指向物理核心素養培養的教學路徑*

張 飛

指向物理核心素養培養的教學路徑*

張 飛

物理核心素養是核心素養在物理學科的具體化，是學生學習物理之后所形成的綜合運用物理知識、觀念、方法解決實際問題所表現出來的、具有物理學科特點的關鍵能力與必備品格，是物理學科育人價值的集中體現。探索基于物理核心素養發展的課堂教學設計與實施，是當前物理教學改革的風向標，從“基于單元目標設計，全面落實物理核心素養；基于深度學習設計，發展學生高階思維能力；基于實驗創設情境，在真實中發展核心素養”三個視角詮釋通向物理核心素養的教學路徑，為今后以核心素養為導向推動物理課改的深入提供范例與參考。

物理核心素養；單元目標；深度學習；教學路徑

隨著《中國學生發展核心素養》的正式出臺，“核心素養”這個廣受人們青睞的熱詞被推向新的高度，或將成為未來學校教育的主流話語及教學改革的風向標。學生核心素養的培養，最終要落在學科核心素養的培育上。學科核心素養是指凸顯學科本質、具有獨特重要育人價值的素養，是面對復雜的不確定情境時，綜合運用學科知識、觀念、方法解決實際問題所表現出來的關鍵能力。只有抓住學科核心素養，才能抓住學科教育的根本。因此，物理學科核心素養的提出，對物理教師的專業行為提出了新的要求，給物理教學方案的設計帶來了新的變革。本文將從“基于單元目標設計，全面落實物理核心素養；基于深度學習設計，發展學生高階思維能力；基于實驗創設情境，在真實中發展核心素養”三個視角詮釋通向物理核心素養的教學路徑。

一、基于單元目標設計，全面落實物理核心素養

談及物理核心素養的落實的話題，教師首先要反思的問題是：三維目標與核心素養間是何種關系？如何從三維目標走向核心素養？物理核心素養下的教學目標如何定位？要搞清楚這些問題，我們必須清楚從“雙基”到“三維目標”再走向“核心素養”的發展過程。通過比較高中物理教學的“雙基、三維目標、核心素養”目標（表1）可以發現，從雙基到三維目標再到核心素養，其變遷基本上體現了從學科本位到以人為本的轉變。只有從三維目標走向核心素養，才能夠實現教育對人的真正的全面回歸。

我們以“物理觀念”這一物理核心素養為例，它要求學生不僅要理解和掌握物理知識，而且要將所學大量具體知識整合內化，在此基礎上形成對物質世界的整體認識，即形成物理觀念。它是從物理學視角形成的關于物質、運動與相互作用、能量等的基本認識；是物理概念和規律等在頭腦中的提煉和升華。由此可見，物理觀念（科學思維、科學探究、科學態度與責任）是通過一定學段（或階段）的物理學習后形成的，是物理教學的終極目標之一。因此，核心素養目標也就不是某一課時目標所能實現的，也很難割裂分解來實施，這就要求教師要從傳統的“課時主義”教學設計走向單元教學設計。

表1 高中物理教學的“雙基、三維目標、核心素養”目標比較

單元設計是按照一定目標或主題所構成的教材與學習經驗模塊的整合設計，單元設計可以視作課程開發的基礎性工作。單元教學設計與一般的教學設計不同之處在于它的整體性、深刻性、發展性。單元設計不是單純知識點傳輸與技能訓練的安排，而是教師基于學科素養，思考怎樣描繪基于一定目標與主題而展開的活動，目的是為了創造優質的教學。基于核心素養的物理教材模塊化結構設計，就是基于學生認知發展的單元設計的體現，教師在做某一課時的教材處理時必須將知識點相互聯系，不是把物理教學內容碎片化地當作知識點來處置，而是有機地、模塊式地組織與構成單元教學。教學只有轉化為單元設計，才能把核心素養作為物理教學的重要目標，將“物理觀念”“科學思維”“科學探究”“科學態度與責任”等核心素養的培養落實于教學活動中，物理教學才具有實際操作意義，核心素養的頂層設計和課程標準才能最終落實到課堂教學之中。

單元教學目標應當在整體分析單元內容和學生學情的基礎上確定。特別是要注重挖掘單元所蘊含的物理思想方法、物理本質與核心素養。設計單元教學目標包括兩個維度：單元教學目標和課時教學目標，要明確單元教學的核心目標和各課時教學目標的分解和具體化。一線物理教師必須基于物理核心素養，厘清“核心素養—課程標準（學科素養、跨學科素養）—單元設計—課時計劃”（這是課程發展與教學實踐中環環相扣的鏈環）的關系，結合模塊主題和教材知識內容的具體安排順序，梳理課程標準界定的單元目標（如表2是牛頓運動定律單元目標），探討從內容標準到課時目標的分解技術，形成單元計劃，展開單元設計的創造，然后把單元目標分解和落實到課時，變單元目標為課時目標（表3就是牛頓運動定律單元的目標分解到牛頓第三定律的課時設計）。這才是未來撬動課堂轉型、全面落實物理核心素養的“阿基米德點”。

二、基于深度學習設計，發展學生高階思維能力

物理學科核心素養提出發展學生的科學思維能力是重要的教學目標之一。物理核心素養中的“科學思維”是從物理學視角對客觀事物本質屬性、內在規律及相互關系的認識方式；是基于經驗事實建構理想模型的抽象概括過程；是分析綜合、推理論證等科學思維方法的內化；是基于事實證據和科學推理對不同觀點和結論提出質疑、批判，進而提出創造性見解的能力與品質。其組成要素主要包括模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新等。深度學習設計的理念恰好是教學目標實施的適切點。物理深度學習設計相關專家提出，以單元教學設計和實施為抓手，通過整體把握物理課程核心內容、突出物理內容本質和聯系的教學設計，加強學生學習的實踐和經歷體驗過程，才能促進學生對物理知識的真正理解、遷移和應用（低階思維層面），發展學生分析、評價、創造思維（高階思維）等能力與品質，提升學生的物理核心素養。

表2 牛頓運動定律單元目標

表3 牛頓第三定律的課時設計

深度學習是在理解學習的基礎上，學習者能夠批判性地學習新的思想和事實，并將它們融入原有的認知結構中，能夠在眾多思想間進行聯系，并能將已有的知識遷移到新的情境中，做出決策和解決問題的學習。例如，在教學“電場強度”時，應基于深度學習，創設不同試探電荷先后位于電場中某位置的情境，讓學生分析比較所受靜電力大小和電荷量的差異，評價概括出靜電力與電荷量成正比的特點，抽象出靜電力跟電荷量之比與試探電荷無關的特征，明確這種特征可用來描述電場的屬性，由此形成電場強度的概念。學生在處理以上信息的過程中，經歷了“分析比較—評價概括—抽象創造”的過程，發展了學生高階思維。再如，在關于“力的合成與分解”“運動的合成與分解”的教學中，讓學生經歷把一個整體的事物分解為幾個要素進行研究，以及把問題的幾個要素結合成一個整體進行綜合認識的思維過程，提高學生的分析與綜合能力。基于深度學習引導學生體會“等效”的物理思想，讓學生在觀察、實驗的基礎上通過科學推理和科學論證得到結論，培養學生的科學思維。

三、基于實驗創設情境，在真實中發展核心素養

創設情境進行教學，對培養學生的物理核心素養具有關鍵作用。物理學是一門觀察、實驗和物理思維相結合的科學，物理模型的建立，物理概念的形成、物理規律的提出，以及物理學中許多重大的發現都是在觀察、實驗的基礎上進行思維的結果。利用物理實驗創設教學情境，讓學生在真實情境中提出物理問題，形成猜測和假設，并利用科學方法獲取信息和處理信息，形成結論。通過對探究過程和結果進行交流、評估、反思，體驗科學探究的途徑、方法，培養學生科學探究的意識和發展物理核心素養的科學探究能力（主要包括問題、證據、解釋、交流等）。

【案例】牛頓第三定律。

1.物體作用的相互性。

【實驗情境】通過演示（或分組）實驗（如圖1），引導學生觀察分析系列實驗（①同學甲←→同學乙；②汽車←→路面；③螺旋槳←→空氣；④物塊←→水；⑤磁鐵←→導線）的共同特征。（有助于學生樹立“相互作用觀”。）

【分析歸納】學生交流總結，得出結論：無論是不同種類的物體（固體、液體、氣體等），還是不同性質的力（重力、彈力、摩擦力、電磁力等），兩個物體之間的作用總是相互的。（學生經歷了“比較—概括—抽象”的過程，科學思維獲得發展。）

圖1

2.相互作用力的關系。

問題：兩個物體之間的作用總是相互的，產生的作用力和反作用力還有什么特點？

【猜想假設】學生提出：一對相互作用力的方向相反，大小可能相同。（讓學生在真實情境中提出物理問題，引導學生猜想，形成猜測和假設。）

【實驗探究】學生設計方案，交流后決定用兩只彈簧秤對拉進行研究。學生分組實驗并進行交流，多數學生是將彈簧秤水平放置的，也有學生補充，他們還做了彈簧秤豎直或斜向擺放的實驗，結果兩個力的大小都是相等的。（多種方案，收集信息，獲取證據。）

交流中還有學生報告，他們實驗時發現兩只彈簧秤讀數并不相等，即使將彈簧秤重新調零也是如此。教師請學生分析這種“反常”現象，并提出相應的實驗改進方法。（堅持實事求是，彰顯科學態度。）

針對兩只讀數不準的彈簧秤，學生提出用第三只彈簧秤“等效替代”方案，經實際操作果然解決了問題。（利用科學方法獲取信息和處理信息，經歷探究過程，并對探究過程和結果進行交流、評估、反思，體驗科學探究的途徑、方法。）

【歸納結論】學生嘗試總結規律，并進行交流。

教師追問：至此可以得出結論了嗎？（引向深度學習、激發高階思維。）

【拓展分析】學生指出上述實驗都是物體處于平衡狀態下做的，他們試圖做非平衡狀態（如加速運動）時的實驗，但讀數困難（質疑、批判，培養創造性見解）。教師提示可采用傳感器顯示相關信息（如圖2），學生發現相互作用關系與運動狀態無關。（培養科學探究的意識和發展物理核心素養的科學探究能力。）

物理學是一門實驗科學，物理實驗在培養學生的科學思維、探究能力、科學態度和科學精神方面具有特殊的地位。教師的教學設計和實施應結合物理實驗創設具體情境，讓學生在觀察和體驗后有所發現、有所聯想，萌發出科學問題，形成猜測和假設。設計方案進行實驗時，要注意觀察和收集那些與預期結果相矛盾的信息，尊重物理事實，運用邏輯推理確立物理量之間的關系，發展依據證據、運用邏輯和現有知識進行科學論證和解釋的能力。讓學生在完成任務中運用科學思維，自己提煉出應探究的科學問題，尋求解決科學問題的方法。培養學生的科學態度和科學精神，讓學生嚴肅認真對待實驗，尊重實驗結果與事實，杜絕編造和修改實驗數據，并把實事求是的作風帶到平時的學習和生活中去，在真實中發展核心素養。

圖2 用傳感器顯示運動中兩物體間的作用力和反作用力

［1］鐘啟泉.單元設計：撬動課堂轉型的一個支點［J］.教育發展研究，2015（24）.

［2］劉曉玫.單元設計，整體把握知識本質［N］.中國教育報，2017-05-10（11）.

［3］崔允漷.追問“核心素養”［J］.全球教育展望，2016（05）.

G633.7

A

1005-6009（2017）83-0010-04

張飛，江蘇省蘇州市吳中區東山中學（江蘇蘇州，215107）校長，正高級教師，江蘇省特級教師，“江蘇人民教育家培養工程”培養對象，蘇州市首屆教育領軍人才，蘇州市物理名師共同體主持人，蘇州大學碩士生導師。

*本文系江蘇省教育科學“十三五”規劃2016年度課題“基于認知科學的物理核心素養發展研究”（課題編號：R-c/2016/01）研究成果。