物理核心素養(yǎng)視角下教師課堂教學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)

【摘 要】物理核心素養(yǎng)的提出給物理教學(xué)的未來改革設(shè)置了精準(zhǔn)的走向，也促使教師需要具備與之相適切的課堂教學(xué)素養(yǎng)?！皩嶒炘O(shè)計與操作技能”是物理教師課堂教學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)的基點，“單元設(shè)計與概念建構(gòu)”是物理教師課堂教學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)的鏈環(huán)，“問題意識與證據(jù)意識”是物理教師課堂教學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)的關(guān)鍵。

【關(guān)鍵詞】教師素養(yǎng)；實驗設(shè)計；單元設(shè)計；問題意識

【中圖分類號】G633.7 【文獻標(biāo)志碼】A 【文章編號】1005-6009（2017）83-0017-04

【作者簡介】許幫正，江蘇省無錫市教育科學(xué)研究院（江蘇無錫，214001）教研員，正高級教師，江蘇省特級教師，全國優(yōu)秀教師，“江蘇人民教育家培養(yǎng)工程”培養(yǎng)對象，江蘇省“333高層次人才培養(yǎng)工程”培養(yǎng)對象，長三角初中物理學(xué)科專家，蘇州大學(xué)物理專業(yè)教育碩士研究生導(dǎo)師。

物理核心素養(yǎng)是學(xué)生通過物理學(xué)習(xí)內(nèi)化的帶有物理學(xué)科特性的品質(zhì)。它要求學(xué)生在經(jīng)歷物理學(xué)習(xí)后形成有關(guān)物質(zhì)、運動和相互作用、能量等正確的“物理觀念”，培養(yǎng)模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等“科學(xué)思維”，掌握“科學(xué)探究”的方式，形成科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。筆者認(rèn)為，物理核心素養(yǎng)的提出給物理教學(xué)的未來改革設(shè)置了精準(zhǔn)的走向，也促使教師需要具備與之相適切的課堂教學(xué)素養(yǎng)。

從課堂教學(xué)的角度解析，物理觀念的形成依托于核心概念的建立，這就要求教師首先需要對物理核心概念有清晰的把握；學(xué)生科學(xué)思維的形成與教師教學(xué)時的思維方式密切相關(guān)，教師應(yīng)該善于設(shè)置清晰的問題鏈引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)知識網(wǎng)絡(luò)、領(lǐng)悟物理方法；科學(xué)探究離不開問題，尤其是證據(jù)意識，這就要求教師本身應(yīng)具備相應(yīng)的探究能力尤其是實驗載體的設(shè)計和實際的實驗操作能力；物理本身是一門實踐性學(xué)科，也是在實踐中不斷發(fā)展的學(xué)科，實事求是的科學(xué)態(tài)度決定了物理的良性發(fā)展，這就要求物理教師在教學(xué)中應(yīng)該能夠?qū)ξ锢韺W(xué)科本質(zhì)有正確的認(rèn)知。要培養(yǎng)并形成上述的素養(yǎng)，需要教師自身在專業(yè)領(lǐng)域的不斷鉆研，需要教師在課堂教學(xué)實踐中不斷積累。接下來，筆者結(jié)合自身的教研經(jīng)歷談幾點看法，以供同行探討。

一、實驗設(shè)計與操作技能：物理教師課堂教學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)的基點

2016年11月，在揚州市梅嶺中學(xué)舉行了第二屆江蘇省基礎(chǔ)教育青年教師基本功大賽（初中物理），其中的實驗操作設(shè)計了三個問題，完成時間是30分鐘，具體要求如下：

題1：探究杠桿的平衡條件。

器材：杠桿，鐵支架（附十字夾），鉤碼（50g）5只，彈簧測力計1個。

要求：將鉤碼懸掛在杠桿上一側(cè)，用彈簧測力計在杠桿另一側(cè)施力，實驗探究杠桿的平衡條件，測量數(shù)據(jù)，并記錄在自己設(shè)計的表格中。

題2：測定小燈泡的額定功率。

器材：干電池2節(jié)（附電池盒），直流電流表1只，直流電壓表1只，開關(guān)1個，滑動變阻器1個，小燈泡（2.5V）及燈座1個，導(dǎo)線7根。

要求：畫出電路圖，連接電路，進行實驗，測量小燈泡的額定功率。

題3：估測薯條的熱值（水的比熱容：4.2×103J/（kg·℃））。

器材：薯條2根，5角硬幣（m=4.5g）1個，燒杯（有水）1個，試管1個，量筒1個，溫度計1支，塑料刻度尺1把，圓柱形鉛筆1支，鋼針1根（插在橡皮塊上），打火機1個，鐵支架（附燒杯座，鐵夾）1套。

要求：設(shè)計實驗估測薯條的熱值，記錄測量的數(shù)據(jù)（規(guī)定說明：塑料刻度尺的兩端貼有紙片，專供放置薯條和硬幣用）。

筆者當(dāng)時作為實驗的評委之一，經(jīng)歷了選手們的答題過程，現(xiàn)將相關(guān)情況做一簡單整理。

在題1中，彈簧測力計所測拉力是向下的，所以需要倒置后調(diào)零。按照要求，這是一個探究性實驗，包含的設(shè)計思想應(yīng)該是分別改變阻力、阻力臂、動力臂來研究動力變化，在此基礎(chǔ)上得出杠桿的平衡條件。選手操作時的主要錯誤是不知道彈簧測力計倒置后如何調(diào)零，把本實驗看成驗證性實驗，直接采用掛鉤碼的方法使杠桿平衡。初中物理學(xué)習(xí)中，學(xué)生需要掌握刻度尺、彈簧測力計、天平、溫度計、電壓表、電流表的使用，按照規(guī)范要求，測量時均需要考慮校正“0”點或者具有校正“0”點意識；而驗證性實驗與探究實驗的本質(zhì)區(qū)別在于根據(jù)結(jié)果已知還是未知從而采用不同的方法。筆者認(rèn)為，出現(xiàn)錯誤的根本原因是選手平時教學(xué)時對測量工具使用規(guī)范的忽視和探究意識的缺乏。

題2中設(shè)有一個“陷阱”，當(dāng)選手連接完電路后，閉合開關(guān)發(fā)現(xiàn)燈泡不亮，兩表也沒有示數(shù)。但是，按照比賽規(guī)定，只有選手向評委提出電路由于器材原因存在斷路問題無法實驗時，評委才會再拿出一根導(dǎo)線給選手并告知選手“所給導(dǎo)線也不知道是不是好的，你先設(shè)計實驗檢測一下”，當(dāng)檢測發(fā)現(xiàn)所給導(dǎo)線是好的，選手需要再次檢測電路故障所在。在檢測故障時，只有少數(shù)選手直接用電壓表和導(dǎo)線快速檢測出故障所在，而大部分選手實驗都是失敗的?！皽y量小燈泡的電功率”是課程標(biāo)準(zhǔn)要求的學(xué)生必做實驗，實驗中學(xué)生碰到的實際問題往往是電路不通，而此時教師應(yīng)該教會學(xué)生如何利用電壓表和導(dǎo)線采用逐段檢測的方式快速排除電路故障。賽后和選手交流時，他們也表示平時在實驗中主要關(guān)注的是數(shù)據(jù)分析和得出結(jié)論，而較少考慮必需的實驗技能培養(yǎng)。

要完成題3的實驗，關(guān)鍵是需要選手用刻度尺自制一個天平測出薯條的質(zhì)量。正確的操作方式之一是先把刻度尺放在鉛筆上，調(diào)整位置使之平衡，找到刻度尺的重心位置并根據(jù)刻度計算出刻度尺的自重。然后再以插在橡皮上的鋼針作為支撐點，支撐在刻度尺的中間位置，用硬幣做砝碼，測量出薯條的質(zhì)量，測量時必須扣除刻度尺自重的影響。而選手大多因為在自制天平時沒有首先想到需要算出刻度尺的質(zhì)量，從而不能正確測出薯條質(zhì)量。其實，利用刻度尺自制天平的習(xí)題是屢屢出現(xiàn)在試卷中，教師在解題時一般不會有問題，但過多的習(xí)題訓(xùn)練已經(jīng)使我們的物理教學(xué)變成了“紙上談兵”。endprint

實驗設(shè)計與操作題滿分一共20分，參賽選手能得到12分以上的寥寥無幾。盡管參賽的選手都是各市選拔出來的優(yōu)秀的物理教師，處于比賽環(huán)境下，緊張不可避免，但是排除客觀原因，其中暴露的系列問題的實質(zhì)是物理教師實驗設(shè)計與操作技能的缺失。筆者在聽課調(diào)研中也發(fā)現(xiàn)，許多學(xué)校的物理教師在上課時喜歡用講實驗代替做實驗，稍微好點的是采用視頻播放實驗操作，這些與現(xiàn)實教育中存在的功利思想和視頻資料技術(shù)的日臻完善有很大關(guān)系。如果不改，物理教學(xué)終將會失去其誕生之初的意義，從一門實踐性學(xué)科而蛻變?yōu)橐粋€用文字描述的虛擬世界和用習(xí)題編寫的數(shù)字計算，對學(xué)生物理核心素養(yǎng)的形成是非常有害的。

筆者認(rèn)為，實驗之于物理就像骨骼之于人體，它是系列物理核心概念建立的基礎(chǔ)。例如，沒有伽利略理想實驗就沒有慣性概念的提出，不去比較壓力的作用效果就沒有壓強，沒有歐姆的實驗探究就沒有歐姆定律。作為一名物理教師，需要將實驗設(shè)計和操作技能作為物理教學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)的基點。

二、單元設(shè)計與概念建構(gòu)：物理教師課堂教學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)的鏈環(huán)

在基本功大賽中，教師的授課課題是蘇科版物理教材八下第九章“力與運動”的章后小結(jié)和八下第十章“壓強和浮力”的章后小結(jié)?；镜拿}指導(dǎo)思想是如何用“物理的核心素養(yǎng)”引領(lǐng)物理章后復(fù)習(xí)課的設(shè)計與實施，課題有很大的自由度和創(chuàng)造空間，有助于評價教師較深層次的知識與能力的積淀。同時，命題者南京師范大學(xué)劉炳昇教授也希望通過此題進一步探討復(fù)習(xí)課的改革問題。

以“力與運動”為例，教材共有“二力平衡”“牛頓第二定律”“力與運動的關(guān)系”三節(jié)組成。實際授課時，有的選手著重分析了“探究二力平衡的條件”“探究阻力對物體運動的影響”二組實驗探究，給人的感覺似乎是在上新課；有的選手則著重分析了本章知識的應(yīng)用，給人的感覺似乎是在講習(xí)題。當(dāng)然，其中也不乏精彩課例，現(xiàn)整理一位優(yōu)秀選手的授課流程如下：

案例1：“力與運動”授課流程（節(jié)選）。

引入：（實驗演示，如圖1）讓小球從斜面上某點由靜止?jié)L下，最后停在粗糙水平面上的B點處。

問題：從A點到B點的過程中，小球做什么運動？原因是什么？

模塊一：喚醒記憶——核心概念的再現(xiàn)。

問題：同學(xué)們已經(jīng)學(xué)習(xí)過“力與運動”的相關(guān)知識了，請結(jié)合實例談?wù)剬Α傲Α薄皯T性”這兩個概念的認(rèn)識。

學(xué)生活動：先分小組討論，再匯報自己的認(rèn)識，互相補充，不斷完善。

教師參與，適度追問。

模塊二：知識的重構(gòu)——知識的結(jié)構(gòu)化。

問題：本章重點介紹了“力與運動”，你能把本章所學(xué)知識梳理一下嗎？

教師簡單介紹知識整理的方法：提綱形式，表格形式，樹形結(jié)構(gòu)，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)等。

學(xué)生建構(gòu)自己的小結(jié)，教師收集2名學(xué)生的整理結(jié)果投影并組織評估。

模塊三：評價與反思——運用知識解釋現(xiàn)象。

活動1：反思“阻力對物體運動的影響”的探究（配演示實驗，如圖2）。

問題：實驗時每次都要讓小車從斜面上的同一點開始下滑，這樣做的目的是什么？分別選用棉布、木板和玻璃進行實驗，這樣做的目的是什么？牛頓第一定律是由實驗直接得來的嗎？有什么價值？

活動2：反思“二力平衡的條件”的探究（配演示實驗，如圖3）

問題：小紙片受力嗎？為什么能靜止？要破壞這種平衡，你有哪些做法？

活動3：知識應(yīng)用。

（1）反思“測量摩擦力的大小”實驗。

在上一章“探究影響滑動摩擦力大小的因素”實驗中，是用彈簧測力計沿水平方向勻速拉動木塊來測量摩擦力大小的?，F(xiàn)在，你知道為什么要用這種方法嗎？

實際操作中，彈簧測力計的示數(shù)時大時小，這是什么原因造成的？

（2）如圖4所示，一物體在大小為10N的力F作用下沿著水平桌面勻速滑動。

①請指出物體所受摩擦力的大小和方向。

②如果要使物體向左做勻速運動，那么應(yīng)再給物體加一個多大的力？方向如何？請寫出必要的分析過程。（可以畫圖說明）

（3）對如圖5所示的在光滑的水平桌面上做勻速圓周運動和豎直方向上擺動的小球進行“力和運動關(guān)系”的分析。

該課最大的特點是在深入解讀教材的基礎(chǔ)上，沒有糾纏于每節(jié)的具體細節(jié)，而是把思維集中于核心概念和“力與運動”關(guān)系的思辨分析上，幫助學(xué)生重構(gòu)起知識網(wǎng)絡(luò)并了解其中的方法，不失為一節(jié)優(yōu)秀的章末復(fù)習(xí)課。

筆者認(rèn)為，從教學(xué)設(shè)計的角度看，應(yīng)提倡“單元設(shè)計”的思想，提倡在授課時依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)，解讀教材結(jié)構(gòu)，整體架構(gòu)教學(xué)網(wǎng)絡(luò)，準(zhǔn)確把握核心概念。華東師范大學(xué)終身教授鐘啟泉先生認(rèn)為，著眼于學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，單元設(shè)計將是撬動課堂轉(zhuǎn)型的一個支點，離開單元設(shè)計，就失去了學(xué)科的基礎(chǔ)，就會糾纏于“課時主義”，就會聚焦碎片化的知識點教學(xué)，導(dǎo)致三維目標(biāo)無法融合。筆者在課堂調(diào)研中也發(fā)現(xiàn)，即使是新授課，也經(jīng)常出現(xiàn)教師授課時對教材重點內(nèi)容把握不準(zhǔn)、核心概念難以有效建立的現(xiàn)象，如果我們有單元設(shè)計的思想，思路就會很清晰。筆者按照課標(biāo)要求，對蘇科版初中物理教材的科學(xué)內(nèi)容和重要的核心概念做了一個整理，具體如表1。

要說明的是，表1中所列出的“密度、壓強”等核心概念不可能在一堂課中就得以建立，學(xué)生一般是在多個章節(jié)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上逐步達到認(rèn)知建構(gòu)的。例如“密度”的教學(xué)該如何設(shè)計呢？我們首先需要考慮課標(biāo)要求，再分析教材結(jié)構(gòu)，依據(jù)章節(jié)內(nèi)容設(shè)計系統(tǒng)的學(xué)習(xí)方案，組織學(xué)習(xí)并實施評價，這就是“單元設(shè)計”的思想。所以，要讓物理核心素養(yǎng)落地，教學(xué)設(shè)計的基本鏈環(huán)應(yīng)是“核心素養(yǎng)—課程標(biāo)準(zhǔn)—單元設(shè)計—學(xué)習(xí)評價”。我們應(yīng)倡導(dǎo)單元設(shè)計成為集體備課的中心議題，在區(qū)域性的課標(biāo)或教材培訓(xùn)、日常的集體備課等活動中突出單元設(shè)計，著力避免教師游離于教育活動的基本鏈環(huán)之外；應(yīng)鼓勵教師在獨立備課時，加強對教材文本的研讀，鼓勵在指向?qū)W生學(xué)習(xí)的活動設(shè)計中彰顯教師個性和智慧。endprint

三、問題意識與證據(jù)意識：物理教師課堂教學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)的關(guān)鍵

為評估教師的實驗教學(xué)組織能力，筆者不久前組織了一次無錫市實驗教學(xué)比賽和研討活動，所選課題為蘇科版第六章第二節(jié)“測量物體的質(zhì)量”，本節(jié)主體內(nèi)容是用天平測量“一枚回形針的質(zhì)量”和“測量瓶中水的質(zhì)量”。其中的一節(jié)課讓大家眼睛一亮，其基本的授課流程如下——

案例2：“測量物體的質(zhì)量”授課流程（部分）。

第一模塊：復(fù)習(xí)天平的使用規(guī)則。

（1）請學(xué)生觀察天平并說出天平的最大稱量和最小分度值。

（2）請學(xué)生先估計、再測量一樣學(xué)習(xí)用品質(zhì)量，抓拍學(xué)生測量瞬間（主要是不規(guī)范或錯誤之處）直接投影到屏幕上，組織學(xué)生評估糾錯。

第二模塊：測量一枚回形針的質(zhì)量。

（1）不限方法，讓學(xué)生測量并匯報數(shù)據(jù)。

學(xué)生匯報結(jié)果：1枚0.6g；20枚10g，每枚0.5g；40枚19.2g，每枚0.48g。

（2）數(shù)據(jù)分析：你認(rèn)為哪一組誤差??？

當(dāng)學(xué)生回答“測40枚的誤差小”時，教師反問“依據(jù)呢？”

教師拿出“電子天平”直接稱量1枚回形針，顯示是“0.462g”，說明確實是測量40枚的誤差小。

教師接著問：我們應(yīng)該選用多少枚比較合適呢？

請學(xué)生注意觀察銘牌（圖6）并思考。學(xué)生注意到銘牌上有一個min=4g，教師解釋此數(shù)值的含義，該天平測量質(zhì)量小于4g的物體時，誤差比較大。并且指出很多測量儀表當(dāng)所測值過小時，誤差都比較大，如以后要學(xué)習(xí)的電能表、家中的水表等。

本節(jié)課中，授課教師沒有重復(fù)介紹天平使用的注意點，而是組織學(xué)生實測，并把測量中所捕捉到的問題直接呈現(xiàn)，學(xué)生在真實的問題評估中掌握正確的使用方法。在測量回形針的質(zhì)量時，授課教師沒有直接說明采用哪種測量方法，而是讓學(xué)生自由地選擇方法進行測量，測量結(jié)束后也沒有肯定哪一種方法誤差更小，而是用更精密的天平測出回形針的質(zhì)量，作為比較的依據(jù)，在基于證據(jù)的比較下確定最佳測量方案。難能可貴的是，授課教師對天平銘牌的分析很透徹，使得學(xué)生了解到更多的測量知識。物理學(xué)的根本任務(wù)是探索自然的奧秘，它是基于問題驅(qū)動的一門科學(xué)，是需要證據(jù)支撐的一門科學(xué)。與此相對應(yīng)，物理教學(xué)的根本任務(wù)之一就是培養(yǎng)學(xué)生的問題意識和證據(jù)意識。

綜上所述，要培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)必須要培養(yǎng)教師的課堂教學(xué)素養(yǎng)。物理學(xué)科的特質(zhì)決定了一名優(yōu)秀的物理教師應(yīng)該具有相應(yīng)的實驗設(shè)計和操作技能，應(yīng)該具有問題意識和證據(jù)意識，這是組織科學(xué)探究、培養(yǎng)物理思維所需要的；同時應(yīng)熟悉物理課程標(biāo)準(zhǔn)、具有單元設(shè)計思想，從而更好地幫助學(xué)生建立和理解物理核心概念，在完善知識體系建構(gòu)的同時形成對物質(zhì)世界的正確認(rèn)知。另外，課堂教學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)離不開教育的實踐，我們需要堅守對教育的信仰，做一名真正的教學(xué)研究者。endprint