核心素養(yǎng)導(dǎo)向下的物理概念進(jìn)階教學(xué)模式研究

楊成滔 洪哲新 黃家茵 皮飛鵬

摘 要：核心素養(yǎng)導(dǎo)向下的物理概念進(jìn)階教學(xué)是當(dāng)前教育研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，但是現(xiàn)有的研究存在進(jìn)階培養(yǎng)核心素養(yǎng)意圖含糊、進(jìn)階路徑過(guò)于靈活以及層級(jí)理解不飽和等問(wèn)題.本文以“熱機(jī)效率”教學(xué)為例，結(jié)合物理學(xué)科核心素養(yǎng)的內(nèi)涵，在學(xué)習(xí)進(jìn)階層級(jí)發(fā)展模型的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步構(gòu)建核心素養(yǎng)導(dǎo)向下的物理概念進(jìn)階教學(xué)模式，以經(jīng)驗(yàn)、映射、關(guān)聯(lián)層級(jí)進(jìn)階促進(jìn)學(xué)生物理觀念形成，以系統(tǒng)層級(jí)進(jìn)階促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維提升，以整合層級(jí)進(jìn)階促進(jìn)學(xué)生科學(xué)品質(zhì)凝煉，希望能為優(yōu)化物理概念教學(xué)提供參考.

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);學(xué)習(xí)進(jìn)階;物理概念教學(xué)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1008-4134（2021）18-0011-04

作者簡(jiǎn)介：楊成滔（1996-），男，廣東廣州人，碩士研究生，研究方向：中學(xué)物理教學(xué);

洪哲新（1991-），男，廣東汕頭人，碩士研究生，研究方向：中學(xué)物理教學(xué);

黃家茵（1996-），女，廣東茂名人，碩士研究生，研究方向：中學(xué)物理教學(xué).

通訊作者：皮飛鵬（1965-），男，湖南人，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向：物理課程與教學(xué)研究.

近年來(lái)，以物理學(xué)科核心素養(yǎng)為導(dǎo)向的課堂教學(xué)改革成為中學(xué)物理教育改革的重要方向，提升學(xué)生綜合素質(zhì)、發(fā)展學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)成為課堂教學(xué)的重要目標(biāo).物理學(xué)科核心素養(yǎng)主要包括物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四個(gè)要素.其中，物理觀念是物理概念和規(guī)律在頭腦中的提煉與升華，是從物理學(xué)視角解釋自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問(wèn)題的基礎(chǔ)[1]. 因此，讓學(xué)生在頭腦中形成正確的物理概念是形成物理觀念的必然選擇.以此為背景，北京師范大學(xué)郭玉英教授團(tuán)隊(duì)建構(gòu)了符合我國(guó)學(xué)情的學(xué)習(xí)進(jìn)階發(fā)展層級(jí)模型[2]（見(jiàn)表1），揭示學(xué)生概念理解的發(fā)展規(guī)律并創(chuàng)設(shè)促進(jìn)學(xué)生概念理解、培養(yǎng)學(xué)生關(guān)鍵能力的課堂教學(xué)模式.同時(shí)，何春生、任虎虎等許多一線教師基于學(xué)習(xí)進(jìn)階展開(kāi)針對(duì)核心概念的教學(xué)改進(jìn)研究，從實(shí)踐上幫助學(xué)生逐步形成物理核心素養(yǎng)[3-4].因此，在核心概念的教學(xué)中應(yīng)用學(xué)習(xí)進(jìn)階模式（見(jiàn)表1），對(duì)“教學(xué)設(shè)計(jì)尺度下的進(jìn)階”[5]進(jìn)行積極探索，能為一線教師的教學(xué)設(shè)計(jì)提供進(jìn)階視角下的教學(xué)方案，從而促進(jìn)教師改進(jìn)物理概念教學(xué)，達(dá)成與課標(biāo)要求相適應(yīng)的教學(xué)目標(biāo).

目前，運(yùn)用學(xué)習(xí)進(jìn)階提高學(xué)生物理核心素養(yǎng)的教學(xué)應(yīng)用研究大致分為兩類：一類主要基于已劃分的進(jìn)階層級(jí)對(duì)某一具體素養(yǎng)進(jìn)行進(jìn)階路徑規(guī)劃[6-7]，一類則對(duì)教學(xué)進(jìn)行核心素養(yǎng)視域下的進(jìn)階[8-9].二者都以使學(xué)生理解概念、發(fā)展學(xué)生能力為目的，其中，前一類研究雖在提高模型建構(gòu)能力[10]與科學(xué)論證能力[7]上有較為具體的教學(xué)模式與案例，但在其他方面涉及較少，特別是缺少陶冶科學(xué)態(tài)度與責(zé)任方面的模式和案例.而后一類研究在學(xué)習(xí)進(jìn)階與核心素養(yǎng)結(jié)合的緊密性方面還有待加強(qiáng)，通過(guò)進(jìn)階培養(yǎng)核心素養(yǎng)的意圖仍不夠明確;在具體的進(jìn)階路徑上過(guò)于靈活、不易把握，缺乏邏輯清晰、可操作性強(qiáng)的核心素養(yǎng)進(jìn)階模式;在對(duì)整合層級(jí)的理解上仍不飽和，有其他的進(jìn)階可能.有鑒于此，本文希望在借鑒已有研究的基礎(chǔ)上，建構(gòu)一種更有針對(duì)性地發(fā)展學(xué)生物理核心素養(yǎng)的進(jìn)階教學(xué)模式，試圖通過(guò)經(jīng)驗(yàn)、映射、關(guān)聯(lián)層級(jí)進(jìn)階促進(jìn)學(xué)生物理觀念形成，通過(guò)系統(tǒng)層級(jí)進(jìn)階培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維與探究能力，通過(guò)整合層級(jí)進(jìn)階陶冶學(xué)生科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，是核心素養(yǎng)導(dǎo)向下的物理概念教學(xué)進(jìn)階模式，為優(yōu)化物理概念教學(xué)提供參考.

1 核心素養(yǎng)導(dǎo)向下的物理概念教學(xué)進(jìn)階模型建構(gòu)

學(xué)習(xí)進(jìn)階理論認(rèn)為：學(xué)習(xí)是一個(gè)逐漸積累、不斷演進(jìn)的過(guò)程.學(xué)生對(duì)某一內(nèi)容主題的理解存在多個(gè)不同的中間水平，在學(xué)習(xí)某個(gè)內(nèi)容主題時(shí)，對(duì)該內(nèi)容的理解和思考將日趨成熟、不斷深入[11].學(xué)生從形成經(jīng)驗(yàn)到學(xué)會(huì)概念需要經(jīng)過(guò)許多個(gè)不同的中間階段，簡(jiǎn)稱“階”.“階”的確定不只是基于知識(shí)的邏輯結(jié)構(gòu)，而是由學(xué)習(xí)者和知識(shí)主客體共同決定，正是一個(gè)個(gè)連續(xù)的“階”將學(xué)習(xí)的起點(diǎn)和終點(diǎn)連接起來(lái)[3].因此教師需要在“階”與“階”之間通過(guò)設(shè)置具體的進(jìn)階路徑以輔助學(xué)生逐步完成從經(jīng)驗(yàn)到概念的轉(zhuǎn)變.在此基礎(chǔ)上，本文設(shè)計(jì)了針對(duì)學(xué)生物理概念學(xué)習(xí)的進(jìn)階教學(xué)模式（如圖1所示）.

首先，教師需要從學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)出發(fā)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，帶著問(wèn)題進(jìn)入課堂教學(xué)，以此激發(fā)學(xué)生求知欲;之后，教師引導(dǎo)學(xué)生完成從問(wèn)題情境到相關(guān)物理概念的映射過(guò)程，并對(duì)該概念作出解釋，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到該問(wèn)題與所學(xué)習(xí)的物理概念有關(guān)，初步認(rèn)識(shí)物理概念;再次，教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)概念進(jìn)行加工，將所學(xué)概念與其他相關(guān)的物理知識(shí)、規(guī)律進(jìn)行關(guān)聯(lián)，繼續(xù)深化學(xué)生對(duì)概念的理解.以上三個(gè)過(guò)程對(duì)應(yīng)著從經(jīng)驗(yàn)、映射到關(guān)聯(lián)的進(jìn)階，主要目的是幫助學(xué)生形成對(duì)物理概念的正確認(rèn)識(shí).接著，在系統(tǒng)層級(jí)的進(jìn)階中，學(xué)生需要嘗試?yán)脛倢W(xué)的物理知識(shí)對(duì)教師最初提出的情境問(wèn)題及其變式進(jìn)行解決，待學(xué)生完成思考后，與教師討論問(wèn)題解決的具體思路，并動(dòng)手驗(yàn)證討論的結(jié)果，以問(wèn)題解決的方式培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維與探究能力.最后在整合層級(jí)進(jìn)階中，教師將所學(xué)到的物理概念與跨學(xué)科知識(shí)進(jìn)行整合，通過(guò)認(rèn)識(shí)歷史上的著名科學(xué)過(guò)程與事實(shí)使學(xué)生體會(huì)科學(xué)態(tài)度與精神，提升學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感.

本模式具體有以下三方面的特點(diǎn).

1.1 依照學(xué)生認(rèn)知發(fā)展模型實(shí)施教學(xué)，完善學(xué)生物理觀念

本模式旨在讓學(xué)生在長(zhǎng)期課堂教學(xué)中體會(huì)“生活物理情境引發(fā)問(wèn)題—尋找物理概念映射—與物理知識(shí)進(jìn)行關(guān)聯(lián)—解決物理問(wèn)題”的循環(huán)過(guò)程，使學(xué)生能從自身經(jīng)驗(yàn)出發(fā)建構(gòu)科學(xué)知識(shí)，不斷深化知識(shí)內(nèi)容，不斷完善知識(shí)結(jié)構(gòu)，以此達(dá)到深入地把握物理概念的目的，有助于逐漸形成最初步的物理觀念.

1.2 通過(guò)解決驅(qū)動(dòng)問(wèn)題與錨基任務(wù)，鍛煉學(xué)生科學(xué)思維與科學(xué)探究能力

好的驅(qū)動(dòng)問(wèn)題和錨基任務(wù)一方面能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和好奇心，另一方面還能順暢地引出需要科學(xué)理解和能力發(fā)展才能解決的具體任務(wù)情境[2].本模式的教學(xué)需要學(xué)生解決基于情境的實(shí)際問(wèn)題，經(jīng)歷“明確問(wèn)題、分析問(wèn)題、提出思路、解決問(wèn)題”的思維步驟，以此鍛煉學(xué)生科學(xué)思維能力與探究能力.

1.3 通過(guò)STSE欄目與科學(xué)史的結(jié)合，陶冶學(xué)生科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

本模式在整合層級(jí)中引入歷史典型事件與著名科學(xué)家的經(jīng)歷進(jìn)行學(xué)科浸透，通過(guò)融入HPS（History、Philosophy、Sociology of science的簡(jiǎn)稱）教育理念的教學(xué)，讓學(xué)生了解科學(xué)家在發(fā)明創(chuàng)造過(guò)程中的真實(shí)經(jīng)歷，體會(huì)科學(xué)家們認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)、實(shí)事求是、持之以恒的科學(xué)態(tài)度，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感，使學(xué)生“在整合中發(fā)展”.

2 學(xué)習(xí)進(jìn)階理論下的“熱機(jī)效率”教學(xué)設(shè)計(jì)案例

“熱機(jī)效率”是熱機(jī)工作性能的判斷指標(biāo)之一，學(xué)生若能掌握熱機(jī)效率的概念不僅能加強(qiáng)學(xué)生對(duì)現(xiàn)代運(yùn)輸工具工作原理的認(rèn)識(shí)，還能為“能量的守恒與轉(zhuǎn)化”一節(jié)做鋪墊，加強(qiáng)其對(duì)能量守恒定律的理解.不僅如此，從科學(xué)史的視角審視熱機(jī)效率，使學(xué)生認(rèn)識(shí)熱機(jī)的發(fā)展進(jìn)程與相關(guān)科學(xué)家在科技發(fā)展過(guò)程中做出的重要貢獻(xiàn)，在物理知識(shí)“骨架”上添加“血肉”能夠讓學(xué)生對(duì)物理有更豐富的體驗(yàn)，更好地促進(jìn)學(xué)生在科學(xué)態(tài)度、品質(zhì)上的發(fā)展.為此選擇 “內(nèi)能的利用”中“熱機(jī)效率”的概念教學(xué)進(jìn)行示例.

2.1 熱機(jī)效率進(jìn)階起點(diǎn)分析

初三的學(xué)生抽象邏輯思維能力正在不斷加強(qiáng)，大多數(shù)學(xué)生能夠?qū)镜纳瞵F(xiàn)象具有較為清晰的認(rèn)識(shí)，能建立初級(jí)的物理模型來(lái)解決物理問(wèn)題.在學(xué)習(xí)本章前，學(xué)生有交通工具的概念，也已經(jīng)掌握比熱容、熱值的相關(guān)知識(shí)，能夠運(yùn)用比熱容與熱值公式解決問(wèn)題，知道熱機(jī)的四個(gè)沖程，但對(duì)壓縮沖程與做功沖程的能量轉(zhuǎn)化理解處于“機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能”“內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能”的層次，沒(méi)有具體思考過(guò)能量損耗的問(wèn)題.

2.2 熱機(jī)效率進(jìn)階終點(diǎn)預(yù)設(shè)

根據(jù)新課標(biāo)，初中對(duì)“內(nèi)能”的教學(xué)要求為“了解熱機(jī)的工作原理，知道內(nèi)能的利用在人類社會(huì)發(fā)展史上的重要意義”.對(duì)“能量”的要求是“從能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化的角度了解效率”.為此將本節(jié)課的進(jìn)階終點(diǎn)預(yù)設(shè)為：（1）了解熱機(jī)效率的概念;（2）能運(yùn)用熱機(jī)效率的計(jì)算方法解決實(shí)際問(wèn)題;（3）認(rèn)識(shí)與熱機(jī)發(fā)展有關(guān)的物理學(xué)史，認(rèn)識(shí)瓦特，體會(huì)瓦特的個(gè)人品質(zhì)與精神.

2.3 熱機(jī)效率進(jìn)階層級(jí)劃分

結(jié)合人教版初中物理教材內(nèi)容進(jìn)行進(jìn)階教學(xué)實(shí)踐，將進(jìn)階層級(jí)劃分為：（1）認(rèn)識(shí)汽車的排氣現(xiàn)象;（2）了解熱機(jī)效率概念;（3）掌握熱機(jī)效率計(jì)算方法;（4） 能解決熱機(jī)效率實(shí)際問(wèn)題;（5）了解熱機(jī)效率史實(shí)并反思總結(jié).

2.4 具體教學(xué)設(shè)計(jì)方案（見(jiàn)表2）

3 小結(jié)與反思

本文在分析目前應(yīng)用學(xué)習(xí)進(jìn)階培養(yǎng)物理核心素養(yǎng)的相關(guān)研究中存在不足的基礎(chǔ)上，依據(jù)學(xué)習(xí)進(jìn)階的發(fā)展層級(jí)模型設(shè)計(jì)一種逐步完善學(xué)生物理概念理解、加強(qiáng)學(xué)生科學(xué)思維能力、陶冶學(xué)生科學(xué)態(tài)度品質(zhì)的教學(xué)模式.課堂從經(jīng)驗(yàn)到整合的進(jìn)階過(guò)程亦是學(xué)生從理解概念到思維鍛煉再到情感體驗(yàn)的過(guò)程，邏輯清晰、目的明確，有利于逐步提高學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng).

另外，教師在使用該模式進(jìn)行教學(xué)時(shí)也應(yīng)當(dāng)注意，在對(duì)整合層級(jí)的進(jìn)階教學(xué)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要找到符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律、能陶冶學(xué)生科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的學(xué)科知識(shí)進(jìn)行教學(xué)，因此并不是所有跨學(xué)科的知識(shí)都要作為整合層級(jí)的進(jìn)階內(nèi)容，如教師在解釋U-I圖像時(shí)，常常將斜率的含義與電阻進(jìn)行關(guān)聯(lián)，但斜率能引出的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任相較于工業(yè)革命之類的知識(shí)會(huì)少一些，所以不適合作為整合層級(jí)而應(yīng)作為關(guān)聯(lián)層級(jí)的進(jìn)階內(nèi)容.總而言之，在教學(xué)實(shí)踐中，我們應(yīng)當(dāng)根據(jù)教學(xué)實(shí)際情況，靈活運(yùn)用教學(xué)方式組織教學(xué)，以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，建構(gòu)一種符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，從生活中來(lái)，能走向社會(huì)的教學(xué).

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（收稿日期：2021-06-23）