基于课程标准的物理学科能力提升策略研究与评价设计——以“物理与化学跨学科实践融合创新实验”为例.pdf
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1、:/.教学论坛 年 月 第 期基于课程标准的物理学科能力提升策略研究与评价设计 以“物理与化学跨学科实践融合创新实验”为例潘书朋 于建军(莱州市玉皇中学 山东 莱州)摘 要:学科融合发展对于促进新时代教育理念实质化起着至关重要的作用.以物理化学跨学科融合发展为例从“关联整合、综合应用、创意设计”三个层面探讨如何基于学生自主创新实验发展学生的物理学科核心素养从“过程性评价”“结论性评价”两个层面进行科学评价构建以素养为导向的综合评价体系真正实现物理、化学学科实验思想和思维方法的融合发展从而能够用多种思想和方法解决相对复杂的实际问题.关键词:课程标准跨学科实践融合创新实验策略与评价中图分类号:文献
2、标识码:文章编号:()基金项目:山东省教育科学“十四五”规划 年度一般自筹课题“基于核心素养的初中物理课内外创新实验研究”(项目编号:)烟台市教育科学“十四五”规划课堂教学改革专项课题“做中学:指向物理学科关键能力和必备品格的实践行动”(项目编号:).作者简介:潘书朋()男山东莱州人本科中学高级教师研究方向:物理实验教学于建军()男山东莱州人本科中学高级教师研究方向:中学物理教学.“跨学科实践”是义务教育物理课程标准(年版)课程内容的重要组成部分占总课时的 与其他四个一级主题(物质、运动与相互作用、能量、实验探究)的内容密切相关.“跨学科实践”主题内容具有跨学科性和实践性特点与日常生活、工程实
3、践及社会热点问题密切相关.目前各学科间边界日益模糊学科融合发展的态势十分明显.各学科的交叉点往往就是学科新的增长点不同学科通过相互影响、融合发展能够解决各种复杂多变的应用型问题从而创造出更加丰富多彩的超学科知识.在“跨学科实践”主题教学中教师要创设具有综合性、实践性和开放性的真实问题情境采用“学生自主创新实验”的深度学习方式运用多学科知识和方法解决问题不断提升学生的问题解决能力和实践创新能力.现笔者以“物理与化学学科知识融合发展”为例尝试探索“基于课程标准的物理学科能力提升策略研究与评价设计”.基于课程标准的物理学科能力提升策略研究物理学科核心素养是学生通过物理学习形成的关键能力和必备品格.物
4、理观念是在学习理解和应用实践过程中逐渐形成的随着理解和实践过程不断深入学生的科学思维和探究能力得到锻炼和发展形成良好的科学态度和社会责任.在此基础上学生对所学的知识进行迁移教师对学生不适宜的观点进行质疑批评使学生形成新的科学观点这就是创新的过程.因此物理学科能力集中体现在以下三个维度:学习理解、应用实践、迁移创新.图 是物理学科核心素养与物理学科能力框架.教师应该从三个维度去落实跨学科核心素养的培养即“学习理解”“应用实践”“迁移创新”.无论哪一学科知识和经验的输入都离不开“学习理解”能力知识和经验的输出都需要“应用实践”能力知识和经验的高级输出则表现为“迁移创新”能力.这三种能力是解决任何跨
5、学科情境问题时都必须具备的能力同时又贯穿于物理学科核心素养目标体系之中.年 月 .下面笔者分别从“关联整合、综合应用、创意设计”这三个层面探讨如何基于学生自主创新实验将物理与化学进行学科知识融合发展发展学生的物理学科核心素养.关联整合 以学科知识关联为基础提升学生学习理解能力学习理解能力是指学生顺利进行知识的输入、存储、加工、关联以及系统化等活动的能力.学习理解任务进一步具体分解为观察记忆、概括论证、关联整合三类任务.学生在观察记忆和概括论证的基础上逐步将分散的知识内容进行关联整合实现知识的系统化和结构化.为此开展学科融合的关键点在于要探求不同学科之间的关联点以此为基础是消减不同学科知识体系间
6、相互摩擦的重要因素能够有效降低学科融合过程所需的时间成本促进学科知识产生重叠效应并促使学生在知识关联过程中不断提高相关想象能力为有效开展自然科学教学奠定基础.例如物理和化学学科都要学习“分子”的相关知识教师可以在教学过程中将学生自主创新实验通过物理与化学学科融合的学习方式进行.创新实验 分子热运动在管道焊缝气密性试验中工人师傅常采用“管内充氨气酚酞试纸湿水后贴在焊缝表面上”的方法来验证气密性是否良好如果试纸变红就说明焊缝漏气.因为氨气属于碱性物质酚酞试纸遇到碱性物质会变成红色因此该法适用于气焊接头.为此小涵同学做了如下的实验:向盛有约 蒸馏水的小烧杯中加入几滴酚酞溶液搅拌均匀观察溶液的颜色另取
7、一个小烧杯 加入约 的浓氨水用一个大烧杯同时罩住两个小烧杯.观察几分钟可以看到氨气遇加有酚酞试剂的蒸馏水会产生的现象:酚酞溶液变红色(如图 所示).由于浓氨水具有挥发性从浓氨水里挥发出来的氨气与水反应生成一水合氨一水合氨呈弱碱性能电离出氢氧根离子.无色酚酞溶液遇碱溶液变红色所以氨气遇加有酚酞试剂的蒸馏水会变红色.这个实验可以说明氨分子不断运动扩散到酚酞溶液中.物理化学都是以实验为基础的自然科学实验教学是提升学生科学探究能力、科学思维能力和动手能力的有效途径.物理、化学都与生产生活密不可分如果教师在教学中将二者进行融合可以给学生展示更加色彩斑斓的生活画卷渲染课堂情绪使学生感受理化世界的奇妙与和谐
8、加深学生对文本的理解培养其科学精神.综合应用 以知识提取使用为阶梯提升学生应用实践能力应用实践能力是指学生应用学科核心知识和科学思维分析和解释学科现象、解决实际问题的能力.应用实践任务进一步具体分解为分析解释、推论预测、综合应用三类任务.综合应用是学生在理解的基础上将物理概念、模型和规律应用到较复杂情境以及将其他领域知识进行综合应用以解决问题的能力.其中多学科知识的提取和综合使用需要学生在熟悉的情境下综合应用多方面知识来解决问题这也是应用实践维度的最高水平能力要求.例如在“物质的导电性”的相关知识应用时教师可以将以下学生自主创新实验采用物理化学学科融合的学习方式进行开展.创新实验 物质的导电性
9、如图 所示在烧杯里盛放半杯()溶液然后用滴定管向容器中滴入稀硫酸随着 的不断滴入灯泡的亮度会发生怎样的变化?预测可能出现的实验现象并进行实验验证尝试解释其中的科学道理.通过以上创新实验教师可以告诉学生在生活中适当用心观察、思考可以学到书本上学不到或理解不深入的知识.教师引导学生把理化知识应用于实践并不断进行实践改进必然会提高学生的理解能力和创新能力.创意设计 以实验器材改进为挑战提升学生迁移创新能力迁移创新是学生更高层次的物理能力表现指学生利用物理核心知识和科学方法解决陌生或不确定性问题以及探寻新知识和新方法的能力.迁移创新任务进一步具体分解为直觉联想、迁移与质疑、建构新模型.建构新模型是最高
10、层次的物理学科能力是促进物理学进步和发展的不竭动力也是学生创新能力基于课程标准的物理学科能力提升策略研究与评价设计:/.的具体表现.尤其是可以让学生在联想、迁移的基础上形成一定程度上可操作、有创意的设计.例如水电解是一种化学实验通过水的分解和合成实验可以认识水是由氢、氧两种元素所组成的.主要用品有霍夫曼电解器、直流电源(或铅蓄电池)、导线、试管、酒精灯、量气管、感应圈、电键、铁架台、铁夹、贮气瓶及玻璃水槽等(如图 所示).如果采用物理化学学科融合的学习方式就可以将复杂实验器材进行如下改造.创新实验 水的电解实验仪器改造实验准备:电池、小苏打、自来水、取样勺玻璃瓶、铅笔、搅拌棒、钻孔器、纸杯.实
11、验操作:在纸杯底部钻两个相邻的小孔两端用削尖的铅笔穿过其中玻璃瓶中倒入常温自来水加入约 小苏打并搅拌至完全溶解将纸杯嵌入玻璃瓶确保笔尖浸入水中杯子顶端的笔尖分别与 电池的正负极相接.实验现象及原理分析:通过上面的实验可以发现接通电路后浸在水中的两根笔尖周围不停地冒出许多小气泡并且与电池负极相接的笔尖冒出的气泡明显多过另一根(如图 所示).原因是铅笔芯的主要成分是石墨具有优良的导电性能在水中加入小苏打增强了水的导电性.将电能转化为化学能的装置叫作电解池比如实验中装了小苏打溶液的玻璃瓶.接通电路后水电离产生了氢气和氧气所以在笔尖周围冒出气泡.其中阴极产生氢气阳极产生氧气.由于两个水分子在通电后产生
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