強化“三環節”研究，實施“化知識為素養”教學
——以蘇科版初中物理“力 彈力”為例

曹 宏

（蘇州工業園區教師發展中心，江蘇 蘇州 215921）

隨著《義務教育物理課程標準》（2022年版）的正式頒布，如何在物理教學過程中高質量實施學生核心素養培養成為廣大教師重點研究的課題.

初中物理教學普遍具有課時緊、教學內容多、學生個體差異大的特點，追求“短、平、快”的教學傾向長期存在，而在兼顧畢業考試的中考試卷中，往往包含相當數量側重知識考查的試題.這樣的背景下，教師日常教學中更易陷入僅關注知識傳授的困境.那么，如何達成化知識傳授為素養提升，架構初中物理教學的素養進階路徑呢？本文以蘇科版初中物理“力 彈力”為例，圍繞“知識內容分析”“學習目標確立”“教學活動設計”3環節，具體闡述化知識為素養的教學設計與策略應用的初步思考.

1 知識內容分析——立足素養意蘊，分析知識生長要素

素養作為個體在特定情境中展現出來的內在特質，需要經由個體對知識的能動加工、主動建構，并整合情境體驗.要實現知識向素養的轉變，首先需要教師從素養意蘊的視角分析知識的內生邏輯.

1.1 從大單元的視角架構知識體系，梳理學科邏輯

局限于知識傳授的教學，一個顯著的特征就是割裂式的知識學習，換言之知識在學生頭腦中是碎片化的，呈現出雜亂堆砌的狀態，學生往往不知道為什么要學習它？這些知識又是如何構建起來的？它們有什么現實意義？

學科素養的發展是一個長期過程，需要通過促進“知識的自然生長”，實施“素養的孕育而成”.故而，教師應能運用一體化策略，從大單元的角度分析知識的內在邏輯，在基于對教學全程的把控下，設計科學的階段性教學路徑，以確保在每一節課的教學中，都能把握知識本質及內在關系，讓每一個知識點在各學習階段都能自然融進認知體系之中，發揮出黏合和生化作用，成為形成素養的認知元素.

在蘇科版初中物理教材中，關于“力”主要安排有4章內容：第8章“力”主要基于學生對力的認知經驗（主要是生活體驗及前認知儲備）及對力現象（主要是力的作用效果）的觀察，抽象出科學的力概念，經過探究認識重力、彈力、摩擦力，掌握一種測量力的工具——彈簧測力計，為后續學習做好鋪墊；第9章“力與運動”初步認識力是改變物體運動狀態的原因，形成動力學的基本觀念，并為第8章力的測量原理進行背書；第10章“壓強和浮力”一方面繼續深化力的兩個作用效果——使物體產生形變、改變物體的運動狀態，同時初步領會在進行動力學研究時，對力、運動狀態、運動狀態變化過程所采用的研究方法；第11章“簡單機械和功”則從工業技術的角度介紹了力的變化途徑，通過力的空間積累——功，架構起力向能量聯系的紐帶，并為后續深入研究力——能量守恒提供認知基礎.

1.2 從認知視角細究知識建構，遵循認知邏輯

雖然物理知識揭示的是自然現象及其變化規律，具有符號化的客觀性屬性，但同時也具主觀性特點，是人的創造性產物，所以實現知識的素養轉化，就需要從認知視角來進行分析，領悟知識內化于人的思維觸角.對于一個新知識（如概念）的建立，我們都有必要從知識形成的歷史視角和學生認知的現實視角兩個維度進行分析.

例如：本節課中對于“力”的概念，從認知視角做如下分析.

從知識形成的歷史視角，領會知識建立的艱難程度.對于“力”，追溯到原始人時代，就發明了標槍、弓箭等工具，相應的生活場景無不與力有關，西安出土的屬于5000年前仰韶文化期的“欹器”（如圖1所示），表明了人們已經充分認識到物體重心的分布規律，《墨經》就把相關現象總結為“力，刑之所以奮也”，但是人們從直覺的“力”到科學定義的“力”卻經歷了長期的過程，古希臘大思想家亞里士多德也沒有建立起“力”概念，他則把運動的起源用“物質總是要回歸自然的位置”“自然懼怕虛空”等觀念來解釋，即使伽利略也沒有明確力的概念，依然采用了形象的表述，直到牛頓才指出“力是改變物體運動的原因”.當今，我們感覺再平常不過的“力”，其實凝聚著人類巨大的智慧，需要我們教師去挖掘和利用.

圖1 欹器

從學生的認知視角，把握迷思概念對科學概念的干擾.生活中的一些有關“力”的錯誤概念往往會掩蔽科學的力的概念.這就要求我們在力的概念的起始教學中重視以大量的事例和實驗來動搖和否定這些錯誤觀念.如：健壯的人比瘦弱的人有力；只有動物、機器等特殊物體才有力；人依靠自己的內力爬坡登山的；物體受力與否和它的運動狀態有關；速度大的物體受力必然大，它對別的物體施力也一定大等等，針對學生的錯誤認識、迷思概念進行證偽教學，就是知識的內化過程，也是素養的發展過程.

基于上述兩個視角的知識內容分析，審視本節課“力 彈力”教學，就應該領會到如何從現象到具象，從而抽象出力概念的必要性，應該讀懂本節彈力概念的價值.重視概念教學，不僅僅是因為概念抽象難以理解，更是因為概念的學習是提升學生核心素養的重要路徑.同時通過引導學生懂得為什么要建構這個概念；如何建構這個概念；評估所建構概念的科學性等環節，能將知識的內在邏輯與人的認知邏輯相融合，并圍繞目標收集信息，透過信息外顯的樣態分析出內隱的本質特征，這個過程對于養成基于問題導向的科學思維習慣，尤其是培養創新思維能力能發揮出很好的作用.

2 學習目標確立——立足物理觀念，融合素養目標達成

課程核心素養是課程育人價值的集中體現，是學生通過課程學習逐步形成的適應個人終身發展和社會發展需要的正確價值觀、必備品格和關鍵能力.物理課程核心素養主要包括“物理觀念”“科學思維”“科學探究”和“科學態度與責任”4個方面.

2.1 素養目標融合的教學機理

我們知道4個核心素養是相互交融共同發展的，其中物理觀念是基礎，而物理知識又是形成物理觀念的基礎，但物理知識不等同于物理觀念，只有當學生能夠把握住知識的內在本質特征，并將其深刻融入自身原有的認知結構之中，逐漸內化為一種穩固性的認知法則，才能升華形成觀念層面的認知.可見，以促進物理觀念形成的知識教學，一定需要通過創設豐富的學習情境，將物理知識活化起來.一定需要高質量的問題引導，充分激活學生思維，引領學生主動探究，實現意義建構.當然，在這樣的學習過程中，學生自然能獲得“科學態度與責任”素養的熏陶.重視了促進物理觀念的教學理念運用，也就把握了將物理課程核心素養作為一個目標體系進行整體理解的牛鼻子，對教師靈活設置素養目標具有統領性作用.

2.2 關于“力”概念建立的教學目標分析

對于“力”的教學，“力是物體對物體的作用”是知識目標，教師通過推、拉、提、壓等行為，結合學生的生活經驗，歸納概括，對力下定義.這種從現象到表象再到形成概念的研究過程就是在培養模型建構能力.這是科學思維目標.教學中與學生可能存在的錯誤前認知“只有人、動物才會施加力”“只有直接接觸的物體之間才有力”進行關聯，通過類比分析、實驗演示等方法，運用深度學習的教學策略，引導學生關注“元認知”，善于質疑創新，培養學生科學推理和科學論證能力.這也是科學思維目標，而這之中對原有認知的質疑批判、揚棄，又是科學態度目標.

在本節課教師還可通過6個“一”（一個物理量、一種力、一個單位、一個規律、一個器材、一種能量）的教學策略，共同催生學生初步形成“力”的觀念，將內容的邏輯關系與學生的認知規律有效融合.

2.3 目標融合的策略應用

通過帶領學生充分經歷概念的建構過程和規律的探究過程，實現將學科核心素養進行融合培養.在具體的目標實施過程中，通過創設情境來融合知識與具體樣態，設置問題鏈來融合情境與問題，關聯前認知來融合學生的已知與未知，體驗實踐活動融合理論與實踐，匹配學生的思維特點融合學科與學生.

3 教學活動設計——強化知識情境，創新教學活動實施

知識向素養轉化其實也就是要將名詞性知識轉變為具有動詞屬性的知識，其關鍵就在于教學中能將知識活化起來，教師要努力用豐富的情境來場景性呈現知識，帶領學生“嵌入”到情境內去，在解決問題過程中“多觸角”“具身化”經歷學習過程.

3.1 教學應是基于情境的活動

在課堂活動中，教師要將固態的知識打碎并溶解，以促進學生消化并吸收，其中教師所創設的情境就是將知識進行溶解的溶劑.好的學習情境往往緊扣教學目標，能將教學內容自然融入之中.學生只有在理解情境、感受情境的過程中，才能發現知識的價值，而不是簡單的穿衣戴帽.

情境是活動的場域，而活動又豐富了情境的創設，教師需要創設生動的學習情境，基于情境開展系列化的活動引領學生參與學習過程，實現由感性認識促進理性判斷，用活動促進問題的產生，用活動形成對知識的鮮活感知，用活動促進思維能力和實踐能力的培養，從而實現學生的主動學習、探究學習、深度學習.

3.2 基于情境的教學活動策略運用

基于情境的教學活動策略可以使用以下“四化”來表達：知識情境化、目標多元化、活動問題化、方法多樣化.在活動設計過程中還需要在如下3個方面加強研究關注：一是對知識內容要進行精細化分解，挖掘出有價值的問題；二是關注對知識本質的深刻理解，體現活動所承擔的專業目標要求，不能出現熱鬧有余不得要領的情況；三是在活動安排上要體現邏輯性，促進知識內化和認知進階，實現素養培養.

例如：關于“彈力和彈簧測力計”的活動安排.

（1）實驗觀察：手壓拉彈簧、握力器、橡皮泥、塑料尺等物體，認識到彈性形變、范性形變，對彈簧體會到拉力越大，形變會越大，如圖2所示.

圖2 實驗觀察，認識形變

（2）活動體驗：在人拉彈簧時，形變的彈簧會對人手施加拉力.壓握力圈，體會彈力的存在，如圖3所示.

圖3 活動體驗：感知彈力產生

（3）實驗探究：彈力大小與伸長量之間的關系，在師生共同參與下，重點是在方案設計、進行實驗獲得實驗數據、對數據結果進行分析得出結論等三個環節進行學習，如圖4所示.

圖4 實驗探究：彈力大小與伸長量之間的關系

（4）制作一個彈簧測力計——體現STEM教育理念的探索，側重表現在物理與工程的融合上，如圖5所示.

圖5 設計自制一只彈簧測力計

3.3 用項目化來創新課堂教學中素養培養路徑

項目化學習是學生在一段時間內通過對真實有挑戰性的問題進行持續探究，達到對核心知識的再建構和思維遷移.項目化學習有助于引發深度學習，培養學生高階思維和核心素養.用項目化學習的理念來創新課堂教學，在課堂上通過實施微項目研究，或者將項目中的有關環節基于學科實際教學，在課堂上落地生根.這是一種課堂活動新思路.

STEM教育以科學知識為理論依據，以數學方法為基礎工具，通過技術設計、工程建造等學科的融合教育，提高學生的動手能力和綜合素質.其中科學知識可看成是一種描述性的知識，在本節課中如“彈簧的伸長量與拉力成正比”；技術知識可看作是指導行動的程序性和規范性知識，如“彈簧測力計的使用規則”；工程知識則不僅表現出高度綜合性（系統集成性）、情境依賴性、隨機變異性、靈活多樣性、主體建構性等一般性特征，更體現為它與某一具體工程項目的緊密相關性，如“找到能對力進行測量的工具，如何設計測量力的裝置，如何制作出裝置實物，如何進行檢驗評估，如何對裝置進行優化完善”等等就屬于該類知識.

運用STEM教育理念開展 物理教學是項目化學習思想的具體體現，可重點通過物理與工程的整合，讓學生在習得物理知識的過程中，經歷科學探究的各個環節.通過整合知識內容，遷移科學方法，有效應用于作品制作或方案研制，讓學生體驗在限定條件下的迭代設計過程，實現“學以致用”的教育理念.具體實施中引導學生經歷以下5個環節：情境創設，確定主題，激發興趣；激活經驗，搭建支架，同化先知；探究新知，經歷活動，建構概念；整合加工，深度思考，解構內涵；實踐應用，作品制作，解決問題.

例如本節課的微項目任務：制作一個能測量力大小的裝置（彈簧測力計）的學習任務.具體可以采用下列問題鏈引導任務流程開展.

（1）力的大小可以通過什么來顯示？

（2）選擇什么器材進行實驗？

（3）彈簧伸長量與彈力大小存在定量關系嗎？

（4）如何組裝器材、試用以及優化？

（5）怎樣撰寫彈簧測力計的使用方法指南？