課堂教學中落實物理學科素養(yǎng)的關(guān)鍵問題

摘 要：課堂教學中如何落實物理學科核心素養(yǎng)是新課程實施的首要任務(wù).教師必須深度理解核心素養(yǎng)、學科核心素養(yǎng)和物理學科核心素養(yǎng)的基本概念，深度理解物理學科核心素養(yǎng)的層次結(jié)構(gòu);必須明確核心素養(yǎng)培養(yǎng)的主要途徑是學科教學，而學科教學中培養(yǎng)核心素養(yǎng)關(guān)鍵在于課堂.課堂教學中培養(yǎng)學生的物理學科素養(yǎng)可把重點放在以下幾個方面：用學科核心素養(yǎng)的二級指標清晰表達課堂教學目標;用大概念的理念促成學生物理觀念的形成和發(fā)展;用證據(jù)意識與模型構(gòu)建的方式促成學生科學思維發(fā)展;強化原始問題的抽象表征，強化問題的探究性設(shè)計;注重課堂教學中學生自主學習活動和自主操作活動的設(shè)計和實施.

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);物理學科素養(yǎng);課堂素養(yǎng)目標;大概念

文章編號：1008-4134（2019）17-0009中圖分類號：G633.7文獻標識碼：A

作者簡介：曹寶龍（1960-），男，浙江富陽人，博士，博導，教授，中學正高級教師，物理特級教師，教育部課程教材專家委員會委員，高中物理課標修訂組核心成員，人教社2017版高中《物理》主要作者兼分冊主編，研究方向：學科教育（物理學、科學）與心理發(fā)展、教學管理與研究.

教育部頒布2017版的普通高中課程標準后，全國將陸續(xù)進入新的課程體系.今年秋季全國大部分?。ㄊ校┑母咭恍律鷮⑹褂眯碌恼n程.前兩年，關(guān)于新課程標準的實施我們也進行了很好的研究，教師也獲得一定程度的培訓.面對新的課程，學科教學中如何落實課程標準的要求還是一個難題，很多問題還存在誤區(qū)或模糊認識.本文就目前我們教師對新課程的認識談幾個基本問題的認識，供大家參考.

1 關(guān)于素養(yǎng)的概念體系

1.1 核心素養(yǎng)的概念

素養(yǎng)是在先天素質(zhì)的基礎(chǔ)上后天形成的能力和品格.核心素養(yǎng)是學生在接受教育過程中，逐步形成的適應(yīng)個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力[1].從這個定義我們可以直接獲得三個方面的含義：（1）核心素養(yǎng)包括必備品格和關(guān)鍵能力兩個方面;（2）核心素養(yǎng)是通過教育之后形成的，即它不是先天稟賦，而是先天稟賦基礎(chǔ)上的后天培養(yǎng)而獲得的;（3）核心素養(yǎng)在個人發(fā)展和社會發(fā)展兩方面需要.

長期以來，我們一直認為人的素養(yǎng)決定于人的認知水平，培養(yǎng)人的素養(yǎng)主要是培養(yǎng)人的認知水平.我們認為通過教育提高學生的認知水平就是素養(yǎng)培育的全部.近年來，心理學和教育學的大量研究證實：單純的重視培養(yǎng)認知能力不能獲得最好的教育效果，而非認知領(lǐng)域的動機、態(tài)度、情緒、性格等因素對人的成長有重要影響[2].從素養(yǎng)的定義我們也可以看到，素養(yǎng)培育不僅要培養(yǎng)學生的能力，品格培養(yǎng)更為重要.如果我們培養(yǎng)的人是“高能力低品格”的，甚至于惡劣品格的，那么我們等于為社會培養(yǎng)了一個“毒瘤”或“定時炸彈”.因此，從人的培養(yǎng)的意義來說，培養(yǎng)學生良好的品格是教育的底線.

1.2 核心素養(yǎng)的理解

中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)把學生的核心素養(yǎng)表達成一個全面發(fā)展的人，應(yīng)該具備三個方面的素養(yǎng)：文化基礎(chǔ)、社會參與和自我發(fā)展;包括六大素養(yǎng)（即文化底蘊、科學精神;責任擔當、實踐創(chuàng)新;學會學習、健康生活），涵蓋十八個要點[3].本質(zhì)上這是描述人的素養(yǎng)的一個理想化模型.理解這個模型要注重幾個方面：

（1）學生發(fā)展核心素養(yǎng)是一個體系，各大素養(yǎng)之間具有整合性.學生發(fā)展的六大素養(yǎng)之間是相互聯(lián)系的相對獨立關(guān)系，各個素養(yǎng)之間既相互關(guān)聯(lián)又具有一定的獨立性.例如，發(fā)展學生的科學精神需要文化底蘊，也需要學生積極的社會參與和實踐創(chuàng)新活動，同時科學素養(yǎng)的培養(yǎng)離不開自我發(fā)展.為什么科學精神又獨立成為一個素養(yǎng)？主要是科學領(lǐng)域有獨特的思維方式和問題解釋和解決方式，科學活動需要這種獨特素養(yǎng)的支持.

（2）素養(yǎng)之間沒有高低貴賤之分.有人會問：六大素養(yǎng)（或十八個要點）哪個更重要？這個問題沒有意義.因為六大素養(yǎng)是緊密聯(lián)系的一個整體，相互之間是協(xié)同發(fā)展的關(guān)系，最后使人獲得全面發(fā)展.另一方面，如果從模型的類型來說，這樣的分類方法是要素分類法.在要素分類法中各個因素沒有重要和不重要之分.正如我們把人分成男人和女人，如果問男人和女人相比哪個更重要是沒有意義的.

（3）某個學科的教育活動對六大素養(yǎng)都會有貢獻，但側(cè)重的素養(yǎng)不同.文史學科與科學領(lǐng)域的學科所側(cè)重的方面顯然是不一樣的.科學領(lǐng)域的學科能有效地培養(yǎng)學生的科學思維能力（例如證據(jù)、模型、解釋等），這與文史類學科的側(cè)重素養(yǎng)是有區(qū)別的.

（4）核心素養(yǎng)是知識、能力和態(tài)度等的綜合體現(xiàn).個人的知識是人對外部世界的認識，它可以通過直接經(jīng)驗學習或間接學習獲得.能力是在知識的基礎(chǔ)上的發(fā)展，是人們運用已有的知識對外部世界的解釋或?qū)ν獠渴澜鐔栴}的解決.因此，沒有知識不可能有能力，知識是能力發(fā)展的前提和基礎(chǔ).態(tài)度是興趣、動機等方面的表現(xiàn)，包括自我認識、自我管控等方面.態(tài)度既是對人的認知過程和問題解決過程等的認識與管理，又是高層次能力發(fā)展的需要.總體上來說，態(tài)度屬于品格范疇.

（5）核心素養(yǎng)具有發(fā)展連續(xù)性和階段性.學生發(fā)展核心素養(yǎng)是一個連續(xù)發(fā)展的過程，高中學生的素養(yǎng)是以義務(wù)段教育為基礎(chǔ)，在義務(wù)教育階段形成素養(yǎng)的基礎(chǔ)上的進一步發(fā)展.因此，我們不能認為高中學生需要的科學素養(yǎng)就是小學生需要達成的.

（6）發(fā)展學生核心素養(yǎng)已經(jīng)成為世界各國教育改革的主流方向.教育的根本目標是為學生適應(yīng)社會、服務(wù)社會打下基礎(chǔ)，而適應(yīng)社會能力的關(guān)鍵在于學生的全面而有個性的素養(yǎng)發(fā)展.因此，發(fā)展學生核心素養(yǎng)是教育的目標，而學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)必定是學科教育的目標.

2 物理學科核心素養(yǎng)

2.1 物理學科素養(yǎng)的概念

在普通高中課程設(shè)計中，為了落實發(fā)展學生核心素養(yǎng)的目標，高中各學科分別根據(jù)自己學科的特點，提出了學科核心素養(yǎng).學科核心素養(yǎng)是經(jīng)過學科教育后學生所獲得的適應(yīng)社會和個人生活所必需的學科必備品格與關(guān)鍵能力.物理學科核心素養(yǎng)包括物理觀念、科學思維、科學探究和科學態(tài)度與責任等四個方面[4].

（1）物理觀念.物理觀念是學生經(jīng)過物理概念與規(guī)律的學習之后，在自己頭腦中形成的物質(zhì)觀、運動與相互作用觀和能量觀.物理觀念并不是物理概念與規(guī)律這些知識本身，而是學習者經(jīng)過一定的學習過程后所形成的對物理事實、物理問題、物理概念和規(guī)律的理解與認識，它是物理概念與規(guī)律在學習者頭腦中的升華.有人認為，物理觀念無非是當一切已學過的東西都忘記后所剩下來的東西[5].這是有一定道理的，主要強調(diào)的是物理觀念是經(jīng)過物理學習過程中學習者對物理學習內(nèi)容進行深度加工后才能獲得的那些東西.

（2）科學思維.科學思維是根據(jù)物理學科的本質(zhì)特性而形成的關(guān)于物理概念與規(guī)律的認識方式;是基于經(jīng)驗事實進行模型建構(gòu);是基于科學事實的證據(jù)進行綜合分析與推理的方法;是基于事實證據(jù)進行科學論證和質(zhì)疑.因此，科學思維主要包括模型建構(gòu)、科學推理、科學論證和質(zhì)疑創(chuàng)新.科學思維是科學學習與研究的主要內(nèi)隱性活動方式，它是學習者對物理問題的解釋和解決的關(guān)鍵.只有具備科學思維的人才有可能進行有效的科學探究，才能有效地解決物理問題.

（3）科學探究.科學探究是科學學習的主要方式，是科學思維支持的行為表現(xiàn)方式.科學探究是基于科學觀察和實驗，提出科學問題并形成基于已有事實的科學猜想或假設(shè)，設(shè)計收集證據(jù)和事實的有效方案，并對證據(jù)進行解釋、交流、評估和反思的科學活動.因此，科學探究主要包括問題、證據(jù)、解釋和交流.

（4）科學態(tài)度與責任.科學態(tài)度與責任是學生學習探究科學的心理與行為基礎(chǔ)，是學習者對科學本質(zhì)的認識，是對科學·技術(shù)·社會·環(huán)境的深度理解，是學習過程形成對科學探究的動力、持久力和嚴謹?shù)膽B(tài)度、科學道德及社會責任.因此，它包括科學本質(zhì)、科學態(tài)度與責任.

2.2 物理學科核心素養(yǎng)的層次結(jié)構(gòu)

從以上分析我們可以看出，物理學科核心素養(yǎng)是具有層次結(jié)構(gòu)的，一級維度是四大素養(yǎng)，而在四大素養(yǎng)下面有一批二級維度的指標，見表1.

3 物理學科素養(yǎng)的培養(yǎng)

3.1 素養(yǎng)的形成途徑

素養(yǎng)不可能用告訴學生以學生接受的方式來獲得.素養(yǎng)包括兩部分：能力和品格.我們知道，能力的本質(zhì)是個體面對任務(wù)環(huán)境時所表現(xiàn)的適應(yīng)性行為.所以能力的獲得只能通過學生自主學習、教師指導的方式才能獲得.品格的本質(zhì)是個人對處境的回應(yīng)方式.學生面對任務(wù)或處境時能夠正確評估自己所處的環(huán)境，

然后作出合理的回應(yīng)方式，這就是品格的本質(zhì)涵義.當然，能力涉及行為的適應(yīng)性，品格涉及的是回應(yīng)方式（態(tài)度與行為）的合理性、合適性.因此，素養(yǎng)的形成主要是通過學生的自主活動、自主操作和自主體驗活動.

物理觀念的形成主要應(yīng)該注重物理大概念的學習，以物理概念和規(guī)律的深度理解與應(yīng)用使學生逐步形成整個物理課程體系的大概念.物理觀念的形成可以用以下有效措施：加強概念聯(lián)系，把概念“做大”;將新概念的學習融合于已有的概念體系;將概念盡可能拓展到一般性的適用范圍;用大概念視角解釋和解決問題;注重概念建立、概念應(yīng)用的過程與實際情境的聯(lián)系;合理設(shè)計課堂教學的物理觀念目標[6].

科學思維的培養(yǎng)主要應(yīng)該著力于學生的模型建構(gòu)能力、科學推理能力、科學論證能力和質(zhì)疑創(chuàng)新能力.物理模型可有效解釋或解決問題，我們要重視對模型的深度理解和靈活運用能力的培養(yǎng)[7].科學推理是科學思維的重要方面，是從尋找的有效證據(jù)和已有理論出發(fā)向未知的領(lǐng)域認識的重要方法.高中物理教學中在概念學習、規(guī)律探索、實驗探究和問題解決等方面都有相當多的案例和材料來對學生進行各種推理能力的培養(yǎng)，包括歸納推理、演繹推理和類比推理等形式[8].科學論證是對證據(jù)的有效性與合理性進行評估，并用證據(jù)解釋問題和用證據(jù)解決問題的能力.科學論證能力的培養(yǎng)應(yīng)該重在對證據(jù)的理解和評估、運用證據(jù)解決問題、用證據(jù)解釋現(xiàn)象、用證據(jù)預(yù)測可能發(fā)生的現(xiàn)象或用證據(jù)形成猜想等方面.這當然是科學思維的核心能力之一.質(zhì)疑是創(chuàng)新的前提，沒有質(zhì)疑意識與能力就不可能有科學創(chuàng)新，質(zhì)疑的關(guān)鍵在于培養(yǎng)學生用證據(jù)、事實來推斷科學結(jié)論的意識和能力，和對事實進行深度理解與解釋的能力.

科學態(tài)度與責任的培養(yǎng)要抓住兩點：一是科學本質(zhì)教育;二是科學·技術(shù)·社會·環(huán)境.要認識到科學本質(zhì)教育的重要性;研究與實施基于物理課程的科學本質(zhì)教育的內(nèi)容;在物理課程中融入物理學史、科學哲學和科學社會學的內(nèi)容[9].

3.2 學科素養(yǎng)的課堂培養(yǎng)

（1）課堂是培養(yǎng)學生素養(yǎng)的主要渠道.高中課程體系的基本思想是用各學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)基本完成學生核心素養(yǎng)發(fā)展的總體任務(wù);以學科課堂教學完成學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)任務(wù).因此，核心素養(yǎng)的培育和發(fā)展主要在課堂，我們不需要在課堂以外添加不必要的“活動”.課堂教學的素養(yǎng)觀念是教師必須首先建立的，課堂的素養(yǎng)培育方法是我們必須重點關(guān)注的.

（2）素養(yǎng)觀既要從單元整體來認識，更要注重每一節(jié)課的素養(yǎng)目標.很多學者提出，用大單元的教學設(shè)計才能完成素養(yǎng)培育的任務(wù)[10].從物理學科來看，大單元固然重要，但更重要的是每一節(jié)如何落實物理素養(yǎng).如果單節(jié)課本身不能體現(xiàn)和培養(yǎng)物理素養(yǎng)，那么N節(jié)課組成的大單元也不可能落實素養(yǎng)發(fā)展的任務(wù).我們的研究表明，課堂教學可以用素養(yǎng)目標來表達[11]，用素養(yǎng)表達的目標可以用素養(yǎng)理念的教學設(shè)計來培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)[12].因此，素養(yǎng)的培養(yǎng)關(guān)鍵在于我們教師在設(shè)計和實施每一節(jié)課時都要有素養(yǎng)理念和素養(yǎng)培養(yǎng)策略.

3.3 素養(yǎng)培養(yǎng)的基本策略

（1）以素養(yǎng)表達課堂教學目標.目標是一堂課的出發(fā)點，也是一堂課所求的功效.前一輪我們實施的三維目標（知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀）對課堂教學中培養(yǎng)學生的能力和素養(yǎng)起到了相當重要的作用，但其內(nèi)存的邏輯和實施的有效性還存在一些問題[13].物理學科核心素養(yǎng)體系為我們設(shè)計課堂教學目標提供了很好的學科導向標.一般來說，我們建議用表1中14個二級維度的素養(yǎng)來表達課堂教學目標.操作方法如下：①認真研究本節(jié)課的學習內(nèi)容，分析和確定本節(jié)課涵蓋的課堂素養(yǎng)目標;②從學生基本學習能力和教材的基本要求兩方面研判每一條素養(yǎng)需要達到的等級水平;③以二級學科素養(yǎng)為基礎(chǔ)的目標體系的語言準確表達課堂教學素養(yǎng)目標的維度和等級水平[14].

（2）用大概念的理念促成學生物理觀念的形成和發(fā)展.用告知或簡單的歸納方法讓學生學到的概念只能是淺表層次的，不能在學生自己頭腦中真正建立起有效的觀念.例如，密度的概念不能只要求學生知道是質(zhì)量與體積之比，這種比值定義的物理量往往表示物質(zhì)的某種性質(zhì).但密度是什么性質(zhì)呢？其實它表達的是物質(zhì)內(nèi)部相互之間排列的致密程度.如果從這個意義出發(fā)，我們可以用一維密度、二維密度、三維密度和四維密度的生活案例使學生得到深度理解.這樣才能使學生在密度概念的學習中獲得一輩子都不會忘的觀念：密度就是描述物質(zhì)致密情況的物理量.人口密度、空氣質(zhì)量指數(shù)等其實都是密度，質(zhì)量與體積之比其實是在三維層面上表達所能描述的物質(zhì)的致密性程度的物理量，即是關(guān)于物質(zhì)分布的三維密度（質(zhì)量的三維密度）[6].再如，某人托著一個物體在空中堅持1分鐘沒有發(fā)生移動，問此人是否做功？我們很多人認為不做功.其實這是錯的.正確的理解是這個人沒有做宏觀意義上的機械功，但這個人肌肉張緊度的變化活動促成體內(nèi)的化學能發(fā)生轉(zhuǎn)化，所以此人是做功的，但不是機械功;如果我們考慮這個人在托舉過程中會發(fā)生肌肉擅動現(xiàn)象的話，這個人也是做機械功的.因此，概念的理解必須從實際情境出發(fā)使學生有深度解析能力.

（3）用證據(jù)意識與模型構(gòu)建的方式促成學生科學思維發(fā)展.科學思維的主要特征是用證據(jù)進行推理和論證，用模型解釋科學現(xiàn)象.證據(jù)可以使科學建立在可靠的基石之上，模型可以使科學問題變得更清晰.因此，科學思維是科學素養(yǎng)或者說人的整體素養(yǎng)的重要組成.例如做簡諧運動的單擺的擺球經(jīng)過平衡位置時，是否處于平衡狀態(tài)？很多教師用相當多的時間給學生解釋所謂“平衡位置不平衡”的問題.其實這也是錯誤的.平衡位置應(yīng)該是平衡的，不然怎么稱為平衡位置呢？單擺做簡諧運動的條件是擺角足夠小，小到什么程度呢？小到單擺的軌跡可以看成直線.一般我們認為5°以內(nèi)就可以看成直線.當然這樣說是有誤差的，這個誤差就是直線與曲線之間的差異.所以從模型來理解，做簡諧運動的單擺擺球的運動是來回往復的直線運動，所以不存在“最低點”的問題，豎直方向也是平衡的.顯然，我們說豎直方向小球受到的拉力和重力相等的結(jié)論是有誤差的，但這個誤差與軌跡的直線與曲線的誤差完全相同的.因此，如果你承認單擺做簡諧運動，你就必須承認平衡位置是平衡的.這個案例中，我們用到了模型思想、證據(jù)意識和科學論證與推理幾個方面的素養(yǎng)，當然也有質(zhì)疑精神.

（4）強化原始問題的抽象表征，強化問題的探究性設(shè)計.物理學是一門研究自然界物質(zhì)運動與相互作用現(xiàn)象的學科，是建立在理想化概念（模型）基礎(chǔ)上的學科.學生的學習往往停留在只能解決理想化情境的問題，而對于未經(jīng)加工處理的反映真實情境的原始物理問題不能很好處理和解決.因此，教學設(shè)計中要盡可能多地反映真實情境的原始問題.從原始問題轉(zhuǎn)化到符合物理概念和規(guī)律需要的理想化問題，往往需要對原始物理問題的各種條件進行分析與比較，突出研究影響問題的主要因素，而忽略影響不大的次要因素，這種對于原始問題進行抽象概括的方法就是構(gòu)建問題模型的方法.對原始問題合理地進行理想化的能力是重要的科學素養(yǎng)，它反映了學生面對復雜情境的適應(yīng)性水平.例如，在水平地面上以一定速度騎自行車的人，在自行車轉(zhuǎn)彎時自行車與地面之間的夾角最小值可以達到多少？這個問題是一個實際問題，這里必須考慮幾個方面：什么因素對自行車的轉(zhuǎn)彎產(chǎn)生影響？自行車可以看成質(zhì)點來研究嗎？轉(zhuǎn)彎時自行車為什么要傾斜？什么情況下自行車輪胎與地面之間發(fā)生滑動？對這些問題的思考與研究過程就是對問題進行抽象和建模的過程.原始物理問題不僅能促進學生物理問題表征能力的發(fā)展，而且能促進物理思維能力的發(fā)展，從而更好地發(fā)展學生的物理素養(yǎng)[7].

（5）注重課堂教學中學生自主學習活動和自主操作活動的設(shè)計和實施.簡單的“教師講學生聽”的模式不可能有效地培養(yǎng)學生的素養(yǎng)，素養(yǎng)的培育應(yīng)該以“學生自主學習，教師適時指導”的方式進行.例如學生是否會游泳，是否會開車屬于素養(yǎng)（或能力）問題.這些素養(yǎng)的獲得只能通過學生自主進行的活動過程才能獲得;我們對學生講一百遍游泳的動作要領(lǐng)或者示范一百遍游泳的動作都沒有用，學生還是不會.因為這種能力層次的素養(yǎng)只能讓學生自主操作才能獲得，你要學什么能力必須操作什么活動.例如，學游泳的人必須自己去游泳;學打球的人必須自己去打球;學演講的人必須自己去演講.所以，課堂教學中學生獲得素養(yǎng)的主要途徑是自主學習、自主操作、自我體驗、自我歸納、自主運用.因此，重素養(yǎng)培育的課堂必定是學生“學”的成份特別多，教師“教”的比例特別少，有限的教師的“教”只能用在學生充分體會后才實施，教師不能過多地干預(yù)學生的學習活動.

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