強(qiáng)化“三環(huán)節(jié)”研究，實(shí)施“化知識(shí)為素養(yǎng)”教學(xué)
——以蘇科版初中物理“力 彈力”為例

曹 宏

（蘇州工業(yè)園區(qū)教師發(fā)展中心，江蘇 蘇州 215921）

隨著《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)》（2022年版）的正式頒布，如何在物理教學(xué)過(guò)程中高質(zhì)量實(shí)施學(xué)生核心素養(yǎng)培養(yǎng)成為廣大教師重點(diǎn)研究的課題.

初中物理教學(xué)普遍具有課時(shí)緊、教學(xué)內(nèi)容多、學(xué)生個(gè)體差異大的特點(diǎn)，追求“短、平、快”的教學(xué)傾向長(zhǎng)期存在，而在兼顧畢業(yè)考試的中考試卷中，往往包含相當(dāng)數(shù)量側(cè)重知識(shí)考查的試題.這樣的背景下，教師日常教學(xué)中更易陷入僅關(guān)注知識(shí)傳授的困境.那么，如何達(dá)成化知識(shí)傳授為素養(yǎng)提升，架構(gòu)初中物理教學(xué)的素養(yǎng)進(jìn)階路徑呢？本文以蘇科版初中物理“力 彈力”為例，圍繞“知識(shí)內(nèi)容分析”“學(xué)習(xí)目標(biāo)確立”“教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)”3環(huán)節(jié)，具體闡述化知識(shí)為素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)與策略應(yīng)用的初步思考.

1 知識(shí)內(nèi)容分析——立足素養(yǎng)意蘊(yùn)，分析知識(shí)生長(zhǎng)要素

素養(yǎng)作為個(gè)體在特定情境中展現(xiàn)出來(lái)的內(nèi)在特質(zhì)，需要經(jīng)由個(gè)體對(duì)知識(shí)的能動(dòng)加工、主動(dòng)建構(gòu)，并整合情境體驗(yàn).要實(shí)現(xiàn)知識(shí)向素養(yǎng)的轉(zhuǎn)變，首先需要教師從素養(yǎng)意蘊(yùn)的視角分析知識(shí)的內(nèi)生邏輯.

1.1 從大單元的視角架構(gòu)知識(shí)體系，梳理學(xué)科邏輯

局限于知識(shí)傳授的教學(xué)，一個(gè)顯著的特征就是割裂式的知識(shí)學(xué)習(xí)，換言之知識(shí)在學(xué)生頭腦中是碎片化的，呈現(xiàn)出雜亂堆砌的狀態(tài)，學(xué)生往往不知道為什么要學(xué)習(xí)它？這些知識(shí)又是如何構(gòu)建起來(lái)的？它們有什么現(xiàn)實(shí)意義？

學(xué)科素養(yǎng)的發(fā)展是一個(gè)長(zhǎng)期過(guò)程，需要通過(guò)促進(jìn)“知識(shí)的自然生長(zhǎng)”，實(shí)施“素養(yǎng)的孕育而成”.故而，教師應(yīng)能運(yùn)用一體化策略，從大單元的角度分析知識(shí)的內(nèi)在邏輯，在基于對(duì)教學(xué)全程的把控下，設(shè)計(jì)科學(xué)的階段性教學(xué)路徑，以確保在每一節(jié)課的教學(xué)中，都能把握知識(shí)本質(zhì)及內(nèi)在關(guān)系，讓每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)在各學(xué)習(xí)階段都能自然融進(jìn)認(rèn)知體系之中，發(fā)揮出黏合和生化作用，成為形成素養(yǎng)的認(rèn)知元素.

在蘇科版初中物理教材中，關(guān)于“力”主要安排有4章內(nèi)容：第8章“力”主要基于學(xué)生對(duì)力的認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)（主要是生活體驗(yàn)及前認(rèn)知儲(chǔ)備）及對(duì)力現(xiàn)象（主要是力的作用效果）的觀察，抽象出科學(xué)的力概念，經(jīng)過(guò)探究認(rèn)識(shí)重力、彈力、摩擦力，掌握一種測(cè)量力的工具——彈簧測(cè)力計(jì)，為后續(xù)學(xué)習(xí)做好鋪墊；第9章“力與運(yùn)動(dòng)”初步認(rèn)識(shí)力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，形成動(dòng)力學(xué)的基本觀念，并為第8章力的測(cè)量原理進(jìn)行背書；第10章“壓強(qiáng)和浮力”一方面繼續(xù)深化力的兩個(gè)作用效果——使物體產(chǎn)生形變、改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)初步領(lǐng)會(huì)在進(jìn)行動(dòng)力學(xué)研究時(shí)，對(duì)力、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化過(guò)程所采用的研究方法；第11章“簡(jiǎn)單機(jī)械和功”則從工業(yè)技術(shù)的角度介紹了力的變化途徑，通過(guò)力的空間積累——功，架構(gòu)起力向能量聯(lián)系的紐帶，并為后續(xù)深入研究力——能量守恒提供認(rèn)知基礎(chǔ).

1.2 從認(rèn)知視角細(xì)究知識(shí)建構(gòu)，遵循認(rèn)知邏輯

雖然物理知識(shí)揭示的是自然現(xiàn)象及其變化規(guī)律，具有符號(hào)化的客觀性屬性，但同時(shí)也具主觀性特點(diǎn)，是人的創(chuàng)造性產(chǎn)物，所以實(shí)現(xiàn)知識(shí)的素養(yǎng)轉(zhuǎn)化，就需要從認(rèn)知視角來(lái)進(jìn)行分析，領(lǐng)悟知識(shí)內(nèi)化于人的思維觸角.對(duì)于一個(gè)新知識(shí)（如概念）的建立，我們都有必要從知識(shí)形成的歷史視角和學(xué)生認(rèn)知的現(xiàn)實(shí)視角兩個(gè)維度進(jìn)行分析.

例如：本節(jié)課中對(duì)于“力”的概念，從認(rèn)知視角做如下分析.

從知識(shí)形成的歷史視角，領(lǐng)會(huì)知識(shí)建立的艱難程度.對(duì)于“力”，追溯到原始人時(shí)代，就發(fā)明了標(biāo)槍、弓箭等工具，相應(yīng)的生活場(chǎng)景無(wú)不與力有關(guān)，西安出土的屬于5000年前仰韶文化期的“欹器”（如圖1所示），表明了人們已經(jīng)充分認(rèn)識(shí)到物體重心的分布規(guī)律，《墨經(jīng)》就把相關(guān)現(xiàn)象總結(jié)為“力，刑之所以?shī)^也”，但是人們從直覺的“力”到科學(xué)定義的“力”卻經(jīng)歷了長(zhǎng)期的過(guò)程，古希臘大思想家亞里士多德也沒(méi)有建立起“力”概念，他則把運(yùn)動(dòng)的起源用“物質(zhì)總是要回歸自然的位置”“自然懼怕虛空”等觀念來(lái)解釋，即使伽利略也沒(méi)有明確力的概念，依然采用了形象的表述，直到牛頓才指出“力是改變物體運(yùn)動(dòng)的原因”.當(dāng)今，我們感覺再平常不過(guò)的“力”，其實(shí)凝聚著人類巨大的智慧，需要我們教師去挖掘和利用.

圖1 欹器

從學(xué)生的認(rèn)知視角，把握迷思概念對(duì)科學(xué)概念的干擾.生活中的一些有關(guān)“力”的錯(cuò)誤概念往往會(huì)掩蔽科學(xué)的力的概念.這就要求我們?cè)诹Φ母拍畹钠鹗冀虒W(xué)中重視以大量的事例和實(shí)驗(yàn)來(lái)動(dòng)搖和否定這些錯(cuò)誤觀念.如：健壯的人比瘦弱的人有力；只有動(dòng)物、機(jī)器等特殊物體才有力；人依靠自己的內(nèi)力爬坡登山的；物體受力與否和它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)；速度大的物體受力必然大，它對(duì)別的物體施力也一定大等等，針對(duì)學(xué)生的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)、迷思概念進(jìn)行證偽教學(xué)，就是知識(shí)的內(nèi)化過(guò)程，也是素養(yǎng)的發(fā)展過(guò)程.

基于上述兩個(gè)視角的知識(shí)內(nèi)容分析，審視本節(jié)課“力 彈力”教學(xué)，就應(yīng)該領(lǐng)會(huì)到如何從現(xiàn)象到具象，從而抽象出力概念的必要性，應(yīng)該讀懂本節(jié)彈力概念的價(jià)值.重視概念教學(xué)，不僅僅是因?yàn)楦拍畛橄箅y以理解，更是因?yàn)楦拍畹膶W(xué)習(xí)是提升學(xué)生核心素養(yǎng)的重要路徑.同時(shí)通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生懂得為什么要建構(gòu)這個(gè)概念；如何建構(gòu)這個(gè)概念；評(píng)估所建構(gòu)概念的科學(xué)性等環(huán)節(jié)，能將知識(shí)的內(nèi)在邏輯與人的認(rèn)知邏輯相融合，并圍繞目標(biāo)收集信息，透過(guò)信息外顯的樣態(tài)分析出內(nèi)隱的本質(zhì)特征，這個(gè)過(guò)程對(duì)于養(yǎng)成基于問(wèn)題導(dǎo)向的科學(xué)思維習(xí)慣，尤其是培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力能發(fā)揮出很好的作用.

2 學(xué)習(xí)目標(biāo)確立——立足物理觀念，融合素養(yǎng)目標(biāo)達(dá)成

課程核心素養(yǎng)是課程育人價(jià)值的集中體現(xiàn)，是學(xué)生通過(guò)課程學(xué)習(xí)逐步形成的適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的正確價(jià)值觀、必備品格和關(guān)鍵能力.物理課程核心素養(yǎng)主要包括“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”和“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”4個(gè)方面.

2.1 素養(yǎng)目標(biāo)融合的教學(xué)機(jī)理

我們知道4個(gè)核心素養(yǎng)是相互交融共同發(fā)展的，其中物理觀念是基礎(chǔ)，而物理知識(shí)又是形成物理觀念的基礎(chǔ)，但物理知識(shí)不等同于物理觀念，只有當(dāng)學(xué)生能夠把握住知識(shí)的內(nèi)在本質(zhì)特征，并將其深刻融入自身原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)之中，逐漸內(nèi)化為一種穩(wěn)固性的認(rèn)知法則，才能升華形成觀念層面的認(rèn)知.可見，以促進(jìn)物理觀念形成的知識(shí)教學(xué)，一定需要通過(guò)創(chuàng)設(shè)豐富的學(xué)習(xí)情境，將物理知識(shí)活化起來(lái).一定需要高質(zhì)量的問(wèn)題引導(dǎo)，充分激活學(xué)生思維，引領(lǐng)學(xué)生主動(dòng)探究，實(shí)現(xiàn)意義建構(gòu).當(dāng)然，在這樣的學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生自然能獲得“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”素養(yǎng)的熏陶.重視了促進(jìn)物理觀念的教學(xué)理念運(yùn)用，也就把握了將物理課程核心素養(yǎng)作為一個(gè)目標(biāo)體系進(jìn)行整體理解的牛鼻子，對(duì)教師靈活設(shè)置素養(yǎng)目標(biāo)具有統(tǒng)領(lǐng)性作用.

2.2 關(guān)于“力”概念建立的教學(xué)目標(biāo)分析

對(duì)于“力”的教學(xué)，“力是物體對(duì)物體的作用”是知識(shí)目標(biāo)，教師通過(guò)推、拉、提、壓等行為，結(jié)合學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)，歸納概括，對(duì)力下定義.這種從現(xiàn)象到表象再到形成概念的研究過(guò)程就是在培養(yǎng)模型建構(gòu)能力.這是科學(xué)思維目標(biāo).教學(xué)中與學(xué)生可能存在的錯(cuò)誤前認(rèn)知“只有人、動(dòng)物才會(huì)施加力”“只有直接接觸的物體之間才有力”進(jìn)行關(guān)聯(lián)，通過(guò)類比分析、實(shí)驗(yàn)演示等方法，運(yùn)用深度學(xué)習(xí)的教學(xué)策略，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注“元認(rèn)知”，善于質(zhì)疑創(chuàng)新，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)推理和科學(xué)論證能力.這也是科學(xué)思維目標(biāo)，而這之中對(duì)原有認(rèn)知的質(zhì)疑批判、揚(yáng)棄，又是科學(xué)態(tài)度目標(biāo).

在本節(jié)課教師還可通過(guò)6個(gè)“一”（一個(gè)物理量、一種力、一個(gè)單位、一個(gè)規(guī)律、一個(gè)器材、一種能量）的教學(xué)策略，共同催生學(xué)生初步形成“力”的觀念，將內(nèi)容的邏輯關(guān)系與學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律有效融合.

2.3 目標(biāo)融合的策略應(yīng)用

通過(guò)帶領(lǐng)學(xué)生充分經(jīng)歷概念的建構(gòu)過(guò)程和規(guī)律的探究過(guò)程，實(shí)現(xiàn)將學(xué)科核心素養(yǎng)進(jìn)行融合培養(yǎng).在具體的目標(biāo)實(shí)施過(guò)程中，通過(guò)創(chuàng)設(shè)情境來(lái)融合知識(shí)與具體樣態(tài)，設(shè)置問(wèn)題鏈來(lái)融合情境與問(wèn)題，關(guān)聯(lián)前認(rèn)知來(lái)融合學(xué)生的已知與未知，體驗(yàn)實(shí)踐活動(dòng)融合理論與實(shí)踐，匹配學(xué)生的思維特點(diǎn)融合學(xué)科與學(xué)生.

3 教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)——強(qiáng)化知識(shí)情境，創(chuàng)新教學(xué)活動(dòng)實(shí)施

知識(shí)向素養(yǎng)轉(zhuǎn)化其實(shí)也就是要將名詞性知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂袆?dòng)詞屬性的知識(shí)，其關(guān)鍵就在于教學(xué)中能將知識(shí)活化起來(lái)，教師要努力用豐富的情境來(lái)場(chǎng)景性呈現(xiàn)知識(shí)，帶領(lǐng)學(xué)生“嵌入”到情境內(nèi)去，在解決問(wèn)題過(guò)程中“多觸角”“具身化”經(jīng)歷學(xué)習(xí)過(guò)程.

3.1 教學(xué)應(yīng)是基于情境的活動(dòng)

在課堂活動(dòng)中，教師要將固態(tài)的知識(shí)打碎并溶解，以促進(jìn)學(xué)生消化并吸收，其中教師所創(chuàng)設(shè)的情境就是將知識(shí)進(jìn)行溶解的溶劑.好的學(xué)習(xí)情境往往緊扣教學(xué)目標(biāo)，能將教學(xué)內(nèi)容自然融入之中.學(xué)生只有在理解情境、感受情境的過(guò)程中，才能發(fā)現(xiàn)知識(shí)的價(jià)值，而不是簡(jiǎn)單的穿衣戴帽.

情境是活動(dòng)的場(chǎng)域，而活動(dòng)又豐富了情境的創(chuàng)設(shè)，教師需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)生動(dòng)的學(xué)習(xí)情境，基于情境開展系列化的活動(dòng)引領(lǐng)學(xué)生參與學(xué)習(xí)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)由感性認(rèn)識(shí)促進(jìn)理性判斷，用活動(dòng)促進(jìn)問(wèn)題的產(chǎn)生，用活動(dòng)形成對(duì)知識(shí)的鮮活感知，用活動(dòng)促進(jìn)思維能力和實(shí)踐能力的培養(yǎng)，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí).

3.2 基于情境的教學(xué)活動(dòng)策略運(yùn)用

基于情境的教學(xué)活動(dòng)策略可以使用以下“四化”來(lái)表達(dá)：知識(shí)情境化、目標(biāo)多元化、活動(dòng)問(wèn)題化、方法多樣化.在活動(dòng)設(shè)計(jì)過(guò)程中還需要在如下3個(gè)方面加強(qiáng)研究關(guān)注：一是對(duì)知識(shí)內(nèi)容要進(jìn)行精細(xì)化分解，挖掘出有價(jià)值的問(wèn)題；二是關(guān)注對(duì)知識(shí)本質(zhì)的深刻理解，體現(xiàn)活動(dòng)所承擔(dān)的專業(yè)目標(biāo)要求，不能出現(xiàn)熱鬧有余不得要領(lǐng)的情況；三是在活動(dòng)安排上要體現(xiàn)邏輯性，促進(jìn)知識(shí)內(nèi)化和認(rèn)知進(jìn)階，實(shí)現(xiàn)素養(yǎng)培養(yǎng).

例如：關(guān)于“彈力和彈簧測(cè)力計(jì)”的活動(dòng)安排.

（1）實(shí)驗(yàn)觀察：手壓拉彈簧、握力器、橡皮泥、塑料尺等物體，認(rèn)識(shí)到彈性形變、范性形變，對(duì)彈簧體會(huì)到拉力越大，形變會(huì)越大，如圖2所示.

圖2 實(shí)驗(yàn)觀察，認(rèn)識(shí)形變

（2）活動(dòng)體驗(yàn)：在人拉彈簧時(shí)，形變的彈簧會(huì)對(duì)人手施加拉力.壓握力圈，體會(huì)彈力的存在，如圖3所示.

圖3 活動(dòng)體驗(yàn)：感知彈力產(chǎn)生

（3）實(shí)驗(yàn)探究：彈力大小與伸長(zhǎng)量之間的關(guān)系，在師生共同參與下，重點(diǎn)是在方案設(shè)計(jì)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行分析得出結(jié)論等三個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行學(xué)習(xí)，如圖4所示.

圖4 實(shí)驗(yàn)探究：彈力大小與伸長(zhǎng)量之間的關(guān)系

（4）制作一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)——體現(xiàn)STEM教育理念的探索，側(cè)重表現(xiàn)在物理與工程的融合上，如圖5所示.

圖5 設(shè)計(jì)自制一只彈簧測(cè)力計(jì)

3.3 用項(xiàng)目化來(lái)創(chuàng)新課堂教學(xué)中素養(yǎng)培養(yǎng)路徑

項(xiàng)目化學(xué)習(xí)是學(xué)生在一段時(shí)間內(nèi)通過(guò)對(duì)真實(shí)有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題進(jìn)行持續(xù)探究，達(dá)到對(duì)核心知識(shí)的再建構(gòu)和思維遷移.項(xiàng)目化學(xué)習(xí)有助于引發(fā)深度學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生高階思維和核心素養(yǎng).用項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的理念來(lái)創(chuàng)新課堂教學(xué)，在課堂上通過(guò)實(shí)施微項(xiàng)目研究，或者將項(xiàng)目中的有關(guān)環(huán)節(jié)基于學(xué)科實(shí)際教學(xué)，在課堂上落地生根.這是一種課堂活動(dòng)新思路.

STEM教育以科學(xué)知識(shí)為理論依據(jù)，以數(shù)學(xué)方法為基礎(chǔ)工具，通過(guò)技術(shù)設(shè)計(jì)、工程建造等學(xué)科的融合教育，提高學(xué)生的動(dòng)手能力和綜合素質(zhì).其中科學(xué)知識(shí)可看成是一種描述性的知識(shí)，在本節(jié)課中如“彈簧的伸長(zhǎng)量與拉力成正比”；技術(shù)知識(shí)可看作是指導(dǎo)行動(dòng)的程序性和規(guī)范性知識(shí)，如“彈簧測(cè)力計(jì)的使用規(guī)則”；工程知識(shí)則不僅表現(xiàn)出高度綜合性（系統(tǒng)集成性）、情境依賴性、隨機(jī)變異性、靈活多樣性、主體建構(gòu)性等一般性特征，更體現(xiàn)為它與某一具體工程項(xiàng)目的緊密相關(guān)性，如“找到能對(duì)力進(jìn)行測(cè)量的工具，如何設(shè)計(jì)測(cè)量力的裝置，如何制作出裝置實(shí)物，如何進(jìn)行檢驗(yàn)評(píng)估，如何對(duì)裝置進(jìn)行優(yōu)化完善”等等就屬于該類知識(shí).

運(yùn)用STEM教育理念開展 物理教學(xué)是項(xiàng)目化學(xué)習(xí)思想的具體體現(xiàn)，可重點(diǎn)通過(guò)物理與工程的整合，讓學(xué)生在習(xí)得物理知識(shí)的過(guò)程中，經(jīng)歷科學(xué)探究的各個(gè)環(huán)節(jié).通過(guò)整合知識(shí)內(nèi)容，遷移科學(xué)方法，有效應(yīng)用于作品制作或方案研制，讓學(xué)生體驗(yàn)在限定條件下的迭代設(shè)計(jì)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)“學(xué)以致用”的教育理念.具體實(shí)施中引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷以下5個(gè)環(huán)節(jié)：情境創(chuàng)設(shè)，確定主題，激發(fā)興趣；激活經(jīng)驗(yàn)，搭建支架，同化先知；探究新知，經(jīng)歷活動(dòng)，建構(gòu)概念；整合加工，深度思考，解構(gòu)內(nèi)涵；實(shí)踐應(yīng)用，作品制作，解決問(wèn)題.

例如本節(jié)課的微項(xiàng)目任務(wù)：制作一個(gè)能測(cè)量力大小的裝置（彈簧測(cè)力計(jì)）的學(xué)習(xí)任務(wù).具體可以采用下列問(wèn)題鏈引導(dǎo)任務(wù)流程開展.

（1）力的大小可以通過(guò)什么來(lái)顯示？

（2）選擇什么器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)？

（3）彈簧伸長(zhǎng)量與彈力大小存在定量關(guān)系嗎？

（4）如何組裝器材、試用以及優(yōu)化？

（5）怎樣撰寫彈簧測(cè)力計(jì)的使用方法指南？