基于核心素養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、地區或組織均根據各自需求和傳統，從理論和實踐兩方面確立起信息時代核心素養的內涵和框架。[1]在我國，林崇德先生提出了中國化的學生發展核心素養，具有豐富而深刻的內涵。[2]現如今，對于物理學科核心素養的研究不斷深入，部分中學物理教師已經開始有意識地將核心素養理念運用于教學中，對于有廣闊研究空間的基于核心素養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”“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”“設計與制定方案”“獲取和處理信息”“基于證據得出結論”“基于證據對實驗結果做出解釋”“對科學探究過程和結果進行交流、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：物理核心素養包含物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任[3]，對于教師而言，培養學生核心素養能力應作為教學目的，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設問題情景，引導學生從情境中發現和提煉問題，對問題的可能答案做出假設；根據問題解決的需要，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象、收集實驗數據，規范學生的實驗操作；在處理數據時，引導學生依據物理事實、運用現有知識，推理、確立物理量之間的關系，進行科學論證；引導學生對實驗過程與結果進行總結、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，筆者構建出如表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系，教師具體行為符合的三級指標級別越高，教學內容就越能體現提升學生核心素養的要求。

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]而如果能恰當地為學生創設問題情景，引導學生分析生活經驗和現象、基于實際生活來提出問題，那么這樣的問題更具有現實性，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現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，啟發學生發現問題、提出問題。[5]

2 優秀中學物理教師訪談結果

為確保指標的合理性，筆者設計了一份關于中學物理教師運用探究實驗進行教學的問卷，對數位優秀教師進行訪談，了解他們在探究實驗教學各環節的做法，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，“經過自己的思考，去探索、發現物理規律”，T老師則“教給學生應用數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、培養學生物理核心素養不可或缺的手段。

總體來說，受訪的優秀教師在探究實驗各環節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”環節，幾位教師會引導學生“從實驗或者從生活經驗和理論兩個方面，結合現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老師還會根據學生的假設“制造一些認知沖突”，以推進教學進行。總體上，老師們在該環節會引導學生進行有根據的猜想和假設，并對學生的表現做出反饋，以加強教學效果。

再以“設計實驗與制定方案”環節為例，受訪教師們往往會引導學生進行以達成實驗目的為基礎、理解實驗原理為導向的實驗方案設計，并根據學生能力給出一些細節或者選項，“建議他們去討論方案的優劣，然后確定一個比較好的”。T老師指出：這一環節“涉及用物理的基本原理去設計實驗方案，如果學生是對于原理理解特別到位，在設計實驗時會特別清楚”。

受訪的優秀教師在七個二級指標范疇內的表現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學生的物理核心素養。此外，縱觀訪談結果，受訪教師在指標體系衡量下各環節表現可以用“普遍優秀，個別突出”來形容，對不同的實驗環節，M老師指出：“受課時的限制會根據學生不同的收獲情況，加強某一實驗環節而相對淡化其他環節。”對于不同環節的側重并無高下之分，應根據學生水平、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節的表現，得到如表2所示的結果。

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，各環節的表現評價主要集中于1、2級，出現級別3的情況很少，沒有出現過級別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，這對培養學生的科學精神、實踐創新等核心素養是不利的。

圖1

由表2可看出：在四個一級指標中，“問題”環節每節課平均出現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”在每節課中的平均次數均小于1次。在分析的課例中，不少教師往往把兩個環節混為一談，在提出問題后，沒有引導學生對結果做出假設便直接開始實驗，或在講解實驗條件后直接給出實驗方案和可能的結果。引導學生“提出問題”“形成猜想和假設”是實驗教學中的初始環節，這一環節的模糊不清，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”環節平均出現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”環節的2.80分鐘/節。教師在“解釋”環節用時較長，說明教師格外注重學生對實驗結果的解釋和結論的分析，但若過于注重實驗數據處理，會忽視學生實驗操作能力等的培養。[6]

一級指標中“交流與合作”環節的平均頻次僅有0.06次/節，在35節課例中僅出現2次。引導學生撰寫實驗報告以總結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要求中明確提到學生應能夠撰寫實驗報告。只有引導學生不斷反思、研究實驗中出現的問題，才能真正培養學生的探究能力，提升學生的物理核心素養，[6]要求學生通過實驗報告的形式對科學探究過程和結果進行評價、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、做出假設兩環節經常出現混淆或缺失的情況；

(3) 在“解釋”環節的用時過長；

(4) 對“交流與合作”環節不夠重視。

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

(1) 引導學生自主思考實驗內容，做好課堂的引導者；

(2) 明確實驗中提出問題、形成猜想和假設兩個環節，使學生對問題和假設有明確的認識；

(3) 根據實際教學情況，調節實驗教學側重點與各二級指標占用時間；

(4) 重視“交流與合作”環節。