包括模型构建、科学推理、科学论证和质疑创新。模型构建是一种认识手段和思维方式,建构模型有助于帮助学生抓住事物的关键因素,加深对概念、过程和系统的理解,形成系统思维。高中物理中涉及的模型有理想化模型——质点;实物模型——斜面、轻绳、轻杆等;运动模型——匀变速直线运动、竖直上抛运动等。高中阶段的模型构建表现在能够分析模型所涉及的各个要素及其结构,使用模型解释物理现象和过程,阐明物理概念和原理,在真实的情景中具有构建模型的意识和能力等。-13-科学教育研究和实践中所提出的科学推理,不仅包括逻辑上的归纳推理、演绎推理和类比推理,而且还包括分析与综合、抽象与概括、比较与分类等思维方式,还包括控制变量及组合推理、概率推理、相关推理、因果推理等推理形式。高中阶段的学生应该能正确理解和应用上述科学思维方法,从定性与定量两个方面进行科学推理,找出科学规律,形成结论,并能解释自然现象和解决实际问题。科学论证是以科学知识为中介,积极面对问题,对所获得的数据资料进行解释说明,提出自己的论点,反思自己的论点和别人论点的不足并提出反论点,同时能反驳他人的质疑和批判的高级思维能力。高中阶段的学生应该具有使用科学证据的意识和能力,能运用证据对研究的问题进行描述、解释和预测。-14-质疑创新的核心是科学创造力。科学创造力是在科学知识学习、科学问题解决和科学创造活动中,根据一定的目的,运用一切已知信息,在新颖、独特且有价值地产生某种产品的过程中表现出来的智能品质或能力。高中生的科学创造力主要表现在思维和想象的流畅性、灵活性和独创性等方面。从物理学习和活动的角度来看,高中生的科学创造力主要表现在观察与实验、物理知识的学习、物理问题的提出、物理问题的解决、物理创造活动等方面。我们结合具体高考题来看一下科学思维在解决物理问题中的应用。-15-例2(2019·天津卷)2018年10月23日,港珠澳跨海大桥正式通车。为保持以往船行习惯,在航道处建造了单面索(所有钢索均处在同一竖直面内)斜拉桥,其索塔与钢索如图所示。下列说法正确的是()A.增加钢索的数量可减小索塔受到的向下的压力B.为了减小钢索承受的拉力,可以适当降低索塔的高度C.索塔两侧钢索对称且拉力大小相同时,钢索对索塔的合力竖直向下D.为了使索塔受到钢索的合力竖直向下,索塔两侧的钢索必须对称分布-16-解答:对桥身进行受力分析可知,钢索对桥身的拉力的合力与桥身的重力大小相等、方向相反,则钢索对索塔向下的压力数值上等于桥身和钢索的重力,即增加钢索的数量,钢索对索塔的压力大小增大,故A错误;合力一定,分力间的夹角越小,则分力越小。为了减小钢索承受的拉力,应该增大索塔的高度,达到减小钢索间夹角的目的,故B错误;根据对称性可知,索塔两侧钢索对称分布,拉力大小相等时,水平分力抵消,钢索对索塔的合力竖直向下,故C正确;如图所示,将钢索AC、AB的拉力FAC、FAB进行合成,合力竖直向下,结合正弦定理可知,𝐹𝐴𝐵sin𝛼=𝐹𝐴𝐶sin𝛽,得FAC∶FAB=sinβ∶sinα,故索塔两侧的钢索不须对称分布,故D错误。-17-分析:本题是2019年天津理综卷2题。本题是以钢索斜拉桥为物理背景的实际问题,我们要将这个实际构建出物理模型(模型构建)→应用数学知识分析解答:(科学推理)→对得出结论做出分析判断(科学论证),由此可以看出我们分析解答:实际物理问题时也要科学思维素养。-18-通过例2的分析,我们看到科学思维方法的应用、科学思维素养的养成对我们物理知识的学习、物理问题的解决有很大的帮助。我们在物理知识的学习方面,能深入理解科学知识中所体现的科学思想、科学观点和科学方法;要善于在物理概念、物理规律与科学事实间产生丰富的联想,借助于数学、哲学等学科知识进行推理,发现原来没有联系的两个对象、现象、概念、规律间的联系,善于类比知识,形成正确的认知结构。在物理问题的提出方面,我们要善于质疑,不满足于教材上的结论。要从一般人不觉得有问题的地方发现问题,提出问题。-19-在物理问题的解决方面,能迅速鉴别出问题的特殊性,从所给材料中排除干扰因素,找出隐蔽的条件,迅速选择解题策略,确定解题方法;善于一题多变、一题多解、多题归一,发现解题规律;学会调整思路,修正解题方案,顺向思维与逆向思维相结合,集中思维与发散思维相结合,能运用甄别、类比等创造性的科学思维方法理解和处理问题。另外,物理学习中要善于质疑,善于发现日常生活中和生产实际中的物理问题,能从不同角度思考问题,追求创新。-20-核心素养(三)科学探究科学探究是人们探索和了解自然、获得科学知识的主要方法,是提出科学问题,形成猜想和假设,获取和处理信息,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。以证据为基础,运用各种信息分析和逻辑推理得出结论,公开研究结果,接受质疑,不断更新和深入,是科学探究的主要特点。科学探究主要包括问题、证据、解释、交流四要素。-21-高中生科学探究能力的表现如下。我们可以结合具体实例来分析科学探究在实际中的应用。-22-例3在探究弹力和弹簧伸长量的关系并测量弹簧的劲度系数的实验中,实验装置如图甲所示,所用的每个钩码的重力相当于对弹簧提供了向右的恒定拉力。实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度,再将5个钩码逐个挂在绳子的下端,每次测量相应的弹簧的总长度,并在图乙坐标纸上描出了弹簧所受的拉力与弹簧长度所对应的六个点,连接这些点就得到一条图线。-23-(1)由此图线可计算出该弹簧的劲度系数k=N/m;(2)该同学实验时,把弹簧水平放置与弹簧悬挂放置相比较,优点在于:;缺点在于:。-24-解答:具体解题过程:(1)描点作图,F-l图线如图所示,当弹力为零时,弹簧的形变量为零,此时弹簧的长度等于弹簧的原长,所以弹簧的原长l0=5cm。根据胡克定律知,k=𝐹𝑥,可知图线的斜率表示劲度系数,则k=Δ𝐹Δ𝑥=1.60.08N/m=20N/m。(2)优点是避免弹簧自身所受重力对实验的影响;缺点是弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在的摩擦会造成实验的误差。-25-分析:本题是一个较为简单的实验探究问题。题目虽然简单,但能较好地反映出科学探究在物理教学与学习中是深入渗透的。仔细分析本题的解题思路:提出问题(问题)→设计方案或收集数据(证据)→分析判断,处理信息(解释)→评估反思结果(交流)。-26-物理学是一门实验科学,科学探究对于物理学的学习有着重要的作用,科学探究是学习物理的重要方式,是获取科学知识的有效手段,同时,科学探究也是一种重要的综合能力,在科学探究中,掌握分析、综合、比较、分类、抽象、概括、推理、类比等思维能力,发展学习能力、思维能力、实践能力和创新能力,以及运用科学语言与他人交流和沟通的能力。-27-核心素养(四)科学态度与责任物理学科核心素养中的“科学态度与责任”,是指在认识科学本质,理解科学、技术、社会、环境(STSE)的关系的基础上,逐渐形成对科学和技术应有的正确态度和责任感。它主要包括科学本质、科学态度、社会责任等要素。1.科学本质科学本质是对科学知识、科学研究过程、科学方法、科学精神、科学的历史、科学的价值、科学的限度等方面最基本特点的认识,是一种对于科学本身全面的、哲学性的基础认识。-2