基于核心素養(yǎng)的中學物理探究教學課例分析①

(1. 北京師范大學物理學系，北京 100875；2. 北京師范大學附屬實驗中學，北京 100875)

自20世紀末以來，多個國家、地區(qū)或組織均根據(jù)各自需求和傳統(tǒng)，從理論和實踐兩方面確立起信息時代核心素養(yǎng)的內(nèi)涵和框架。[1]在我國，林崇德先生提出了中國化的學生發(fā)展核心素養(yǎng)，具有豐富而深刻的內(nèi)涵。[2]現(xiàn)如今，對于物理學科核心素養(yǎng)的研究不斷深入，部分中學物理教師已經(jīng)開始有意識地將核心素養(yǎng)理念運用于教學中，對于有廣闊研究空間的基于核心素養(yǎng)的中學物理實驗課堂研究可以說是非常有必要的。

1 指標體系的建立

筆者建立的基于核心素養(yǎng)的中學物理科學探究教學課例分析指標體系(下稱指標體系)以“問題”“證據(jù)”“解釋”“交流與合作”等4個要素作為一級指標，涵蓋了“提出科學問題”“形成猜想和假設(shè)”“設(shè)計與制定方案”“獲取和處理信息”“基于證據(jù)得出結(jié)論”“基于證據(jù)對實驗結(jié)果做出解釋”“對科學探究過程和結(jié)果進行交流、評估、反思”等7個二級指標[3]，完整地描述了探究實驗的過程(如表1)。

《普通高中物理課程標準(2017年版)》指出：物理核心素養(yǎng)包含物理觀念、科學思維、科學探究、科學態(tài)度與責任[3]，對于教師而言，培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)能力應(yīng)作為教學目的，滲透在物理教學的整個過程。在實驗教學中，教師的作用是為學生創(chuàng)設(shè)問題情景，引導學生從情境中發(fā)現(xiàn)和提煉問題，對問題的可能答案做出假設(shè)；根據(jù)問題解決的需要，引導學生運用已有知識，考慮各方面因素制訂實驗方案；引導學生觀察實驗現(xiàn)象、收集實驗數(shù)據(jù)，規(guī)范學生的實驗操作；在處理數(shù)據(jù)時，引導學生依據(jù)物理事實、運用現(xiàn)有知識，推理、確立物理量之間的關(guān)系，進行科學論證；引導學生對實驗過程與結(jié)果進行總結(jié)、反思，撰寫實驗報告。

基于以上原則，以科學探究水平劃分為基礎(chǔ)，筆者構(gòu)建出如表1所示的指標體系。其中，每個二級指標包含四個三級指標，四個三級指標的級別從上到下呈遞進的關(guān)系，教師具體行為符合的三級指標級別越高，教學內(nèi)容就越能體現(xiàn)提升學生核心素養(yǎng)的要求。

表1

以二級指標“提出科學問題”為例，指標中將“提出科學問題”劃分為四個層次，在實驗教學中，如果教師直接提出問題，那么學生只是被動地接受教師傳遞的信息，對問題的提出并沒有自己的思考，容易只專注于回答問題，而忽視了探究實驗的本意。這種做法不僅難以達到發(fā)展學生問題意識和探究能力的目的，更無法幫助學生真正理解科學探究的精髓。[4]而如果能恰當?shù)貫閷W生創(chuàng)設(shè)問題情景，引導學生分析生活經(jīng)驗和現(xiàn)象、基于實際生活來提出問題，那么這樣的問題更具有現(xiàn)實性，也更能使學生體悟到學習的意義與切實性。[4]這里說的引導當然不是教師把發(fā)現(xiàn)問題的工作簡單地拋給學生，而是要求教師在學生的問題選擇方向及深度上做出指點，啟發(fā)學生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題。[5]

2 優(yōu)秀中學物理教師訪談結(jié)果

為確保指標的合理性，筆者設(shè)計了一份關(guān)于中學物理教師運用探究實驗進行教學的問卷，對數(shù)位優(yōu)秀教師進行訪談，了解他們在探究實驗教學各環(huán)節(jié)的做法，并依此進一步印證指標。

在訪談中，教師們對于探究實驗在中學物理教學中的作用給予肯定，如Z老師注重引導學生通過實驗，“經(jīng)過自己的思考，去探索、發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律”，T老師則“教給學生應(yīng)用數(shù)學工具去解決物理問題的方法”。因此探究實驗在中學物理教學中不僅起到傳遞知識的作用，更是引導學生提升學習能力、培養(yǎng)學生物理核心素養(yǎng)不可或缺的手段。

總體來說，受訪的優(yōu)秀教師在探究實驗各環(huán)節(jié)的做法與指標建議的做法基本吻合。例如，在“形成猜想和假設(shè)”環(huán)節(jié)，幾位教師會引導學生“從實驗或者從生活經(jīng)驗和理論兩個方面，結(jié)合現(xiàn)有的知識進行廣泛的猜想”。而在此過程中，教師可以通過學生提出的想法來判斷學生對相關(guān)知識掌握的熟練度，“理解到他們以后(實驗中)可能遇到的一些問題”，對學生的實驗過程做到全面的掌握。如M老師還會根據(jù)學生的假設(shè)“制造一些認知沖突”，以推進教學進行?？傮w上，老師們在該環(huán)節(jié)會引導學生進行有根據(jù)的猜想和假設(shè)，并對學生的表現(xiàn)做出反饋，以加強教學效果。

再以“設(shè)計實驗與制定方案”環(huán)節(jié)為例，受訪教師們往往會引導學生進行以達成實驗目的為基礎(chǔ)、理解實驗原理為導向的實驗方案設(shè)計，并根據(jù)學生能力給出一些細節(jié)或者選項，“建議他們?nèi)ビ懻摲桨傅膬?yōu)劣，然后確定一個比較好的”。T老師指出：這一環(huán)節(jié)“涉及用物理的基本原理去設(shè)計實驗方案，如果學生是對于原理理解特別到位，在設(shè)計實驗時會特別清楚”。

受訪的優(yōu)秀教師在七個二級指標范疇內(nèi)的表現(xiàn)與指標展示的做法大致是吻合的，種種教學手段最終均指向培養(yǎng)學生的物理核心素養(yǎng)。此外，縱觀訪談結(jié)果，受訪教師在指標體系衡量下各環(huán)節(jié)表現(xiàn)可以用“普遍優(yōu)秀，個別突出”來形容，對不同的實驗環(huán)節(jié)，M老師指出：“受課時的限制會根據(jù)學生不同的收獲情況，加強某一實驗環(huán)節(jié)而相對淡化其他環(huán)節(jié)?！睂τ诓煌h(huán)節(jié)的側(cè)重并無高下之分，應(yīng)根據(jù)學生水平、課程目標等實際情況而定。

3 中學物理探究實驗教學課例分析

筆者對全國各地的三十五節(jié)中學物理課例錄像進行了分析，運用指標體系評估教師在探究實驗教學過程中各個環(huán)節(jié)的表現(xiàn)，得到如表2所示的結(jié)果。

表2

為方便展示，將表格中各三級指標由從低到高的級別以1到4賦值，并分別計算各二級指標中級別1到4的平均出現(xiàn)頻次及時間的總和(如圖1)。由圖1可知，物理教師在中學課堂運用探究實驗進行教學時，各環(huán)節(jié)的表現(xiàn)評價主要集中于1、2級，出現(xiàn)級別3的情況很少，沒有出現(xiàn)過級別4。這說明教師在實驗教學中往往將自身放在知識傳遞者而非學生學習引導者的位置上，這對培養(yǎng)學生的科學精神、實踐創(chuàng)新等核心素養(yǎng)是不利的。

圖1

由表2可看出：在四個一級指標中，“問題”環(huán)節(jié)每節(jié)課平均出現(xiàn)1.06次，用時1.53分鐘，其包含的兩個二級指標“提出科學問題”“形成猜想和假設(shè)”在每節(jié)課中的平均次數(shù)均小于1次。在分析的課例中，不少教師往往把兩個環(huán)節(jié)混為一談，在提出問題后，沒有引導學生對結(jié)果做出假設(shè)便直接開始實驗，或在講解實驗條件后直接給出實驗方案和可能的結(jié)果。引導學生“提出問題”“形成猜想和假設(shè)”是實驗教學中的初始環(huán)節(jié)，這一環(huán)節(jié)的模糊不清，往往會導致學生不能明了實驗目的，可能做完實驗之后還是懵懵懂懂的。

一級指標中“解釋”環(huán)節(jié)平均出現(xiàn)2.62次，用時5.05分鐘，其用時甚至大于其他一級指標平均時間的總和，更大于“證據(jù)”環(huán)節(jié)的2.80分鐘/節(jié)。教師在“解釋”環(huán)節(jié)用時較長，說明教師格外注重學生對實驗結(jié)果的解釋和結(jié)論的分析，但若過于注重實驗數(shù)據(jù)處理，會忽視學生實驗操作能力等的培養(yǎng)。[6]

一級指標中“交流與合作”環(huán)節(jié)的平均頻次僅有0.06次/節(jié)，在35節(jié)課例中僅出現(xiàn)2次。引導學生撰寫實驗報告以總結(jié)和反思實驗過程是十分重要的，課程標準在對于學生的學業(yè)要求中明確提到學生應(yīng)能夠撰寫實驗報告。只有引導學生不斷反思、研究實驗中出現(xiàn)的問題，才能真正培養(yǎng)學生的探究能力，提升學生的物理核心素養(yǎng)，[6]要求學生通過實驗報告的形式對科學探究過程和結(jié)果進行評價、反思及交流是十分有必要的。

總的來看，教師在課堂中運用實驗進行教學時，存在的不足之處有：

(1) 對教師課堂引導者的定位不夠明確；

(2) 提出問題、做出假設(shè)兩環(huán)節(jié)經(jīng)常出現(xiàn)混淆或缺失的情況；

(3) 在“解釋”環(huán)節(jié)的用時過長；

(4) 對“交流與合作”環(huán)節(jié)不夠重視。

基于上述不足之處及優(yōu)秀教師訪談內(nèi)容，針對教師在實驗教學中培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)的做法，筆者提出以下建議：

(1) 引導學生自主思考實驗內(nèi)容，做好課堂的引導者；

(2) 明確實驗中提出問題、形成猜想和假設(shè)兩個環(huán)節(jié)，使學生對問題和假設(shè)有明確的認識；

(3) 根據(jù)實際教學情況，調(diào)節(jié)實驗教學側(cè)重點與各二級指標占用時間；

(4) 重視“交流與合作”環(huán)節(jié)。