指向物理學(xué)科核心素養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)教材對(duì)比研究
——以“伏安法測(cè)電阻”一課為例

王 雄

嘉興經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)教研中心，浙江 嘉興 314000

物理學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生在接受物理教育過(guò)程中逐步形成的適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力，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)方面[1]。如何讓核心素養(yǎng)這顆美好的“種子”在課堂的“土壤”里“生根”，是每一位教師需要解決的難題。

1 問題的提出

學(xué)科素養(yǎng)的養(yǎng)成關(guān)鍵載體是課堂，然而從素養(yǎng)到課堂中間有一段很長(zhǎng)的“路”要走。以目標(biāo)為例，我們需要經(jīng)歷單元目標(biāo)—課時(shí)目標(biāo)—活動(dòng)目標(biāo)的遷移過(guò)程，這無(wú)疑挑戰(zhàn)著教師的專業(yè)素養(yǎng)。把學(xué)科素養(yǎng)落實(shí)到課堂目前主要存在兩個(gè)問題：第一，學(xué)科素養(yǎng)下行遷移路徑不通。物理核心素養(yǎng)像課堂的“指南針”，指引著課堂實(shí)踐的方向。因此，教師在課堂實(shí)踐時(shí)要明確相應(yīng)的學(xué)科素養(yǎng)，但真正能做到這一點(diǎn)卻很難。第二，課堂實(shí)踐上行遷移路徑不暢。教師因其“強(qiáng)實(shí)踐少理論”的工作特點(diǎn)，導(dǎo)致課堂實(shí)踐上行遷移很難實(shí)現(xiàn)。

教材是專家結(jié)合核心素養(yǎng)及課程標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)化的教育資源，是眾多專家的智慧結(jié)晶，有很強(qiáng)的科學(xué)性與專業(yè)性。為此，我們嘗試以不同版本的教材為研究對(duì)象，對(duì)比教材設(shè)計(jì)，從異尋同，從同尋異，在素養(yǎng)與課堂之間“建橋”，在課堂教學(xué)中落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。本文選取了2013年出版的五版教材進(jìn)行對(duì)比分析，分別是人民教育出版社出版的《義務(wù)教育教科書物理九年級(jí)全一冊(cè)》[2]（以下簡(jiǎn)稱人教版）；上海科學(xué)技術(shù)出版社出版的 《義務(wù)教育教科書物理九年級(jí)全一冊(cè)》[3]（以下簡(jiǎn)稱滬科版）；江蘇鳳凰科學(xué)技術(shù)出版社出版的《義務(wù)教育教科書物理九（上）》[4]（以下簡(jiǎn)稱蘇科版）；教育科學(xué)技術(shù)出版社出版的《義務(wù)教育教科書物理九（上）》[5]（以下簡(jiǎn)稱教科版）；浙江教育出版社出版的 《義務(wù)教育科學(xué)書物理八 （上）》[6]（以下簡(jiǎn)稱浙教版）。

2 如何進(jìn)行教材對(duì)比

2.1 通過(guò)實(shí)驗(yàn)原理呈現(xiàn)方式看物理觀念滲透

物理觀念是學(xué)習(xí)者經(jīng)過(guò)物理概念與規(guī)律的學(xué)習(xí)之后,將其在頭腦中升華而形成的各種觀念。物理觀念的形成應(yīng)注重物理大概念的學(xué)習(xí),以物理概念和規(guī)律的深度理解與應(yīng)用使學(xué)習(xí)者逐步形成整個(gè)物理課程體系的大概念[7]。

就實(shí)驗(yàn)教學(xué)而言，實(shí)驗(yàn)原理是最基本的大概念，是學(xué)習(xí)者對(duì)相關(guān)物理學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行深度加工后才能獲得的。具體到“伏安法測(cè)電阻”一課，我們可以從原理中升華出這節(jié)課的物理觀念：電阻是物質(zhì)的一種特性，是阻礙電流的一種能力，這種特性與能力是可以被認(rèn)知的。但電阻這種特性與能力是隱性的，不能直接測(cè)量。為此，我們需要通過(guò)歐姆定律公式的變形，通過(guò)比值來(lái)認(rèn)識(shí)電阻。

基于這樣的物理觀念，我們對(duì)五種版本教材中“伏安法測(cè)電阻”實(shí)驗(yàn)原理的呈現(xiàn)方式進(jìn)行對(duì)比，如表1所示。

表1 五種版本教材“伏安法測(cè)電阻”實(shí)驗(yàn)原理呈現(xiàn)方式的對(duì)比

五種版本教材對(duì)于實(shí)驗(yàn)原理的呈現(xiàn)方式可以分為兩種：（1）直接法，人教版、滬科版、蘇科版都是通過(guò)開門見山的方式引入實(shí)驗(yàn)原理，簡(jiǎn)單明了；（2）間接法，浙教版把電阻的測(cè)量作為歐姆定律的應(yīng)用環(huán)節(jié)，而沒有獨(dú)立的原理呈現(xiàn)，教科版是通過(guò)情境引入實(shí)驗(yàn)原理。

分析兩種引入方法，其體現(xiàn)了兩種物理觀念形成的方式。一種方式是“開門見山”的方向引領(lǐng)，先直接給出相關(guān)的物理觀念，而后通過(guò)活動(dòng)與探究慢慢深入。另一種是“潤(rùn)物無(wú)聲”的潛移默化，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)不斷步步深入，在滲透中形成物理觀念[8]。

當(dāng)然，物理觀念的形成是一個(gè)螺旋上升的過(guò)程，所以不同版本的教材才有多種方式引入。同時(shí)，以上兩種物理觀念形成的方式并不是對(duì)立的，而是相對(duì)的，相互交疊的。

2.2 通過(guò)實(shí)驗(yàn)方案對(duì)比看科學(xué)思維滲透

科學(xué)思維是根據(jù)物理學(xué)科的本質(zhì)特性而形成的關(guān)于物理概念與規(guī)律的認(rèn)識(shí)方式，主要包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證和質(zhì)疑創(chuàng)新。其中，構(gòu)建理想模型的意識(shí)和能力是基礎(chǔ)與關(guān)鍵，它可以很好地促進(jìn)學(xué)習(xí)者科學(xué)思維的發(fā)展。

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案環(huán)節(jié)是基于實(shí)驗(yàn)原理而嘗試形成的“理想圖”，可以很好地培養(yǎng)物理學(xué)科思維。具體到“伏安法測(cè)電阻”一課，通過(guò)模型構(gòu)建形成完善的電路圖是科學(xué)思維形成的關(guān)鍵?；诖?，我們對(duì)五種版本教材中“伏安法測(cè)電阻”電路圖呈現(xiàn)方式進(jìn)行對(duì)比。

從科學(xué)思維深度分析，五種版本教材的電路圖設(shè)計(jì)可以分為四層：

第一層：直接給出完整的電路圖，學(xué)生通過(guò)對(duì)電路圖每一個(gè)元件的分析，提升其科學(xué)演繹思維（圖 1）。

圖1 人教版、浙教版實(shí)驗(yàn)電路圖

第二層：完整電路圖與實(shí)物圖相結(jié)合，學(xué)生通過(guò)兩種圖形的相互對(duì)比與轉(zhuǎn)換，提升其科學(xué)遷移思維（圖 2）。

圖2 滬科版實(shí)驗(yàn)電路圖

第三層：給出部分基礎(chǔ)電路圖，空缺最核心的電路元件，讓學(xué)生通過(guò)思維聚焦，構(gòu)建科學(xué)分析思維（圖 3）。

圖3 教科版實(shí)驗(yàn)電路圖

第四層：電路圖完全“留白”，要求學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，自己建構(gòu)完整的電路圖，從而提升其科學(xué)整理性思維(圖4）。

圖4 蘇科版電路圖（留白）

支架式教學(xué)理論認(rèn)為：通過(guò)“搭建腳手架”，可以使學(xué)習(xí)者掌握、建構(gòu)、內(nèi)化那些能使其從事更高認(rèn)知活動(dòng)的技能。一旦他獲得了這種技能，便可以更多地對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)行自我調(diào)節(jié)[9]。分析五種版本教材的實(shí)驗(yàn)電路圖呈現(xiàn)過(guò)程，我們認(rèn)為，學(xué)科思維的形成與學(xué)習(xí)支架有關(guān)。支架越完善，學(xué)生科學(xué)思維形成過(guò)程的阻礙越少，但思維深度越淺；支架越不完善，學(xué)生科學(xué)思維形成過(guò)程的阻礙越多，思維深度越深。

當(dāng)然，我們不能把支架數(shù)量與思維深淺簡(jiǎn)單地畫等號(hào)。因?yàn)榭茖W(xué)思維的發(fā)生與學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”有關(guān)。教師幫助學(xué)生搭建的“腳手架”是與“最近發(fā)展區(qū)”密切相關(guān)的，只有根據(jù)學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”搭建的“腳手架”對(duì)學(xué)生的發(fā)展才是最有效的。

2.3 通過(guò)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)對(duì)比看科學(xué)探究滲透

科學(xué)探究是基于科學(xué)觀察和實(shí)驗(yàn)提出科學(xué)問題，并形成基于已有事實(shí)的科學(xué)猜想或假設(shè)，設(shè)計(jì)收集證據(jù)和事實(shí)的有效方案,并對(duì)證據(jù)進(jìn)行解釋、交流、評(píng)估和反思的科學(xué)活動(dòng)[10]。

從完整的科學(xué)探究環(huán)節(jié)來(lái)分析“伏安法測(cè)電阻”一課，五種版本教材都十分重視通過(guò)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的設(shè)置來(lái)落實(shí)科學(xué)探究的問題、證據(jù)、解釋和交流四部分，但側(cè)重點(diǎn)有所不同。浙教版、滬科版設(shè)計(jì)了完整的實(shí)驗(yàn)探究步驟，實(shí)驗(yàn)過(guò)程清晰，突出探究的整體性；人教版設(shè)計(jì)“想想做做”環(huán)節(jié)，更側(cè)重于解釋能力；教科版設(shè)計(jì)生活情境引入環(huán)節(jié)，更側(cè)重于問題提出；蘇科版通過(guò)大量“留白”，給學(xué)生思維空間，更側(cè)重于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與交流能力。

科學(xué)探究是一種方式、一種方法，也是一種能力。它融合在物理學(xué)習(xí)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，是物理核心素養(yǎng)的重要組成部分。在課堂實(shí)踐中，建議通過(guò)“整體把握，層層深入”的方式進(jìn)行，先通過(guò)整體探究，讓學(xué)生對(duì)科學(xué)探究過(guò)程有一個(gè)完整的認(rèn)識(shí)，形成科學(xué)探究大概念與認(rèn)識(shí)，而后“聚焦”每一個(gè)環(huán)節(jié)，步步深入，從而把科學(xué)探究落到實(shí)處。

2.4 通過(guò)實(shí)驗(yàn)拓展對(duì)比看科學(xué)態(tài)度的滲透

科學(xué)態(tài)度與責(zé)任是在認(rèn)識(shí)科學(xué)本質(zhì)、理解科學(xué)·技術(shù)·社會(huì)·環(huán)境（STSE）關(guān)系的基礎(chǔ)上逐漸形成的正確態(tài)度和責(zé)任感。其培養(yǎng)過(guò)程主要是抓住兩點(diǎn)：一是科學(xué)本質(zhì)教育；二是STSE的融合[7]。

分析教材的實(shí)驗(yàn)拓展材料，我們發(fā)現(xiàn)五種版本教材都通過(guò)介紹科學(xué)家歐姆來(lái)體現(xiàn)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的滲透。不同的是，對(duì)人物介紹描述細(xì)節(jié)處理上有較大差別，這也反映出不同的科學(xué)觀。為此，我們對(duì)五種版本教材歐姆的人物介紹中“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”的滲透進(jìn)行對(duì)比，如表2所示。

表2 五種版本教材歐姆的人物介紹中“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”的滲透對(duì)比

同時(shí)，我們把課后作業(yè)也看成實(shí)驗(yàn)拓展的一部分，結(jié)合科學(xué)本質(zhì)的科學(xué)知識(shí)、科學(xué)研究的過(guò)程與方法、科學(xué)研究的共同體、科學(xué)研究成果、科學(xué)應(yīng)用與實(shí)踐五個(gè)維度[11]進(jìn)行了分析與對(duì)比，發(fā)現(xiàn)在科學(xué)知識(shí)、科學(xué)研究的成果兩個(gè)維度各個(gè)版本教材的處理大致相同，但在另外三個(gè)維度卻各有側(cè)重。人教版作業(yè)設(shè)計(jì)側(cè)重于“動(dòng)手動(dòng)腦學(xué)物理”的科學(xué)研究共同體；浙教版通過(guò)“交流電”的作業(yè)設(shè)計(jì)側(cè)重于科學(xué)應(yīng)用與實(shí)踐；蘇科版通過(guò)“方法鏈接”作業(yè)側(cè)重于數(shù)學(xué)方法的形成；教科版通過(guò)“電壓與電流圖像”側(cè)重于對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的方法處理。

3 對(duì)比研究的意義

以“伏安法測(cè)電阻”一課為例，通過(guò)五種版本教材的比較研究，嘗試教材設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)與物理核心素養(yǎng)四層次進(jìn)行融合。這樣的研究有利于對(duì)比物理觀念形成的不同方式；有利于對(duì)比科學(xué)思維形成的不同深度；有利于對(duì)比科學(xué)態(tài)度形成的不同側(cè)面。通過(guò)對(duì)比，可以體現(xiàn)教學(xué)設(shè)計(jì)思維豐富性，提升思維精準(zhǔn)性，形成思維深刻性，從而最終指向物理核心素養(yǎng)的理解與養(yǎng)成。