指向物理学科核心素养培养的高中物理教学实践研究——以“磁感应强度”教学为例

作者及发表信息
本文作者朱峰（江苏省苏州市南京航空航天大学苏州附属中学）于2023年4月发表在《数理天地》高中版。论文聚焦新课改背景下高中物理学科核心素养的培养，以“磁感应强度”概念教学为案例，探讨如何通过实践设计提升学生的物理观念、科学思维、实验探究能力及科学态度。

学术背景与研究目标
在新一轮课程改革中，物理学科核心素养被定义为学生通过物理学习形成的“适应终身发展和社会需求的科学品质”，包括物理观念、科学思维、实验探究、科学态度与责任四个维度。然而，现有研究多集中于理论探讨，实践层面较为薄弱。本文旨在填补这一空白，通过具体教学案例（“磁感应强度”），展示如何在课堂中落实核心素养培养，并解决传统教学中“纯理论灌输”与“学生实践能力脱节”的问题。

教学设计与实践流程
1. 新课引入与探究对象确定
- 对比实验：通过两块磁性不同的U型磁铁吸引大头针的实验，直观呈现磁场强弱差异，引导学生思考量化磁场强度的必要性。
- 初高中知识衔接：回顾初中“磁场对通电导线作用力”的实验（苏科版教材），明确将“通电导线受力”作为探究磁场强度的对象，解决高一学生缺乏高中电磁学知识的问题。

1. 实验探究与数据处理

   • 控制变量法：设计三组实验，分别探究力F与电流I、导线长度L及磁场B的关系。
     
     • 实验1：固定L（80匝线圈）和B，改变I，通过DIS（Digital Information System，数字化信息系统）测量F，利用Excel拟合数据，发现F∝I。
       
     • 实验2：固定I（1.00A）和B，改变L（20-80匝），验证F∝L。
       
     • 实验3：固定I和L，改变磁场强度（通过调整磁铁位置），验证F与B的关联性。
       
   • 技术应用：使用DIS系统解决微小力测量难题，结合Excel快速生成图像，凸显数据处理的效率与准确性。
     

2. 概念建构与科学验证

   • 比值定义法：从F=k·I·L的规律中提取斜率k，验证其在同一磁场中的稳定性，进而定义k为“磁感应强度B”。
     
   • 科学态度培养：通过多组数据交叉验证，强调科学结论需经得起重复实验检验，培养学生严谨的证据意识。
     

教学成果与核心素养落地
1. 物理观念：学生通过实验自主构建B的定义，理解其作为磁场强度量化指标的物理意义。
2. 科学思维：控制变量法与数学工具（Excel拟合）的结合，强化了逻辑推理与数据分析能力。
3. 实验探究：DIS系统的使用提升了学生利用新技术解决复杂问题的实践能力。
4. 科学态度：在“磁污染与防治”的延伸讨论中，引导学生关注科技与社会责任的平衡。

研究的创新与价值
1. 实践导向：论文填补了核心素养培养在高中物理教学中的实践空白，提供了可复用的教学设计模板。
2. 技术整合：DIS与Excel的协同应用，为实验类课题的数据处理提供了高效方案。
3. 跨学段衔接：通过初高中知识联动（如初中通电导线实验的延伸），解决了高一学生的认知断层问题。

对教学实践的启示
作者指出，当前教师对核心素养的理解仍停留在理论层面，需通过更多案例研究深化实践。本文的“磁感应强度”教学案例表明，核心素养的培养需依托真实的科学探究过程，并注重技术工具与科学方法的融合。未来研究可进一步探索其他物理概念的教学设计，形成系统化的素养培养路径。

参考文献
文中引用了教育部《普通高中物理课程标准（2017版）》及多篇《数理天地》的关联研究，强调了信息技术与问题驱动教学法在物理教育中的重要性。