中學物理核心概念的研究綜述

謝娜

摘? ?要：學科核心概念是組織整合學科知識體系的少數關鍵概念，位于學科的中心位置，是學科的主干部分，具有基礎性、輻射力、生命力，是近年來國際科學教育界關注的熱點。本文嘗試分析我國的學術期刊論文，回顧數十年來我國中學物理核心概念研究的發展，分析研究的不足，鼓勵今后有更多的研究者關注中學物理核心概念的研究。

關鍵詞：中學物理;核心概念;研究

概念是人類在認識世界的過程中對客觀事物的共同屬性和本質特征的高度抽象與概括。學科核心概念是組織整合學科知識體系的少數關鍵概念，位于學科的中心位置，是學科的主干部分，具有基礎性、輻射力、生命力，是近年來國際科學教育界關注的熱點。筆者嘗試分析我國的學術期刊論文，回顧數十年來我國中學物理核心概念研究的發展。

1? 核心概念研究的歷史回顧

核心概念一詞主要是來自于美國國家課程標準中的中文解讀，最早是由西方科學教育專家提出的。英文文獻中的核心概念多種說法“key concept”“big idea”“fundamental concept”“core idea” “core concept ”，最常用的是“core idea” “core concept ”和 “big idea”，它與我們通常所理解的狹義的用詞來表達的物理概念不同，它包括了重要概念、原理、理論等的基本理解和解釋，是一種“科學觀念”， 它位于學科的中心位置，是學科的主干部分，具有基礎性、輻射力、生命力。重視學科核心概念的教育理念近年來已經在各國的科學課程文件中有所體現，美國、澳大利亞、英國等少數國家和地區都對科學課程標準（或大綱）進行了修訂，修訂后的課程標準都有一個共同點，那就是強調要緊緊圍繞科學的少數核心概念進行教學。2007年英國頒布了《科學學習規劃和目標---KS3》（Science Program of Study for Key Stage3 and Attainment Targets），這個規劃提出了學生對于科學中基礎核心概念的理解，有助于學生在頭腦中建構正確、科學的知識框架以及知識的延伸和拓展[1 ]。2008年加拿大安大略省修訂了 9、10 年級的科學課程標準（The Ontario Curriculum Grade 9 and 10：Science），標準中確定了9、10年級的學生所要學習的核心概念，并且圍繞這些核心概念制定了總體目標和具體目標[2 ]。美國國家研究委員會于2011年7月頒布了《K-12科學教育框架：實踐、跨領域概念和核心概念》（簡稱《框架》）。新框架建構了完整的科學課程的概念體系。經過各學科領域的專家及負責科學教育標準和政策制定的專家近兩年的研制，美國于2013年5月3日正式頒布《新一代K-12科學教育標準》（簡稱新《標準》），將科學分成四個學科領域：物質科學、生命科學、地球和空間科學以及工程、技術與科學應用，提出了各學科領域的學科核心概念以及科學教育要圍繞有限的核心概念來組織課程內容，并且建立了每個次級核心概念的學習進階。在新《標準》中，物質科學所包含的學科核心概念及其子概念如表1所示，物理學中的核心概念主要集中在PS2 、PS3、 PS4中，見表1。自此，國內外學者對核心概念及學習進階的研究逐漸開展起來。

2? 我國中學物理核心概念研究概述

核心概念已經成為當代國際科學教育界關注的熱點，有關于核心概念的研究成果不時涌入我們的視野，我國也越來越重視核心概念的研究。筆者利用“中國知網”的中文文獻索引，在篇名選項中搜索“核心概念”，1982年至2018年7月22 日共有887篇，從學科角度來看，涉及建筑科學與工程、經濟、哲學、教育、新聞與傳媒、政治、工業、醫學、法理、法史、倫理學等;從絕對數量上來看，筆者發現1982年至2017年核心概念的研究文獻數量整體呈上升趨勢（見圖1），2014年至2017年文獻數量均在80篇以上;其中與教育有關的有240篇，但主要集中在化學和生物上，物理方向的研究僅有23篇，其中14篇是只針對高中物理核心概念的研究。有關于高中物理力學核心概念的研究如：西南師范大學的博士生范增的畢業論文《高中物理核心概念及其學習進階研究》，通過對高中物理教科書每一章的內容進行文本梳理，繪制出每一章的概念圖，概括出每一章的大概念，然后將每一章的大概念匯集到一起進一步概括出高中物理核心概念，然后通過教師問卷調查，檢驗和調整概括出的11個核心概念（見表2）。并對每個核心概念的內涵進行分析，接著進行高中物理核心概念的學習進階研究[4 ];陜西師范大學楊艷妮的碩士畢業論文《高中物理力學核心概念調查及教學策略研究》，從高中物理課程標準出發，對滬科版髙中物理教科書進行內容分析，找出高中物理力學核心概念，然后對60位高中物理教師進行問卷調查，綜合分析出高中物理力學的六個核心概念：牛頓第二定律、牛頓第三定律、力、運動的合成與分解、機械能守恒定律、加速度，然后用力學概念測試卷（FCI）對選取的高中生進行測評，接著對測評結果進行統計分析，分析出高中生對核心概念的掌握情況，最后提出核心概念的教學建議[5 ]。有關于高中物理電磁學核心概念的研究如：四川師范大學碩士生李凱麗的畢業論文《高中物理電磁學核心概念的學習進階研究》，結合我國現行的高中物理課程標準中對電磁學部分內容的具體要求，對高中物理教科書中“穩定的電磁場”中的“靜電場”和“電路”兩個主題的內容進行梳理，得出兩個主題的內容體系，繪制出概念圖并結合國內外關于高中物理電磁學學習的已有研究構建出學習進階假設，開發出驗證假設的測量工具，對研究對象（兩個平行班）施測，然后進行數據分析，修改進階假設，最終確定“靜電場”和“電路”兩個主題的學習進階[6 ];哈爾濱師范大學碩士齊天悅的《高中物理電學核心概念及其教學策略研究》，基于普通高中物理課程標準的要求，對人教版高中物理教材中電學部分進行內容分析，概括出9個核心概念，然后編制教師調查問卷，通過對一線物理教師的問卷調查并對近三年物理高考試卷中電學部分內容進行統計分析，最終確定出高中物理電學核心概念：靜電場、電場強度、電勢、電磁感應、電動勢、安培力、交變電流和閉合回路，然后針對核心概念提出教學策略[7 ]。還有關于國內外高中物理教材核心概念的比較研究，如：天津師范大學碩士生毛莉瓊的畢業論文《中法高中物理教材核心概念比較研究》，借鑒范增的梳理方法對法國樺榭版高中物理教材進行梳理，將梳理出的主要內容與具體概念與我國高中物理教材逐章進行對比，確定法國樺榭版高中物理教材的核心概念，之后以核心概念“能量”“動量守恒”為例，從四個方面對兩版教材中的同一主題進行對比研究，呈現出兩版教材對同一主題的不同設計理念[8 ]。只針對初中物理核心概念的研究只有西南大學的碩士畢業生張坤的《我國初中物理核心概念調查研究》，他通過對國內外初中物理課程標準中重點知識調查、我國中考物理試卷進行調查統計、初中物理重點知識教師調查，概括出18個初中物理核心概念（見表3）[ 9]。還有少數關于中學物理核心概念研究的期刊論文，如續佩君、李長軍、王美琴的《確定中學物理核心概念的方法研究》，探討用一種新的方法來確定中學物理課程的核心概念;張玉峰、郭玉英的《圍繞學科核心概念建構物理概念的思考》，深入探討了圍繞學科核心概念建構物理概念要達到概念教學的四個方面（概念的意義、內涵、外延、關聯）的要求所要建構的內容，豐富了對物理概念教學要求的認識。

3? 總結

從已有文獻可以看出，我國學者們對于中學物理核心概念教學的研究不夠重視，在已有的研究中針對我國中學生核心概念理解的研究偏少，研究也未涉及相關學科（尤其是數學）的掌握對學生理解物理核心概念的影響;對于教學策略和學習進階的研究比較粗糙，大多停留在理論層面，對具體內容的實證研究比較少;在選取研究對象時，所選擇的調查樣本的范圍較小，普適性不大;沒有從系統論觀點、從更大范疇整體性、綜合性分析核心概念，如沒有涉及不同物理分支間概念的相互作用。希望今后有更多的研究者關注中學物理核心概念的研究，能集思廣益、致力完善。

參考文獻：

[1]Department for Education and Employment.Science Program of study for key stage3 and attainment targets[EB/OL].http：//curriculum.qcda.gov.uk/uploads/QCA-07-3344-p_Science_KS3_tcm8-413.pdf.

[2]Ontario Ministry of Education.The Ontario Curriculum

Grades9and10：Science[EB/OL].http：//www.edu.gov.on.ca/eng/curriculum/secondary/science910curr.pdf.

[3]National Research Concil. A framewok for K-12 Science Education：Practices ，Crosscutting Concepts，and Core.Ideas[M].Washington，D.D.：The Natonal Academies Press，2011：105—202.

[4]范增.高中物理核心概念及其學習進階研究[D].重慶：西南大學，2013：132.

[5]楊艷妮. 高中物理力學核心概念調查及教學策略研究[D].西安：陜西師范大學，2015：66.

[6]李凱麗. 高中物理電磁學核心概念的學習進階研究[D]. 成都：四川師范大學，2017：34.

[7]齊天悅. 高中物理電學核心概念及其教學策略研究[D]. 哈爾濱：哈爾濱師范大學，2017：32.

[8]毛莉瓊. 中法高中物理教材核心概念比較研究[D]. 天津：天津師范大學，2017：48.

[9]張坤.我國初中物理核心概念調查研究[D].重慶：西南大學，2011： 58--59.