指向核心素養的問題整合教學研究
——以“原子的核式結構”為例

朱 健何 艷

《普通高中物理課程標準（2017年版）》中明確闡述了物理學科4個核心素養和學業質量水平。［1］在我們的教學中，應當進一步厘清核心素養各維度各要素不同層次表現水平界定的差異，構建各要素之間的邏輯關系，發揮它們的整合優勢。基于這樣的理解，筆者構建了以問題為中心的“情境、模型、證據”整合教學模型，并對此進行分析。

一、模型解讀

首先，筆者對課標中物理學科核心素養水平劃分的表述用詞進行了統計，發現提到“問題”21次、“情境”4次、“模型”5次、“證據”6次，基于此，將“問題、情境、模型、證據”作為整合研究的要素。其次，在研究有關“問題、情境、模型、證據”的物理教學文獻與聽評課過程中，發現兩個傾向：（1）“孤立”深入傾向，在文獻與教學中隨處可見基于問題解決、生活情境、認知模型、證據意識與推理等培養核心素養的研究成果，從中我們很容易發現這些研究有“孤立”化的傾向，它們之間橫向整合的研究明顯不夠；（2）“固執”循證傾向，循證是一種利用證據追求教學專業化與科學化的價值觀，對物理教學循證化的過程能將教材的內容邏輯與學生的認知規律進行整合，提升教學的專業性與科學性。然而，每個學生都擁有復雜的情緒、情感和認知習慣，在教學中如不能將“問題、情境、模型、證據”有機整合并將情緒、情感融入其中，而只是“固執”循證的話，容易使學生形成理性思維強而感性思維弱的狀況，最終影響他們創造性潛能的發揮。

為了克服上述兩個傾向并發揮四要素在培養核心素養方面的整合優勢，筆者構建了以問題為中心的“情境、模型、證據”一致性整合模型，如圖1。

圖1 問題中心的“情境、模型與證據”一致性整合模型

二、模型運用

筆者選擇“原子的核式結構”進行教學呈現。之所以選擇此節內容進行模型實踐，主要考慮以下兩點：（1）本節課的教學過程中蘊含著“問題、情境、模型、證據”四要素，且需要將它們充分整合才能讓學生一步步深入認識原子的結構；（2）原子很小，通常學生看不見摸不著，選擇生活實例進行類比時，對直觀性與關聯度要求較高，且整節課需要始終圍繞“原子究竟是什么結構”這個中心問題，以原子結構模型演變的歷史為線索，讓學生經歷“證據意識”“建構模型”“證據推理”“修正模型”等科學探究過程，這為“問題、情境、模型和證據”整合提供了豐富的素材。主要教學環節見文末表1。

表1 “原子的核式結構”主要教學環節（續）

表1 “原子的核式結構”主要教學環節

三、反思與改進

通過以上論證分析，結合模型實踐過程，發現在三個方面需要進行深度思考與改進：問題研究過程中深度合作不夠，建模思維活動過于內隱，證據推理與解釋能力培養有待進一步提升等。為應對這些問題，筆者做了三點思考。

1.深度合作研究。

課堂教學中，我們常看到教師通過精心預設的問題來驅動學習，教學目標通常比較貼切，教學方式選擇也比較合理。然而，無論是學習者、授課者還是觀課者，都能感受到課堂中應答問題、建構模型、證據推理與解釋等思維活動常因時間不夠而研究不深。為了完成教學任務，授課者多數情況會選擇淺嘗輒止，使得學生根本無法“深思慢想”，師生、生生間的互動處于淺層次水平。為解決上述困境，需要做好三點：（1）研究問題可以來自學生問卷、訪談、觀課及經驗等，但要聚焦課堂教學中師生研究不深入或有質疑價值的問題，并能將前后解決過程用到的情境、規律、方法、方案與思想等聯系起來，如筆者教學中的“原子究竟是什么結構”這一問題就需要深化合作研究；（2）要努力為學生創造更多研究他們自己所提出的問題的機會，讓他們動手設計、實際操作解決問題，鼓勵他們經過思考、轉化，表述同伴的問題、模型與證據，激發他們的積極情緒，豐富他們的情感世界；（3）根據問題與個人特長分組（3人為宜）進行合作研究，合作研究過程中每個成員充分挖掘一切外界資源，教師根據各小組研究進展情況，與學生們商定展示交流的時間與形式。［2］

2.顯化建模思維過程。

課堂中因建模思維活動過于內隱，導致思維能力培養模糊不清。因而可以基于真實的歷史情境，建立問題與建模之間的互動關系，通過示范建模過程，為學生搭建合適的支架和提供多種有效的表達方式，借助深入的追問讓其建模思維活動顯化。這需要教師在設計活動時不被預設的方案牽著鼻子，應根據學生的實際反應和現實問題進一步追問和適時調整，保障建模思維活動外顯可測。如在引導學生建構原子的核式結構模型時，提供盧瑟福面對α粒子散射實驗證據時所說“這是我一生中從未有的最難以置信的事，它好比你對一張紙發射炮彈，結果被反彈回來而打到自己身上……”這一史實材料，追問“用湯姆生的原子模型預測，會出現什么現象？α粒子散射實驗證據能推理出什么結論？什么模型能解釋這些新證據呢？新模型如何解釋α粒子散射實驗現象？”通過這些追問顯化學生建模思維過程。需要強調的是，無論預設還是生成的建模思維活動，在提升學生科學思維能力的同時，也要不斷豐富他們的情感。

3.提升證據推理與解釋能力。

“證據推理與解釋”過程常較復雜且對能力要求高，學生很容易“卡殼”。面對“卡殼”，教師常采取主動干預，從而降低了“證據推理與解釋”能力培養的效果。如何才能提升培養效果呢？需要做到三點：（1）所有的問題都應是學生實際可能碰到的問題，所有推理與解釋活動的設計都要考慮學生的實際困難與需求；（2）在“證據推理與解釋”活動過程中充分發揮學生的主觀能動性，培養他們嚴謹的科學態度，增強他們的責任感；（3）需要給予學生充足的“推理與解釋”時間，根據教學情況的需要，可以增設長時課。