張 飛

指向物理核心素養(yǎng)培養(yǎng)的教學路徑*

張 飛

物理核心素養(yǎng)是核心素養(yǎng)在物理學科的具體化，是學生學習物理之后所形成的綜合運用物理知識、觀念、方法解決實際問題所表現(xiàn)出來的、具有物理學科特點的關鍵能力與必備品格，是物理學科育人價值的集中體現(xiàn)。探索基于物理核心素養(yǎng)發(fā)展的課堂教學設計與實施，是當前物理教學改革的風向標，從“基于單元目標設計，全面落實物理核心素養(yǎng)；基于深度學習設計，發(fā)展學生高階思維能力；基于實驗創(chuàng)設情境，在真實中發(fā)展核心素養(yǎng)”三個視角詮釋通向物理核心素養(yǎng)的教學路徑，為今后以核心素養(yǎng)為導向推動物理課改的深入提供范例與參考。

物理核心素養(yǎng)；單元目標；深度學習；教學路徑

隨著《中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)》的正式出臺，“核心素養(yǎng)”這個廣受人們青睞的熱詞被推向新的高度，或?qū)⒊蔀槲磥韺W校教育的主流話語及教學改革的風向標。學生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，最終要落在學科核心素養(yǎng)的培育上。學科核心素養(yǎng)是指凸顯學科本質(zhì)、具有獨特重要育人價值的素養(yǎng)，是面對復雜的不確定情境時，綜合運用學科知識、觀念、方法解決實際問題所表現(xiàn)出來的關鍵能力。只有抓住學科核心素養(yǎng)，才能抓住學科教育的根本。因此，物理學科核心素養(yǎng)的提出，對物理教師的專業(yè)行為提出了新的要求，給物理教學方案的設計帶來了新的變革。本文將從“基于單元目標設計，全面落實物理核心素養(yǎng)；基于深度學習設計，發(fā)展學生高階思維能力；基于實驗創(chuàng)設情境，在真實中發(fā)展核心素養(yǎng)”三個視角詮釋通向物理核心素養(yǎng)的教學路徑。

一、基于單元目標設計，全面落實物理核心素養(yǎng)

談及物理核心素養(yǎng)的落實的話題，教師首先要反思的問題是：三維目標與核心素養(yǎng)間是何種關系？如何從三維目標走向核心素養(yǎng)？物理核心素養(yǎng)下的教學目標如何定位？要搞清楚這些問題，我們必須清楚從“雙基”到“三維目標”再走向“核心素養(yǎng)”的發(fā)展過程。通過比較高中物理教學的“雙基、三維目標、核心素養(yǎng)”目標（表1）可以發(fā)現(xiàn)，從雙基到三維目標再到核心素養(yǎng)，其變遷基本上體現(xiàn)了從學科本位到以人為本的轉(zhuǎn)變。只有從三維目標走向核心素養(yǎng)，才能夠?qū)崿F(xiàn)教育對人的真正的全面回歸。

我們以“物理觀念”這一物理核心素養(yǎng)為例，它要求學生不僅要理解和掌握物理知識，而且要將所學大量具體知識整合內(nèi)化，在此基礎上形成對物質(zhì)世界的整體認識，即形成物理觀念。它是從物理學視角形成的關于物質(zhì)、運動與相互作用、能量等的基本認識；是物理概念和規(guī)律等在頭腦中的提煉和升華。由此可見，物理觀念（科學思維、科學探究、科學態(tài)度與責任）是通過一定學段（或階段）的物理學習后形成的，是物理教學的終極目標之一。因此，核心素養(yǎng)目標也就不是某一課時目標所能實現(xiàn)的，也很難割裂分解來實施，這就要求教師要從傳統(tǒng)的“課時主義”教學設計走向單元教學設計。

表1 高中物理教學的“雙基、三維目標、核心素養(yǎng)”目標比較

單元設計是按照一定目標或主題所構(gòu)成的教材與學習經(jīng)驗模塊的整合設計，單元設計可以視作課程開發(fā)的基礎性工作。單元教學設計與一般的教學設計不同之處在于它的整體性、深刻性、發(fā)展性。單元設計不是單純知識點傳輸與技能訓練的安排，而是教師基于學科素養(yǎng)，思考怎樣描繪基于一定目標與主題而展開的活動，目的是為了創(chuàng)造優(yōu)質(zhì)的教學?；诤诵乃仞B(yǎng)的物理教材模塊化結(jié)構(gòu)設計，就是基于學生認知發(fā)展的單元設計的體現(xiàn)，教師在做某一課時的教材處理時必須將知識點相互聯(lián)系，不是把物理教學內(nèi)容碎片化地當作知識點來處置，而是有機地、模塊式地組織與構(gòu)成單元教學。教學只有轉(zhuǎn)化為單元設計，才能把核心素養(yǎng)作為物理教學的重要目標，將“物理觀念”“科學思維”“科學探究”“科學態(tài)度與責任”等核心素養(yǎng)的培養(yǎng)落實于教學活動中，物理教學才具有實際操作意義，核心素養(yǎng)的頂層設計和課程標準才能最終落實到課堂教學之中。

單元教學目標應當在整體分析單元內(nèi)容和學生學情的基礎上確定。特別是要注重挖掘單元所蘊含的物理思想方法、物理本質(zhì)與核心素養(yǎng)。設計單元教學目標包括兩個維度：單元教學目標和課時教學目標，要明確單元教學的核心目標和各課時教學目標的分解和具體化。一線物理教師必須基于物理核心素養(yǎng)，厘清“核心素養(yǎng)—課程標準（學科素養(yǎng)、跨學科素養(yǎng)）—單元設計—課時計劃”（這是課程發(fā)展與教學實踐中環(huán)環(huán)相扣的鏈環(huán)）的關系，結(jié)合模塊主題和教材知識內(nèi)容的具體安排順序，梳理課程標準界定的單元目標（如表2是牛頓運動定律單元目標），探討從內(nèi)容標準到課時目標的分解技術，形成單元計劃，展開單元設計的創(chuàng)造，然后把單元目標分解和落實到課時，變單元目標為課時目標（表3就是牛頓運動定律單元的目標分解到牛頓第三定律的課時設計）。這才是未來撬動課堂轉(zhuǎn)型、全面落實物理核心素養(yǎng)的“阿基米德點”。

二、基于深度學習設計，發(fā)展學生高階思維能力

物理學科核心素養(yǎng)提出發(fā)展學生的科學思維能力是重要的教學目標之一。物理核心素養(yǎng)中的“科學思維”是從物理學視角對客觀事物本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關系的認識方式；是基于經(jīng)驗事實建構(gòu)理想模型的抽象概括過程；是分析綜合、推理論證等科學思維方法的內(nèi)化；是基于事實證據(jù)和科學推理對不同觀點和結(jié)論提出質(zhì)疑、批判，進而提出創(chuàng)造性見解的能力與品質(zhì)。其組成要素主要包括模型建構(gòu)、科學推理、科學論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等。深度學習設計的理念恰好是教學目標實施的適切點。物理深度學習設計相關專家提出，以單元教學設計和實施為抓手，通過整體把握物理課程核心內(nèi)容、突出物理內(nèi)容本質(zhì)和聯(lián)系的教學設計，加強學生學習的實踐和經(jīng)歷體驗過程，才能促進學生對物理知識的真正理解、遷移和應用（低階思維層面），發(fā)展學生分析、評價、創(chuàng)造思維（高階思維）等能力與品質(zhì)，提升學生的物理核心素養(yǎng)。

表2 牛頓運動定律單元目標

表3 牛頓第三定律的課時設計

深度學習是在理解學習的基礎上，學習者能夠批判性地學習新的思想和事實，并將它們?nèi)谌朐械恼J知結(jié)構(gòu)中，能夠在眾多思想間進行聯(lián)系，并能將已有的知識遷移到新的情境中，做出決策和解決問題的學習。例如，在教學“電場強度”時，應基于深度學習，創(chuàng)設不同試探電荷先后位于電場中某位置的情境，讓學生分析比較所受靜電力大小和電荷量的差異，評價概括出靜電力與電荷量成正比的特點，抽象出靜電力跟電荷量之比與試探電荷無關的特征，明確這種特征可用來描述電場的屬性，由此形成電場強度的概念。學生在處理以上信息的過程中，經(jīng)歷了“分析比較—評價概括—抽象創(chuàng)造”的過程，發(fā)展了學生高階思維。再如，在關于“力的合成與分解”“運動的合成與分解”的教學中，讓學生經(jīng)歷把一個整體的事物分解為幾個要素進行研究，以及把問題的幾個要素結(jié)合成一個整體進行綜合認識的思維過程，提高學生的分析與綜合能力?；谏疃葘W習引導學生體會“等效”的物理思想，讓學生在觀察、實驗的基礎上通過科學推理和科學論證得到結(jié)論，培養(yǎng)學生的科學思維。

三、基于實驗創(chuàng)設情境，在真實中發(fā)展核心素養(yǎng)

創(chuàng)設情境進行教學，對培養(yǎng)學生的物理核心素養(yǎng)具有關鍵作用。物理學是一門觀察、實驗和物理思維相結(jié)合的科學，物理模型的建立，物理概念的形成、物理規(guī)律的提出，以及物理學中許多重大的發(fā)現(xiàn)都是在觀察、實驗的基礎上進行思維的結(jié)果。利用物理實驗創(chuàng)設教學情境，讓學生在真實情境中提出物理問題，形成猜測和假設，并利用科學方法獲取信息和處理信息，形成結(jié)論。通過對探究過程和結(jié)果進行交流、評估、反思，體驗科學探究的途徑、方法，培養(yǎng)學生科學探究的意識和發(fā)展物理核心素養(yǎng)的科學探究能力（主要包括問題、證據(jù)、解釋、交流等）。

【案例】牛頓第三定律。

1.物體作用的相互性。

【實驗情境】通過演示（或分組）實驗（如圖1），引導學生觀察分析系列實驗（①同學甲←→同學乙；②汽車←→路面；③螺旋槳←→空氣；④物塊←→水；⑤磁鐵←→導線）的共同特征。（有助于學生樹立“相互作用觀”。）

【分析歸納】學生交流總結(jié)，得出結(jié)論：無論是不同種類的物體（固體、液體、氣體等），還是不同性質(zhì)的力（重力、彈力、摩擦力、電磁力等），兩個物體之間的作用總是相互的。（學生經(jīng)歷了“比較—概括—抽象”的過程，科學思維獲得發(fā)展。）

圖1

2.相互作用力的關系。

問題：兩個物體之間的作用總是相互的，產(chǎn)生的作用力和反作用力還有什么特點？

【猜想假設】學生提出：一對相互作用力的方向相反，大小可能相同。（讓學生在真實情境中提出物理問題，引導學生猜想，形成猜測和假設。）

【實驗探究】學生設計方案，交流后決定用兩只彈簧秤對拉進行研究。學生分組實驗并進行交流，多數(shù)學生是將彈簧秤水平放置的，也有學生補充，他們還做了彈簧秤豎直或斜向擺放的實驗，結(jié)果兩個力的大小都是相等的。（多種方案，收集信息，獲取證據(jù)。）

交流中還有學生報告，他們實驗時發(fā)現(xiàn)兩只彈簧秤讀數(shù)并不相等，即使將彈簧秤重新調(diào)零也是如此。教師請學生分析這種“反?！爆F(xiàn)象，并提出相應的實驗改進方法。（堅持實事求是，彰顯科學態(tài)度。）

針對兩只讀數(shù)不準的彈簧秤，學生提出用第三只彈簧秤“等效替代”方案，經(jīng)實際操作果然解決了問題。（利用科學方法獲取信息和處理信息，經(jīng)歷探究過程，并對探究過程和結(jié)果進行交流、評估、反思，體驗科學探究的途徑、方法。）

【歸納結(jié)論】學生嘗試總結(jié)規(guī)律，并進行交流。

教師追問：至此可以得出結(jié)論了嗎？（引向深度學習、激發(fā)高階思維。）

【拓展分析】學生指出上述實驗都是物體處于平衡狀態(tài)下做的，他們試圖做非平衡狀態(tài)（如加速運動）時的實驗，但讀數(shù)困難（質(zhì)疑、批判，培養(yǎng)創(chuàng)造性見解）。教師提示可采用傳感器顯示相關信息（如圖2），學生發(fā)現(xiàn)相互作用關系與運動狀態(tài)無關。（培養(yǎng)科學探究的意識和發(fā)展物理核心素養(yǎng)的科學探究能力。）

物理學是一門實驗科學，物理實驗在培養(yǎng)學生的科學思維、探究能力、科學態(tài)度和科學精神方面具有特殊的地位。教師的教學設計和實施應結(jié)合物理實驗創(chuàng)設具體情境，讓學生在觀察和體驗后有所發(fā)現(xiàn)、有所聯(lián)想，萌發(fā)出科學問題，形成猜測和假設。設計方案進行實驗時，要注意觀察和收集那些與預期結(jié)果相矛盾的信息，尊重物理事實，運用邏輯推理確立物理量之間的關系，發(fā)展依據(jù)證據(jù)、運用邏輯和現(xiàn)有知識進行科學論證和解釋的能力。讓學生在完成任務中運用科學思維，自己提煉出應探究的科學問題，尋求解決科學問題的方法。培養(yǎng)學生的科學態(tài)度和科學精神，讓學生嚴肅認真對待實驗，尊重實驗結(jié)果與事實，杜絕編造和修改實驗數(shù)據(jù)，并把實事求是的作風帶到平時的學習和生活中去，在真實中發(fā)展核心素養(yǎng)。

圖2 用傳感器顯示運動中兩物體間的作用力和反作用力

［1］鐘啟泉.單元設計：撬動課堂轉(zhuǎn)型的一個支點［J］.教育發(fā)展研究，2015（24）.

［2］劉曉玫.單元設計，整體把握知識本質(zhì)［N］.中國教育報，2017-05-10（11）.

［3］崔允漷.追問“核心素養(yǎng)”［J］.全球教育展望，2016（05）.

G633.7

A

1005-6009（2017）83-0010-04

張飛，江蘇省蘇州市吳中區(qū)東山中學（江蘇蘇州，215107）校長，正高級教師，江蘇省特級教師，“江蘇人民教育家培養(yǎng)工程”培養(yǎng)對象，蘇州市首屆教育領軍人才，蘇州市物理名師共同體主持人，蘇州大學碩士生導師。

*本文系江蘇省教育科學“十三五”規(guī)劃2016年度課題“基于認知科學的物理核心素養(yǎng)發(fā)展研究”（課題編號：R-c/2016/01）研究成果。