郭玉英：用核心素養(yǎng)引領(lǐng)中學(xué)物理教學(xué)

1、郭玉英：用核心素養(yǎng)引領(lǐng)中學(xué)物理教學(xué)一、物理核心素養(yǎng)與三維課程目標(biāo)物理核心素養(yǎng)是本次高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)修訂時(shí)提出的新概念，是指學(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，是學(xué)生通過(guò)物理學(xué)習(xí)內(nèi)化的帶有物理學(xué)科特性的品質(zhì)，是學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要構(gòu)成。物理核心素養(yǎng)主要由“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)方面的要素構(gòu)成，在高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)征求意見(jiàn)時(shí)得到了專家學(xué)者和一線物理教師的普遍認(rèn)同。物理核心素養(yǎng)的提出從發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的角度集中體現(xiàn)了物理學(xué)科的育人價(jià)值，是新課程三維目標(biāo)的提煉與升華。物理核心素養(yǎng)對(duì)三維目標(biāo)的發(fā)展主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面。1.

2、 明確提出了物理觀念的內(nèi)容和要求物理觀念是從物理學(xué)視角形成的關(guān)于物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)與相互作用、能量等的基本認(rèn)識(shí)；是物理概念和規(guī)律等在頭腦中的提煉和升華；是從物理學(xué)視角解釋自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問(wèn)題的基礎(chǔ)。將物理觀念作為物理核心素養(yǎng)的第一個(gè)要素，是對(duì)物理知識(shí)目標(biāo)進(jìn)行的整合和提升，要求學(xué)生不僅要理解和掌握物理知識(shí)，而且要將所學(xué)習(xí)的大量具體知識(shí)圍繞學(xué)科核心概念整合內(nèi)化，在此基礎(chǔ)上形成對(duì)物質(zhì)世界的整體認(rèn)識(shí)，即形成了物理觀念?！拔锢碛^念”不僅是物理核心素養(yǎng)的主要內(nèi)容，而且是其他物理核心素養(yǎng)的重要基礎(chǔ)。物理觀念主要包括物質(zhì)觀念、運(yùn)動(dòng)觀念、相互作用觀念、能量觀念及其應(yīng)用等要素。在義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）中，

3、雖然沒(méi)有明確提出物理觀念這個(gè)術(shù)語(yǔ)，但已經(jīng)用物理觀念作為一級(jí)主題，統(tǒng)領(lǐng)課程全部的知識(shí)內(nèi)容，將眾多的物理知識(shí)聯(lián)為一致整體。一級(jí)主題二級(jí)主題運(yùn)動(dòng)與相互作用運(yùn)動(dòng)相互作用力與運(yùn)動(dòng)能  量能量的各種形式能量的轉(zhuǎn)移與轉(zhuǎn)化能量的耗散能量的守恒物  質(zhì)物質(zhì)的存在形式物質(zhì)結(jié)構(gòu)物質(zhì)的狀態(tài)變化物質(zhì)屬性課程標(biāo)準(zhǔn)中的“主題”是對(duì)學(xué)科內(nèi)容的概括，描述的是課程內(nèi)容而非課程目標(biāo)；“觀念”是學(xué)生頭腦中形成的認(rèn)識(shí)，描述的是具備物理核心素養(yǎng)的學(xué)生特征，是物理課程實(shí)施的結(jié)果。理解每個(gè)“主題”所涵蓋的物理知識(shí)內(nèi)容，是學(xué)生發(fā)展“物理觀念”的基礎(chǔ)，從標(biāo)準(zhǔn)中的“主題”到核心素養(yǎng)中的“觀念”，其中蘊(yùn)含著學(xué)生將物理知識(shí)整合、內(nèi)

4、化、提煉、升華的過(guò)程?？梢?jiàn)，高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)中提出的物理觀念，是在初中物理課程基礎(chǔ)上的進(jìn)一步發(fā)展，其內(nèi)涵與許多發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)物理學(xué)科核心概念的要求也是一致的。2. 明確提出了科學(xué)思維能力和科學(xué)探究能力的要素這是從物理學(xué)科發(fā)展學(xué)生能力的角度對(duì)過(guò)程與方法目標(biāo)的提煉?？茖W(xué)思維和科學(xué)探究是從學(xué)生經(jīng)歷了科學(xué)思維和探究過(guò)程所獲得的核心素養(yǎng)的角度對(duì)課程目標(biāo)進(jìn)行的表述，是在學(xué)生身上體現(xiàn)出來(lái)的可觀察、可測(cè)評(píng)的學(xué)習(xí)結(jié)果?？茖W(xué)思維是從物理學(xué)視角對(duì)客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認(rèn)識(shí)方式；是基于經(jīng)驗(yàn)事實(shí)建構(gòu)理想模型的抽象概括過(guò)程；是分析綜合、推理論證等方法的內(nèi)化；是基于事實(shí)證據(jù)和科學(xué)推理對(duì)不同觀點(diǎn)和結(jié)論提出質(zhì)疑、

5、批判，進(jìn)而提出創(chuàng)造性見(jiàn)解的能力與品質(zhì)?？茖W(xué)思維能力主要包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證和質(zhì)疑創(chuàng)新?？茖W(xué)探究是指提出科學(xué)問(wèn)題，形成猜想和假設(shè)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制訂方案，獲取和處理信息，基于證據(jù)得出結(jié)論并做出解釋，以及對(duì)科學(xué)探究過(guò)程和結(jié)果進(jìn)行交流、評(píng)估、反思的能力?？茖W(xué)探究不僅是一種科學(xué)學(xué)習(xí)的主要方式，是形成其他物理核心素養(yǎng)的主要途徑，而且對(duì)學(xué)生的提出問(wèn)題能力、批判性思維能力、交流和合作能力等綜合能力的形成具有重要價(jià)值?？茖W(xué)探究能力主要包括問(wèn)題、證據(jù)、解釋、交流四個(gè)方面。3. 明確提出了科學(xué)本質(zhì)和社會(huì)責(zé)任科學(xué)態(tài)度與責(zé)任是指在認(rèn)識(shí)科學(xué)本質(zhì)，理解物理學(xué)與技術(shù)、社會(huì)和環(huán)境之間的關(guān)系基礎(chǔ)上，逐漸形成的對(duì)科學(xué)和技

6、術(shù)應(yīng)有的正確態(tài)度以及責(zé)任感，是學(xué)生通過(guò)物理學(xué)習(xí)而形成的關(guān)鍵品格，對(duì)于學(xué)生正確的世界觀、價(jià)值觀和社會(huì)責(zé)任感的形成具有重要的價(jià)值?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任主要包括科學(xué)本質(zhì)、科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任。這是科學(xué)本質(zhì)術(shù)語(yǔ)第一次進(jìn)入我國(guó)的物理課程目標(biāo)。早在2001年頒布的初中科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)就已經(jīng)提出對(duì)認(rèn)識(shí)科學(xué)本質(zhì)的要求。認(rèn)識(shí)科學(xué)本質(zhì)是指對(duì)于科學(xué)知識(shí)、科學(xué)研究過(guò)程和方法、科學(xué)事業(yè)等方面最基本特點(diǎn)的認(rèn)識(shí)。學(xué)校理科課程中應(yīng)該包括哪些有關(guān)科學(xué)本質(zhì)方面的觀念呢？這個(gè)問(wèn)題在國(guó)際科學(xué)教育領(lǐng)域已經(jīng)基本達(dá)成共識(shí)，主要包括以下內(nèi)容。（1）關(guān)于科學(xué)知識(shí)的認(rèn)識(shí)主要是科學(xué)知識(shí)的確定性和發(fā)展性。學(xué)生應(yīng)該了解為什么很多科學(xué)知識(shí)，尤其是學(xué)校科學(xué)課程中教的

7、知識(shí)，是已經(jīng)被充分地證明過(guò)的且不受懷疑的，而其他一些科學(xué)知識(shí)則是更開(kāi)放的、接受質(zhì)疑的。這應(yīng)該解釋為現(xiàn)代大部分科學(xué)知識(shí)是人類認(rèn)識(shí)已經(jīng)達(dá)到的最好水平，但如果有新的證據(jù)或?qū)υ凶C據(jù)有新的更合理的解釋出現(xiàn)時(shí)，它可能在未來(lái)發(fā)生變化。通過(guò)科學(xué)知識(shí)的歷史發(fā)展可以說(shuō)明這一點(diǎn)。（2）關(guān)于科學(xué)研究的過(guò)程和方法的認(rèn)識(shí)科學(xué)方法與批判性驗(yàn)證：學(xué)生應(yīng)知道科學(xué)運(yùn)用實(shí)驗(yàn)的方法驗(yàn)證觀點(diǎn)，有時(shí)候?yàn)檫_(dá)到目的需要運(yùn)用一定的技術(shù)（如條件控制技術(shù)）；學(xué)生也應(yīng)該清楚，一個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果不能有效地證明一個(gè)科學(xué)論斷。假設(shè)與預(yù)測(cè)：學(xué)生應(yīng)了解科學(xué)家們形成對(duì)自然現(xiàn)象的假設(shè)和預(yù)測(cè)是形成新知識(shí)的必要環(huán)節(jié)。科學(xué)思維的多樣性：學(xué)生應(yīng)該了解在科學(xué)研究中科學(xué)家運(yùn)用

8、一系列的方法和手段，但并不存在一個(gè)統(tǒng)一的或唯一的科學(xué)方法和研究途徑?？茖W(xué)的創(chuàng)造性：學(xué)生應(yīng)領(lǐng)會(huì)到科學(xué)同人類其他許多活動(dòng)一樣，是一種包含了很多創(chuàng)造與想象成分的活動(dòng)。一些科學(xué)成果是超常的智力成果。同其他很多職業(yè)一樣，科學(xué)家們有著同樣的熱情，并沉浸于依賴靈感和想象的人類事業(yè)中。科學(xué)與提出問(wèn)題：學(xué)生應(yīng)知道一個(gè)科學(xué)家工作的重要方面就是不斷地和反復(fù)地提出問(wèn)題和尋求答案，之后引發(fā)新的問(wèn)題。（3）關(guān)于科學(xué)事業(yè)的認(rèn)識(shí)科學(xué)知識(shí)發(fā)展過(guò)程中的合作與協(xié)作：科學(xué)工作是一個(gè)公共的競(jìng)爭(zhēng)性的活動(dòng)，盡管個(gè)人可以做出重大貢獻(xiàn)，科學(xué)工作還是經(jīng)常由群體實(shí)施，經(jīng)常具有一種跨學(xué)科和跨國(guó)家的性質(zhì)。新知識(shí)通常要由科學(xué)共同體接受并承認(rèn)，并必須經(jīng)得

9、起共同體的質(zhì)疑和批評(píng)。科學(xué)與技術(shù)的相互作用：學(xué)生應(yīng)該了解盡管科學(xué)與技術(shù)存在重大差異，但二者卻不斷地發(fā)生相互作用。新知識(shí)的發(fā)現(xiàn)依賴于技術(shù)的運(yùn)用，同時(shí)新知識(shí)又能促進(jìn)新技術(shù)的發(fā)明。社會(huì)責(zé)任包括“科學(xué)倫理”和“STSE”?？茖W(xué)倫理，是指在學(xué)習(xí)、研究和應(yīng)用科學(xué)的過(guò)程中，應(yīng)該考慮和遵守的規(guī)范準(zhǔn)則，如應(yīng)實(shí)事求是，不能弄虛作假，應(yīng)顧及他人的利益，不對(duì)人類和自然帶來(lái)不利影響等。STSE是“科學(xué) 技術(shù) 社會(huì) 環(huán)境”的英文縮寫(xiě)。上述物理核心素養(yǎng)的四個(gè)方面是相互聯(lián)系、共同發(fā)展的，物理觀念的形成過(guò)程是學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)思維和科學(xué)探究的過(guò)程，同時(shí)伴隨著科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任感的發(fā)展過(guò)程和對(duì)科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)不斷深化的過(guò)程。二、核心素養(yǎng)

10、引領(lǐng)下的中學(xué)物理教學(xué)發(fā)展學(xué)生的物理核心素養(yǎng)是基礎(chǔ)教育階段物理課程的共同目標(biāo)，初中物理是高中物理學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，是核心素養(yǎng)發(fā)展的重要階段。從我國(guó)目前的物理教學(xué)情況來(lái)看，需要重點(diǎn)關(guān)注以下三個(gè)方面。（一）圍繞物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)與相互作用、能量發(fā)展學(xué)生的物理觀念，關(guān)注小學(xué)、初中、高中之間的銜接在目前的教學(xué)情況下，學(xué)生物理觀念的發(fā)展情況如何呢？近幾年來(lái)，我們研究團(tuán)隊(duì)做了大樣本調(diào)查，請(qǐng)看下面兩道測(cè)題示例。測(cè)題示例1：請(qǐng)寫(xiě)出圖中相應(yīng)序號(hào)的物態(tài)變化名稱及吸、放熱情況。本題考查了北京市某區(qū)8年級(jí)和9年級(jí)的學(xué)生，各小問(wèn)學(xué)生正確作答的人次百分比如表所示。從表中可以看出，除第（5）小問(wèn)以外，8年級(jí)學(xué)生在本題上正確作答的人次百分比

11、都高于9年級(jí)學(xué)生。由于8年級(jí)學(xué)生剛學(xué)習(xí)完物態(tài)變化的相關(guān)知識(shí)，所以記憶較為深刻。而9年級(jí)學(xué)生學(xué)習(xí)物態(tài)變化已經(jīng)時(shí)隔一段時(shí)間了，顯然部分學(xué)生沒(méi)有內(nèi)化相關(guān)知識(shí)，所以再遇到時(shí)就不能正確再現(xiàn)物態(tài)變化相關(guān)知識(shí)。而在第（5）小問(wèn)上，9年級(jí)學(xué)生作答正確率明顯高于其他小問(wèn)，這主要是由于學(xué)生受到“液化放熱”示例的提示，喚起了對(duì)液體到氣體的物態(tài)變化的記憶。測(cè)題示例2：各年級(jí)學(xué)生答題情況如下表所示。從表中可以看出，選擇正確答案C選項(xiàng)的學(xué)生比例逐年升高。7、8年級(jí)的學(xué)生以選擇B選項(xiàng)居多，這些學(xué)生多是由于局部推理，他們對(duì)小球的整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程感到迷茫，故只對(duì)比較確信的部分過(guò)程采用局部推理，認(rèn)為小球最遠(yuǎn)只能到達(dá)與C點(diǎn)等高的E點(diǎn)。

12、選擇D選項(xiàng)的學(xué)生在7年級(jí)到9年級(jí)逐年遞增，在學(xué)完高一的課程后明顯減少。選擇D選項(xiàng)的學(xué)生錯(cuò)誤地調(diào)用了慣性來(lái)解答，而且他們對(duì)慣性的理解也有偏差，所以認(rèn)為小球會(huì)到G點(diǎn)甚至更遠(yuǎn)。這反映出初中階段對(duì)機(jī)械能守恒和慣性的教學(xué)沒(méi)有達(dá)到理想的效果，多數(shù)學(xué)生不具有能量守恒的觀念，而且他們理解的慣性和物理課程中學(xué)習(xí)的慣性并不一致，稍加誤導(dǎo)學(xué)生就會(huì)采用對(duì)慣性的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)來(lái)進(jìn)行分析判斷，做出錯(cuò)誤的預(yù)測(cè)。結(jié)合我們所做的課堂觀察和測(cè)試結(jié)果，發(fā)現(xiàn)教學(xué)中普遍存在學(xué)段之間的斷層現(xiàn)象，學(xué)生在測(cè)試中表現(xiàn)出知識(shí)碎片化，不能形成系統(tǒng)的知識(shí)結(jié)構(gòu)，缺乏上位的物理觀念；模型建構(gòu)能力較差；科學(xué)論證缺乏證據(jù)意識(shí)；科學(xué)推理邏輯不嚴(yán)謹(jǐn)。針對(duì)這些問(wèn)題，迫

13、切需要用物理核心素養(yǎng)引領(lǐng)小學(xué)、初中、高中之間的銜接，關(guān)注學(xué)生物理觀念和能力的連續(xù)發(fā)展。（二）深入挖掘中學(xué)物理課程中蘊(yùn)含的科學(xué)思維教育價(jià)值，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維和探究能力以模型建構(gòu)為例，初中物理教學(xué)中的模型有很多，例如：勻速直線運(yùn)動(dòng)，力的圖示，重力場(chǎng)，連通器，杠桿，物質(zhì)結(jié)構(gòu)的微觀模型，光線，電路圖，磁感線，宇宙模型，原子模型，微觀粒子模型等。在教學(xué)中，教師不但要引導(dǎo)學(xué)生了解物理學(xué)的研究需要建構(gòu)模型，還要帶領(lǐng)學(xué)生經(jīng)歷建構(gòu)模型的過(guò)程，了解初中物理中所建構(gòu)的模型是有局限性的，在以后的學(xué)習(xí)中需要進(jìn)一步修正和完善。這樣不但能為學(xué)生進(jìn)入高中物理的學(xué)習(xí)留下發(fā)展空間，而且能幫助學(xué)生深化對(duì)科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)。下面再以北

14、師大版初中物理教材中的“議一議”欄目為例說(shuō)明科學(xué)論證的結(jié)構(gòu)：兩名宇航員在國(guó)際空間站外進(jìn)行太空行走，他們能否像在地球上那樣直接面對(duì)面交談呢？說(shuō)出你的判斷和依據(jù)。本例中科學(xué)論證模型要素如下：資料：太空行走的宇航員 限制條件：面對(duì)面交談 正當(dāng)理由：真空不能傳聲 支持：聲音的傳播需要介質(zhì) 主張：不能 反駁：可以借助其他介質(zhì)由上述結(jié)構(gòu)模型可見(jiàn)，科學(xué)論證中除了證據(jù)之外，還包含科學(xué)推理和質(zhì)疑（反駁）等要素，前述科學(xué)思維中的四個(gè)方面也是相互聯(lián)系的，在科學(xué)探究中也包含了科學(xué)思維。（三）用核心素養(yǎng)引領(lǐng)中學(xué)物理教學(xué)設(shè)計(jì)1. 基于物理核心素養(yǎng)進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容分析，確定教學(xué)

15、重點(diǎn)首先用物理觀念統(tǒng)領(lǐng)物理概念、物理規(guī)律的教學(xué)，具體分析該課題在發(fā)展學(xué)生物理觀念中的地位和作用；然后分析該課題對(duì)發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維能力和探究能力的價(jià)值，具體內(nèi)容有助于發(fā)展哪些思維能力和探究能力要素；再分析該課題與學(xué)生生活、科技、社會(huì)有哪些聯(lián)系，蘊(yùn)含哪些科學(xué)本質(zhì)、STSE的教育因素。例如，初中物理杠桿課題內(nèi)容分析如下。（1）物理觀念：運(yùn)動(dòng)和相互作用物體運(yùn)動(dòng)有不同形式：平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)等。平衡狀態(tài)：杠桿靜止或勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)。杠桿平衡的條件。（2）科學(xué)思維建構(gòu)模型：杠桿、杠桿的平衡條件?？茖W(xué)探究：在建立杠桿模型后，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究杠桿，可以發(fā)展學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與操作的能力。（3）科學(xué)態(tài)度與責(zé)任杠桿在生產(chǎn)、生活中

16、的應(yīng)用等。2. 基于物理核心素養(yǎng)進(jìn)行學(xué)情分析、確定教學(xué)難點(diǎn)首先針對(duì)該課題具體分析學(xué)生現(xiàn)有的物理觀念、科學(xué)思維、實(shí)驗(yàn)探究能力和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的發(fā)展水平；然后分析學(xué)生從現(xiàn)有水平發(fā)展到課程標(biāo)準(zhǔn)要求水平需要經(jīng)過(guò)幾個(gè)階段，觀念和能力的發(fā)展障礙是什么。例如，初中物理杠桿課題學(xué)情分析如下。學(xué)生對(duì)杠桿具有一定的生活經(jīng)驗(yàn)，對(duì)杠桿模型中的五要素及其相互關(guān)系的理解需要一定的抽象、概括能力，特別是對(duì)力臂的理解是思維的難點(diǎn)；本課題可發(fā)展學(xué)生的運(yùn)動(dòng)觀念和建構(gòu)模型的能力，需要針對(duì)上述兩點(diǎn)采用適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)策略。3. 基于物理核心素養(yǎng)確定教學(xué)目標(biāo)具體包括物理概念、規(guī)律和相應(yīng)觀念的發(fā)展目標(biāo)，科學(xué)思維能力的具體發(fā)展目標(biāo)，科學(xué)探究能力的具體發(fā)展目標(biāo)，科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的滲透目標(biāo)。例如，初中物理杠桿課題教學(xué)目標(biāo)如下。（1）了解杠桿的運(yùn)動(dòng)，經(jīng)歷建立杠桿模型的過(guò)程，理解杠桿的五要素和平衡條件。（2）能設(shè)計(jì)和完成探究杠桿平衡條件的實(shí)驗(yàn)。（3）通過(guò)杠桿與實(shí)際生產(chǎn)、生活的聯(lián)系，體會(huì)物理學(xué)的實(shí)用性，增強(qiáng)學(xué)習(xí)物理的動(dòng)機(jī)和社會(huì)責(zé)任感。4. 設(shè)計(jì)符合學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的教學(xué)過(guò)程基于