指向物理核心素養(yǎng)培養(yǎng)的教學(xué)路徑

【摘 要】物理核心素養(yǎng)是核心素養(yǎng)在物理學(xué)科的具體化，是學(xué)生學(xué)習(xí)物理之后所形成的綜合運(yùn)用物理知識(shí)、觀念、方法解決實(shí)際問題所表現(xiàn)出來的、具有物理學(xué)科特點(diǎn)的關(guān)鍵能力與必備品格，是物理學(xué)科育人價(jià)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(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施，是當(dāng)前物理教學(xué)改革的風(fēng)向標(biāo)，從“基于單元目標(biāo)設(shè)計(jì)，全面落實(shí)物理核心素養(yǎng)；基于深度學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)，發(fā)展學(xué)生高階思維能力；基于實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)情境，在真實(shí)中發(fā)展核心素養(yǎng)”三個(gè)視角詮釋通向物理核心素養(yǎng)的教學(xué)路徑，為今后以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向推動(dòng)物理課改的深入提供范例與參考。

【關(guān)鍵詞】物理核心素養(yǎng)；單元目標(biāo)；深度學(xué)習(xí)；教學(xué)路徑

【中圖分類號】G633.7 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1005-6009（2017）83-0010-04

【作者簡介】張飛，江蘇省蘇州市吳中區(qū)東山中學(xué)（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(lǐng)軍人才，蘇州市物理名師共同體主持人，蘇州大學(xué)碩士生導(dǎo)師。

隨著《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》的正式出臺(tái)，“核心素養(yǎng)”這個(gè)廣受人們青睞的熱詞被推向新的高度，或?qū)⒊蔀槲磥韺W(xué)校教育的主流話語及教學(xué)改革的風(fēng)向標(biāo)。學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，最終要落在學(xué)科核心素養(yǎng)的培育上。學(xué)科核心素養(yǎng)是指凸顯學(xué)科本質(zhì)、具有獨(dú)特重要育人價(jià)值的素養(yǎng)，是面對復(fù)雜的不確定情境時(shí)，綜合運(yùn)用學(xué)科知識(shí)、觀念、方法解決實(shí)際問題所表現(xiàn)出來的關(guān)鍵能力。只有抓住學(xué)科核心素養(yǎng)，才能抓住學(xué)科教育的根本。因此，物理學(xué)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(xué)方案的設(shè)計(jì)帶來了新的變革。本文將從“基于單元目標(biāo)設(shè)計(jì)，全面落實(shí)物理核心素養(yǎng)；基于深度學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)，發(fā)展學(xué)生高階思維能力；基于實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)情境，在真實(shí)中發(fā)展核心素養(yǎng)”三個(gè)視角詮釋通向物理核心素養(yǎng)的教學(xué)路徑。

一、基于單元目標(biāo)設(shè)計(jì)，全面落實(shí)物理核心素養(yǎng)

談及物理核心素養(yǎng)的落實(shí)的話題，教師首先要反思的問題是：三維目標(biāo)與核心素養(yǎng)間是何種關(guān)系？如何從三維目標(biāo)走向核心素養(yǎng)？物理核心素養(yǎng)下的教學(xué)目標(biāo)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(biāo)”再走向“核心素養(yǎng)”的發(fā)展過程。通過比較高中物理教學(xué)的“雙基、三維目標(biāo)、核心素養(yǎng)”目標(biāo)（表1）可以發(fā)現(xiàn)，從雙基到三維目標(biāo)再到核心素養(yǎng)，其變遷基本上體現(xiàn)了從學(xué)科本位到以人為本的轉(zhuǎn)變。只有從三維目標(biāo)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(xué)生不僅要理解和掌握物理知識(shí)，而且要將所學(xué)大量具體知識(shí)整合內(nèi)化，在此基礎(chǔ)上形成對物質(zhì)世界的整體認(rèn)識(shí)，即形成物理觀念。它是從物理學(xué)視角形成的關(guān)于物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)與相互作用、能量等的基本認(rèn)識(shí)；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(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任）是通過一定學(xué)段（或階段）的物理學(xué)習(xí)后形成的，是物理教學(xué)的終極目標(biāo)之一。因此，核心素養(yǎng)目標(biāo)也就不是某一課時(shí)目標(biāo)所能實(shí)現(xiàn)的，也很難割裂分解來實(shí)施，這就要求教師要從傳統(tǒng)的“課時(shí)主義”教學(xué)設(shè)計(jì)走向單元教學(xué)設(shè)計(jì)。

單元設(shè)計(jì)是按照一定目標(biāo)或主題所構(gòu)成的教材與學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)?zāi)K的整合設(shè)計(jì)，單元設(shè)計(jì)可以視作課程開發(fā)的基礎(chǔ)性工作。單元教學(xué)設(shè)計(jì)與一般的教學(xué)設(shè)計(jì)不同之處在于它的整體性、深刻性、發(fā)展性。單元設(shè)計(jì)不是單純知識(shí)點(diǎn)傳輸與技能訓(xùn)練的安排，而是教師基于學(xué)科素養(yǎng)，思考怎樣描繪基于一定目標(biāo)與主題而展開的活動(dòng)，目的是為了創(chuàng)造優(yōu)質(zhì)的教學(xué)。基于核心素養(yǎng)的物理教材模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，就是基于學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的單元設(shè)計(jì)的體現(xiàn)，教師在做某一課時(shí)的教材處理時(shí)必須將知識(shí)點(diǎn)相互聯(lián)系，不是把物理教學(xué)內(nèi)容碎片化地當(dāng)作知識(shí)點(diǎn)來處置，而是有機(jī)地、模塊式地組織與構(gòu)成單元教學(xué)。教學(xué)只有轉(zhuǎn)化為單元設(shè)計(jì)，才能把核心素養(yǎng)作為物理教學(xué)的重要目標(biāo)，將“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”等核心素養(yǎng)的培養(yǎng)落實(shí)于教學(xué)活動(dòng)中，物理教學(xué)才具有實(shí)際操作意義，核心素養(yǎng)的頂層設(shè)計(jì)和課程標(biāo)準(zhǔn)才能最終落實(shí)到課堂教學(xué)之中。

單元教學(xué)目標(biāo)應(yīng)當(dāng)在整體分析單元內(nèi)容和學(xué)生學(xué)情的基礎(chǔ)上確定。特別是要注重挖掘單元所蘊(yùn)含的物理思想方法、物理本質(zhì)與核心素養(yǎng)。設(shè)計(jì)單元教學(xué)目標(biāo)包括兩個(gè)維度：單元教學(xué)目標(biāo)和課時(shí)教學(xué)目標(biāo)，要明確單元教學(xué)的核心目標(biāo)和各課時(shí)教學(xué)目標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)（學(xué)科素養(yǎng)、跨學(xué)科素養(yǎng)）—單元設(shè)計(jì)—課時(shí)計(jì)劃”（這是課程發(fā)展與教學(xué)實(shí)踐中環(huán)環(huán)相扣的鏈環(huán)）的關(guān)系，結(jié)合模塊主題和教材知識(shí)內(nèi)容的具體安排順序，梳理課程標(biāo)準(zhǔn)界定的單元目標(biāo)（如表2是牛頓運(yùn)動(dòng)定律單元目標(biāo)），探討從內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)到課時(shí)目標(biāo)的分解技術(shù)，形成單元計(jì)劃，展開單元設(shè)計(jì)的創(chuàng)造，然后把單元目標(biāo)分解和落實(shí)到課時(shí)，變單元目標(biāo)為課時(shí)目標(biāo)（表3就是牛頓運(yùn)動(dòng)定律單元的目標(biāo)分解到牛頓第三定律的課時(shí)設(shè)計(jì)）。這才是未來撬動(dòng)課堂轉(zhuǎn)型、全面落實(shí)物理核心素養(yǎng)的“阿基米德點(diǎn)”。

二、基于深度學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)，發(fā)展學(xué)生高階思維能力

物理學(xué)科核心素養(yǎng)提出發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維能力是重要的教學(xué)目標(biāo)之一。物理核心素養(yǎng)中的“科學(xué)思維”是從物理學(xué)視角對客觀事物本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認(rèn)識(shí)方式；是基于經(jīng)驗(yàn)事實(shí)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(xué)思維方法的內(nèi)化；是基于事實(shí)證據(jù)和科學(xué)推理對不同觀點(diǎn)和結(jié)論提出質(zhì)疑、批判，進(jìn)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(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等。深度學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的理念恰好是教學(xué)目標(biāo)實(shí)施的適切點(diǎn)。物理深度學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)相關(guān)專家提出，以單元教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)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(xué)設(shè)計(jì)，加強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的實(shí)踐和經(jīng)歷體驗(yàn)過程，才能促進(jìn)學(xué)生對物理知識(shí)的真正理解、遷移和應(yīng)用（低階思維層面），發(fā)展學(xué)生分析、評價(jià)、創(chuàng)造思維（高階思維）等能力與品質(zhì)，提升學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。endprint

深度學(xué)習(xí)是在理解學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)者能夠批判性地學(xué)習(xí)新的思想和事實(shí)，并將它們?nèi)谌朐械恼J(rèn)知結(jié)構(gòu)中，能夠在眾多思想間進(jìn)行聯(lián)系，并能將已有的知識(shí)遷移到新的情境中，做出決策和解決問題的學(xué)習(xí)。例如，在教學(xué)“電場強(qiáng)度”時(shí)，應(yīng)基于深度學(xué)習(xí)，創(chuàng)設(shè)不同試探電荷先后位于電場中某位置的情境，讓學(xué)生分析比較所受靜電力大小和電荷量的差異，評價(jià)概括出靜電力與電荷量成正比的特點(diǎn)，抽象出靜電力跟電荷量之比與試探電荷無關(guān)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(qiáng)度的概念。學(xué)生在處理以上信息的過程中，經(jīng)歷了“分析比較—評價(jià)概括—抽象創(chuàng)造”的過程，發(fā)展了學(xué)生高階思維。再如，在關(guān)于“力的合成與分解”“運(yùn)動(dòng)的合成與分解”的教學(xué)中，讓學(xué)生經(jīng)歷把一個(gè)整體的事物分解為幾個(gè)要素進(jìn)行研究，以及把問題的幾個(gè)要素結(jié)合成一個(gè)整體進(jìn)行綜合認(rèn)識(shí)的思維過程，提高學(xué)生的分析與綜合能力?；谏疃葘W(xué)習(xí)引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)“等效”的物理思想，讓學(xué)生在觀察、實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上通過科學(xué)推理和科學(xué)論證得到結(jié)論，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。

三、基于實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)情境，在真實(shí)中發(fā)展核心素養(yǎng)

創(chuàng)設(shè)情境進(jìn)行教學(xué)，對培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)具有關(guān)鍵作用。物理學(xué)是一門觀察、實(shí)驗(yàn)和物理思維相結(jié)合的科學(xué)，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(xué)中許多重大的發(fā)現(xiàn)都是在觀察、實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行思維的結(jié)果。利用物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，讓學(xué)生在真實(shí)情境中提出物理問題，形成猜測和假設(shè)，并利用科學(xué)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(jìn)行交流、評估、反思，體驗(yàn)科學(xué)探究的途徑、方法，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的意識(shí)和發(fā)展物理核心素養(yǎng)的科學(xué)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(shí)驗(yàn)情境】通過演示（或分組）實(shí)驗(yàn)（如圖1），引導(dǎo)學(xué)生觀察分析系列實(shí)驗(yàn)（①同學(xué)甲←→同學(xué)乙；②汽車←→路面；③螺旋槳←→空氣；④物塊←→水；⑤磁鐵←→導(dǎo)線）的共同特征。（有助于學(xué)生樹立“相互作用觀”。）

【分析歸納】學(xué)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(gè)物體之間的作用總是相互的。（學(xué)生經(jīng)歷了“比較—概括—抽象”的過程，科學(xué)思維獲得發(fā)展。）

2.相互作用力的關(guān)系。

問題：兩個(gè)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(diǎn)？

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

【實(shí)驗(yàn)探究】學(xué)生設(shè)計(jì)方案，交流后決定用兩只彈簧秤對拉進(jìn)行研究。學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行交流，多數(shù)學(xué)生是將彈簧秤水平放置的，也有學(xué)生補(bǔ)充，他們還做了彈簧秤豎直或斜向擺放的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果兩個(gè)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(xué)生報(bào)告，他們實(shí)驗(yàn)時(shí)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(xué)生分析這種“反?！爆F(xiàn)象，并提出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方法。（堅(jiān)持實(shí)事求是，彰顯科學(xué)態(tài)度。）

針對兩只讀數(shù)不準(zhǔn)的彈簧秤，學(xué)生提出用第三只彈簧秤“等效替代”方案，經(jīng)實(shí)際操作果然解決了問題。（利用科學(xué)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(jìn)行交流、評估、反思，體驗(yàn)科學(xué)探究的途徑、方法。）

【歸納結(jié)論】學(xué)生嘗試總結(jié)規(guī)律，并進(jìn)行交流。

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

【拓展分析】學(xué)生指出上述實(shí)驗(yàn)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(yùn)動(dòng)）時(shí)的實(shí)驗(yàn)，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(guān)信息（如圖2），學(xué)生發(fā)現(xiàn)相互作用關(guān)系與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)。（培養(yǎng)科學(xué)探究的意識(shí)和發(fā)展物理核心素養(yǎng)的科學(xué)探究能力。）

物理學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，物理實(shí)驗(yàn)在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、探究能力、科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神方面具有特殊的地位。教師的教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)施應(yīng)結(jié)合物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)具體情境，讓學(xué)生在觀察和體驗(yàn)后有所發(fā)現(xiàn)、有所聯(lián)想，萌發(fā)出科學(xué)問題，形成猜測和假設(shè)。設(shè)計(jì)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，要注意觀察和收集那些與預(yù)期結(jié)果相矛盾的信息，尊重物理事實(shí)，運(yùn)用邏輯推理確立物理量之間的關(guān)系，發(fā)展依據(jù)證據(jù)、運(yùn)用邏輯和現(xiàn)有知識(shí)進(jìn)行科學(xué)論證和解釋的能力。讓學(xué)生在完成任務(wù)中運(yùn)用科學(xué)思維，自己提煉出應(yīng)探究的科學(xué)問題，尋求解決科學(xué)問題的方法。培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神，讓學(xué)生嚴(yán)肅認(rèn)真對待實(shí)驗(yàn)，尊重實(shí)驗(yàn)結(jié)果與事實(shí)，杜絕編造和修改實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并把實(shí)事求是的作風(fēng)帶到平時(shí)的學(xué)習(xí)和生活中去，在真實(shí)中發(fā)展核心素養(yǎng)。

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