物理核心素養視角下教師課堂教學素養的培養*

許幫正

物理核心素養視角下教師課堂教學素養的培養*

許幫正

物理核心素養的提出給物理教學的未來改革設置了精準的走向，也促使教師需要具備與之相適切的課堂教學素養。“實驗設計與操作技能”是物理教師課堂教學素養培養的基點，“單元設計與概念建構”是物理教師課堂教學素養培養的鏈環，“問題意識與證據意識”是物理教師課堂教學素養培養的關鍵。

教師素養；實驗設計；單元設計；問題意識

物理核心素養是學生通過物理學習內化的帶有物理學科特性的品質。它要求學生在經歷物理學習后形成有關物質、運動和相互作用、能量等正確的“物理觀念”，培養模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新等“科學思維”，掌握“科學探究”的方式，形成科學態度與責任。筆者認為，物理核心素養的提出給物理教學的未來改革設置了精準的走向，也促使教師需要具備與之相適切的課堂教學素養。

從課堂教學的角度解析，物理觀念的形成依托于核心概念的建立，這就要求教師首先需要對物理核心概念有清晰的把握；學生科學思維的形成與教師教學時的思維方式密切相關，教師應該善于設置清晰的問題鏈引導學生建構知識網絡、領悟物理方法；科學探究離不開問題，尤其是證據意識，這就要求教師本身應具備相應的探究能力尤其是實驗載體的設計和實際的實驗操作能力；物理本身是一門實踐性學科，也是在實踐中不斷發展的學科，實事求是的科學態度決定了物理的良性發展，這就要求物理教師在教學中應該能夠對物理學科本質有正確的認知。要培養并形成上述的素養，需要教師自身在專業領域的不斷鉆研，需要教師在課堂教學實踐中不斷積累。接下來，筆者結合自身的教研經歷談幾點看法，以供同行探討。

一、實驗設計與操作技能：物理教師課堂教學素養培養的基點

2016年11月，在揚州市梅嶺中學舉行了第二屆江蘇省基礎教育青年教師基本功大賽（初中物理），其中的實驗操作設計了三個問題，完成時間是30分鐘，具體要求如下：

題1：探究杠桿的平衡條件。

器材：杠桿，鐵支架（附十字夾），鉤碼（50g）5只，彈簧測力計1個。

要求：將鉤碼懸掛在杠桿上一側，用彈簧測力計在杠桿另一側施力，實驗探究杠桿的平衡條件，測量數據，并記錄在自己設計的表格中。

題2：測定小燈泡的額定功率。

器材：干電池2節（附電池盒），直流電流表1只，直流電壓表1只，開關1個，滑動變阻器1個，小燈泡（2.5V）及燈座1個，導線7根。

要求：畫出電路圖，連接電路，進行實驗，測量小燈泡的額定功率。

題3：估測薯條的熱值（水的比熱容：4.2×103J/（kg·℃））。

器材：薯條 2 根，5 角硬幣（m=4.5g）1 個，燒杯（有水）1個，試管1個，量筒1個，溫度計1支，塑料刻度尺1把，圓柱形鉛筆1支，鋼針1根（插在橡皮塊上），打火機1個，鐵支架（附燒杯座，鐵夾）1套。

要求：設計實驗估測薯條的熱值，記錄測量的數據（規定說明：塑料刻度尺的兩端貼有紙片，專供放置薯條和硬幣用）。

筆者當時作為實驗的評委之一，經歷了選手們的答題過程，現將相關情況做一簡單整理。

在題1中，彈簧測力計所測拉力是向下的，所以需要倒置后調零。按照要求，這是一個探究性實驗，包含的設計思想應該是分別改變阻力、阻力臂、動力臂來研究動力變化，在此基礎上得出杠桿的平衡條件。選手操作時的主要錯誤是不知道彈簧測力計倒置后如何調零，把本實驗看成驗證性實驗，直接采用掛鉤碼的方法使杠桿平衡。初中物理學習中，學生需要掌握刻度尺、彈簧測力計、天平、溫度計、電壓表、電流表的使用，按照規范要求，測量時均需要考慮校正“0”點或者具有校正“0”點意識；而驗證性實驗與探究實驗的本質區別在于根據結果已知還是未知從而采用不同的方法。筆者認為，出現錯誤的根本原因是選手平時教學時對測量工具使用規范的忽視和探究意識的缺乏。

題2中設有一個“陷阱”，當選手連接完電路后，閉合開關發現燈泡不亮，兩表也沒有示數。但是，按照比賽規定，只有選手向評委提出電路由于器材原因存在斷路問題無法實驗時，評委才會再拿出一根導線給選手并告知選手“所給導線也不知道是不是好的，你先設計實驗檢測一下”，當檢測發現所給導線是好的，選手需要再次檢測電路故障所在。在檢測故障時，只有少數選手直接用電壓表和導線快速檢測出故障所在，而大部分選手實驗都是失敗的?！皽y量小燈泡的電功率”是課程標準要求的學生必做實驗，實驗中學生碰到的實際問題往往是電路不通，而此時教師應該教會學生如何利用電壓表和導線采用逐段檢測的方式快速排除電路故障。賽后和選手交流時，他們也表示平時在實驗中主要關注的是數據分析和得出結論，而較少考慮必需的實驗技能培養。

要完成題3的實驗，關鍵是需要選手用刻度尺自制一個天平測出薯條的質量。正確的操作方式之一是先把刻度尺放在鉛筆上，調整位置使之平衡，找到刻度尺的重心位置并根據刻度計算出刻度尺的自重。然后再以插在橡皮上的鋼針作為支撐點，支撐在刻度尺的中間位置，用硬幣做砝碼，測量出薯條的質量，測量時必須扣除刻度尺自重的影響。而選手大多因為在自制天平時沒有首先想到需要算出刻度尺的質量，從而不能正確測出薯條質量。其實，利用刻度尺自制天平的習題是屢屢出現在試卷中，教師在解題時一般不會有問題，但過多的習題訓練已經使我們的物理教學變成了“紙上談兵”。

實驗設計與操作題滿分一共20分，參賽選手能得到12分以上的寥寥無幾。盡管參賽的選手都是各市選拔出來的優秀的物理教師，處于比賽環境下，緊張不可避免，但是排除客觀原因，其中暴露的系列問題的實質是物理教師實驗設計與操作技能的缺失。筆者在聽課調研中也發現，許多學校的物理教師在上課時喜歡用講實驗代替做實驗，稍微好點的是采用視頻播放實驗操作，這些與現實教育中存在的功利思想和視頻資料技術的日臻完善有很大關系。如果不改，物理教學終將會失去其誕生之初的意義，從一門實踐性學科而蛻變為一個用文字描述的虛擬世界和用習題編寫的數字計算，對學生物理核心素養的形成是非常有害的。

筆者認為，實驗之于物理就像骨骼之于人體，它是系列物理核心概念建立的基礎。例如，沒有伽利略理想實驗就沒有慣性概念的提出，不去比較壓力的作用效果就沒有壓強，沒有歐姆的實驗探究就沒有歐姆定律。作為一名物理教師，需要將實驗設計和操作技能作為物理教學素養培養的基點。

二、單元設計與概念建構：物理教師課堂教學素養培養的鏈環

在基本功大賽中，教師的授課課題是蘇科版物理教材八下第九章“力與運動”的章后小結和八下第十章“壓強和浮力”的章后小結?；镜拿}指導思想是如何用“物理的核心素養”引領物理章后復習課的設計與實施，課題有很大的自由度和創造空間，有助于評價教師較深層次的知識與能力的積淀。同時，命題者南京師范大學劉炳昇教授也希望通過此題進一步探討復習課的改革問題。

以“力與運動”為例，教材共有“二力平衡”“牛頓第二定律”“力與運動的關系”三節組成。實際授課時，有的選手著重分析了“探究二力平衡的條件”“探究阻力對物體運動的影響”二組實驗探究，給人的感覺似乎是在上新課；有的選手則著重分析了本章知識的應用，給人的感覺似乎是在講習題。當然，其中也不乏精彩課例，現整理一位優秀選手的授課流程如下：

案例1：“力與運動”授課流程（節選）。

引入：（實驗演示，如圖1）讓小球從斜面上某點由靜止滾下，最后停在粗糙水平面上的B點處。

圖1

問題：從A點到B點的過程中，小球做什么運動？原因是什么？

模塊一：喚醒記憶——核心概念的再現。

問題：同學們已經學習過“力與運動”的相關知識了，請結合實例談談對“力”“慣性”這兩個概念的認識。

學生活動：先分小組討論，再匯報自己的認識，互相補充，不斷完善。

教師參與，適度追問。

模塊二：知識的重構——知識的結構化。

問題：本章重點介紹了“力與運動”，你能把本章所學知識梳理一下嗎？

教師簡單介紹知識整理的方法：提綱形式，表格形式，樹形結構，網狀結構等。

學生建構自己的小結，教師收集2名學生的整理結果投影并組織評估。

模塊三：評價與反思——運用知識解釋現象。

活動1：反思“阻力對物體運動的影響”的探究（配演示實驗，如圖2）。

圖2

問題：實驗時每次都要讓小車從斜面上的同一點開始下滑，這樣做的目的是什么？分別選用棉布、木板和玻璃進行實驗，這樣做的目的是什么？牛頓第一定律是由實驗直接得來的嗎？有什么價值？

活動2：反思“二力平衡的條件”的探究（配演示實驗，如圖3）

問題：小紙片受力嗎？為什么能靜止？要破壞這種平衡，你有哪些做法？

活動3：知識應用。

（1）反思“測量摩擦力的大小”實驗。

在上一章 “探究影響滑動摩擦力大小的因素”實驗中，是用彈簧測力計沿水平方向勻速拉動木塊來測量摩擦力大小的?，F在，你知道為什么要用這種方法嗎？

實際操作中，彈簧測力計的示數時大時小，這是什么原因造成的？

（2）如圖4所示，一物體在大小為10N的力F作用下沿著水平桌面勻速滑動。

圖3

圖4

①請指出物體所受摩擦力的大小和方向。

②如果要使物體向左做勻速運動，那么應再給物體加一個多大的力？方向如何？請寫出必要的分析過程。（可以畫圖說明）

（3）對如圖5所示的在光滑的水平桌面上做勻速圓周運動和豎直方向上擺動的小球進行“力和運動關系”的分析。

圖5

該課最大的特點是在深入解讀教材的基礎上，沒有糾纏于每節的具體細節，而是把思維集中于核心概念和“力與運動”關系的思辨分析上，幫助學生重構起知識網絡并了解其中的方法，不失為一節優秀的章末復習課。

筆者認為，從教學設計的角度看，應提倡“單元設計”的思想，提倡在授課時依據課程標準，解讀教材結構，整體架構教學網絡，準確把握核心概念。華東師范大學終身教授鐘啟泉先生認為，著眼于學生核心素養的培養，單元設計將是撬動課堂轉型的一個支點，離開單元設計，就失去了學科的基礎，就會糾纏于“課時主義”，就會聚焦碎片化的知識點教學，導致三維目標無法融合。筆者在課堂調研中也發現，即使是新授課，也經常出現教師授課時對教材重點內容把握不準、核心概念難以有效建立的現象，如果我們有單元設計的思想，思路就會很清晰。筆者按照課標要求，對蘇科版初中物理教材的科學內容和重要的核心概念做了一個整理，具體如表1。

表1

要說明的是，表1中所列出的“密度、壓強”等核心概念不可能在一堂課中就得以建立，學生一般是在多個章節學習的基礎上逐步達到認知建構的。例如“密度”的教學該如何設計呢？我們首先需要考慮課標要求，再分析教材結構，依據章節內容設計系統的學習方案，組織學習并實施評價，這就是“單元設計”的思想。所以，要讓物理核心素養落地，教學設計的基本鏈環應是“核心素養—課程標準—單元設計—學習評價”。我們應倡導單元設計成為集體備課的中心議題，在區域性的課標或教材培訓、日常的集體備課等活動中突出單元設計，著力避免教師游離于教育活動的基本鏈環之外；應鼓勵教師在獨立備課時，加強對教材文本的研讀，鼓勵在指向學生學習的活動設計中彰顯教師個性和智慧。

三、問題意識與證據意識：物理教師課堂教學素養培養的關鍵

為評估教師的實驗教學組織能力，筆者不久前組織了一次無錫市實驗教學比賽和研討活動，所選課題為蘇科版第六章第二節“測量物體的質量”，本節主體內容是用天平測量“一枚回形針的質量”和“測量瓶中水的質量”。其中的一節課讓大家眼睛一亮，其基本的授課流程如下——

案例2：“測量物體的質量”授課流程（部分）。

第一模塊：復習天平的使用規則。

（1）請學生觀察天平并說出天平的最大稱量和最小分度值。

（2）請學生先估計、再測量一樣學習用品質量，抓拍學生測量瞬間（主要是不規范或錯誤之處）直接投影到屏幕上，組織學生評估糾錯。

第二模塊：測量一枚回形針的質量。

（1）不限方法，讓學生測量并匯報數據。

學生匯報結果：1枚 0.6g；20枚 10g，每枚0.5g；40 枚 19.2g，每枚 0.48g。

（2）數據分析：你認為哪一組誤差小？

當學生回答“測40枚的誤差小”時，教師反問“依據呢？”

教師拿出“電子天平”直接稱量1枚回形針，顯示是“0.462g”，說明確實是測量40枚的誤差小。

教師接著問：我們應該選用多少枚比較合適呢？

圖6

請學生注意觀察銘牌（圖 6）并思考。學生注意到銘牌上有一個min=4g，教師解釋此數值的含義，該天平測量質量小于4g的物體時，誤差比較大。并且指出很多測量儀表當所測值過小時，誤差都比較大，如以后要學習的電能表、家中的水表等。

本節課中，授課教師沒有重復介紹天平使用的注意點，而是組織學生實測，并把測量中所捕捉到的問題直接呈現，學生在真實的問題評估中掌握正確的使用方法。在測量回形針的質量時，授課教師沒有直接說明采用哪種測量方法，而是讓學生自由地選擇方法進行測量，測量結束后也沒有肯定哪一種方法誤差更小，而是用更精密的天平測出回形針的質量，作為比較的依據，在基于證據的比較下確定最佳測量方案。難能可貴的是，授課教師對天平銘牌的分析很透徹，使得學生了解到更多的測量知識。物理學的根本任務是探索自然的奧秘，它是基于問題驅動的一門科學，是需要證據支撐的一門科學。與此相對應，物理教學的根本任務之一就是培養學生的問題意識和證據意識。

綜上所述，要培養學生的核心素養必須要培養教師的課堂教學素養。物理學科的特質決定了一名優秀的物理教師應該具有相應的實驗設計和操作技能，應該具有問題意識和證據意識，這是組織科學探究、培養物理思維所需要的；同時應熟悉物理課程標準、具有單元設計思想，從而更好地幫助學生建立和理解物理核心概念，在完善知識體系建構的同時形成對物質世界的正確認知。另外，課堂教學素養的培養離不開教育的實踐，我們需要堅守對教育的信仰，做一名真正的教學研究者。

G633.7

A

1005-6009（2017）83-0017-04

許幫正，江蘇省無錫市教育科學研究院（江蘇無錫，214001）教研員，正高級教師，江蘇省特級教師，全國優秀教師，“江蘇人民教育家培養工程”培養對象，江蘇省“333高層次人才培養工程”培養對象，長三角初中物理學科專家，蘇州大學物理專業教育碩士研究生導師。

*本文系江蘇省教育科學“十三五”規劃2016年度課題“基于物理核心素養的課堂教學‘單元設計’”（課題編號：R-c/2016/07）的研究成果。