課堂教學中落實物理學科素養的關鍵問題

摘 要：課堂教學中如何落實物理學科核心素養是新課程實施的首要任務.教師必須深度理解核心素養、學科核心素養和物理學科核心素養的基本概念，深度理解物理學科核心素養的層次結構;必須明確核心素養培養的主要途徑是學科教學，而學科教學中培養核心素養關鍵在于課堂.課堂教學中培養學生的物理學科素養可把重點放在以下幾個方面：用學科核心素養的二級指標清晰表達課堂教學目標;用大概念的理念促成學生物理觀念的形成和發展;用證據意識與模型構建的方式促成學生科學思維發展;強化原始問題的抽象表征，強化問題的探究性設計;注重課堂教學中學生自主學習活動和自主操作活動的設計和實施.

關鍵詞：核心素養;物理學科素養;課堂素養目標;大概念

文章編號：1008-4134（2019）17-0009中圖分類號：G633.7文獻標識碼：A

作者簡介：曹寶龍（1960-），男，浙江富陽人，博士，博導，教授，中學正高級教師，物理特級教師，教育部課程教材專家委員會委員，高中物理課標修訂組核心成員，人教社2017版高中《物理》主要作者兼分冊主編，研究方向：學科教育（物理學、科學）與心理發展、教學管理與研究.

教育部頒布2017版的普通高中課程標準后，全國將陸續進入新的課程體系.今年秋季全國大部分省（市）的高一新生將使用新的課程.前兩年，關于新課程標準的實施我們也進行了很好的研究，教師也獲得一定程度的培訓.面對新的課程，學科教學中如何落實課程標準的要求還是一個難題，很多問題還存在誤區或模糊認識.本文就目前我們教師對新課程的認識談幾個基本問題的認識，供大家參考.

1 關于素養的概念體系

1.1 核心素養的概念

素養是在先天素質的基礎上后天形成的能力和品格.核心素養是學生在接受教育過程中，逐步形成的適應個人終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力[1].從這個定義我們可以直接獲得三個方面的含義：（1）核心素養包括必備品格和關鍵能力兩個方面;（2）核心素養是通過教育之后形成的，即它不是先天稟賦，而是先天稟賦基礎上的后天培養而獲得的;（3）核心素養在個人發展和社會發展兩方面需要.

長期以來，我們一直認為人的素養決定于人的認知水平，培養人的素養主要是培養人的認知水平.我們認為通過教育提高學生的認知水平就是素養培育的全部.近年來，心理學和教育學的大量研究證實：單純的重視培養認知能力不能獲得最好的教育效果，而非認知領域的動機、態度、情緒、性格等因素對人的成長有重要影響[2].從素養的定義我們也可以看到，素養培育不僅要培養學生的能力，品格培養更為重要.如果我們培養的人是“高能力低品格”的，甚至于惡劣品格的，那么我們等于為社會培養了一個“毒瘤”或“定時炸彈”.因此，從人的培養的意義來說，培養學生良好的品格是教育的底線.

1.2 核心素養的理解

中國學生發展核心素養把學生的核心素養表達成一個全面發展的人，應該具備三個方面的素養：文化基礎、社會參與和自我發展;包括六大素養（即文化底蘊、科學精神;責任擔當、實踐創新;學會學習、健康生活），涵蓋十八個要點[3].本質上這是描述人的素養的一個理想化模型.理解這個模型要注重幾個方面：

（1）學生發展核心素養是一個體系，各大素養之間具有整合性.學生發展的六大素養之間是相互聯系的相對獨立關系，各個素養之間既相互關聯又具有一定的獨立性.例如，發展學生的科學精神需要文化底蘊，也需要學生積極的社會參與和實踐創新活動，同時科學素養的培養離不開自我發展.為什么科學精神又獨立成為一個素養？主要是科學領域有獨特的思維方式和問題解釋和解決方式，科學活動需要這種獨特素養的支持.

（2）素養之間沒有高低貴賤之分.有人會問：六大素養（或十八個要點）哪個更重要？這個問題沒有意義.因為六大素養是緊密聯系的一個整體，相互之間是協同發展的關系，最后使人獲得全面發展.另一方面，如果從模型的類型來說，這樣的分類方法是要素分類法.在要素分類法中各個因素沒有重要和不重要之分.正如我們把人分成男人和女人，如果問男人和女人相比哪個更重要是沒有意義的.

（3）某個學科的教育活動對六大素養都會有貢獻，但側重的素養不同.文史學科與科學領域的學科所側重的方面顯然是不一樣的.科學領域的學科能有效地培養學生的科學思維能力（例如證據、模型、解釋等），這與文史類學科的側重素養是有區別的.

（4）核心素養是知識、能力和態度等的綜合體現.個人的知識是人對外部世界的認識，它可以通過直接經驗學習或間接學習獲得.能力是在知識的基礎上的發展，是人們運用已有的知識對外部世界的解釋或對外部世界問題的解決.因此，沒有知識不可能有能力，知識是能力發展的前提和基礎.態度是興趣、動機等方面的表現，包括自我認識、自我管控等方面.態度既是對人的認知過程和問題解決過程等的認識與管理，又是高層次能力發展的需要.總體上來說，態度屬于品格范疇.

（5）核心素養具有發展連續性和階段性.學生發展核心素養是一個連續發展的過程，高中學生的素養是以義務段教育為基礎，在義務教育階段形成素養的基礎上的進一步發展.因此，我們不能認為高中學生需要的科學素養就是小學生需要達成的.

（6）發展學生核心素養已經成為世界各國教育改革的主流方向.教育的根本目標是為學生適應社會、服務社會打下基礎，而適應社會能力的關鍵在于學生的全面而有個性的素養發展.因此，發展學生核心素養是教育的目標，而學科核心素養的培養必定是學科教育的目標.

2 物理學科核心素養

2.1 物理學科素養的概念

在普通高中課程設計中，為了落實發展學生核心素養的目標，高中各學科分別根據自己學科的特點，提出了學科核心素養.學科核心素養是經過學科教育后學生所獲得的適應社會和個人生活所必需的學科必備品格與關鍵能力.物理學科核心素養包括物理觀念、科學思維、科學探究和科學態度與責任等四個方面[4].

（1）物理觀念.物理觀念是學生經過物理概念與規律的學習之后，在自己頭腦中形成的物質觀、運動與相互作用觀和能量觀.物理觀念并不是物理概念與規律這些知識本身，而是學習者經過一定的學習過程后所形成的對物理事實、物理問題、物理概念和規律的理解與認識，它是物理概念與規律在學習者頭腦中的升華.有人認為，物理觀念無非是當一切已學過的東西都忘記后所剩下來的東西[5].這是有一定道理的，主要強調的是物理觀念是經過物理學習過程中學習者對物理學習內容進行深度加工后才能獲得的那些東西.

（2）科學思維.科學思維是根據物理學科的本質特性而形成的關于物理概念與規律的認識方式;是基于經驗事實進行模型建構;是基于科學事實的證據進行綜合分析與推理的方法;是基于事實證據進行科學論證和質疑.因此，科學思維主要包括模型建構、科學推理、科學論證和質疑創新.科學思維是科學學習與研究的主要內隱性活動方式，它是學習者對物理問題的解釋和解決的關鍵.只有具備科學思維的人才有可能進行有效的科學探究，才能有效地解決物理問題.

（3）科學探究.科學探究是科學學習的主要方式，是科學思維支持的行為表現方式.科學探究是基于科學觀察和實驗，提出科學問題并形成基于已有事實的科學猜想或假設，設計收集證據和事實的有效方案，并對證據進行解釋、交流、評估和反思的科學活動.因此，科學探究主要包括問題、證據、解釋和交流.

（4）科學態度與責任.科學態度與責任是學生學習探究科學的心理與行為基礎，是學習者對科學本質的認識，是對科學·技術·社會·環境的深度理解，是學習過程形成對科學探究的動力、持久力和嚴謹的態度、科學道德及社會責任.因此，它包括科學本質、科學態度與責任.

2.2 物理學科核心素養的層次結構

從以上分析我們可以看出，物理學科核心素養是具有層次結構的，一級維度是四大素養，而在四大素養下面有一批二級維度的指標，見表1.

3 物理學科素養的培養

3.1 素養的形成途徑

素養不可能用告訴學生以學生接受的方式來獲得.素養包括兩部分：能力和品格.我們知道，能力的本質是個體面對任務環境時所表現的適應性行為.所以能力的獲得只能通過學生自主學習、教師指導的方式才能獲得.品格的本質是個人對處境的回應方式.學生面對任務或處境時能夠正確評估自己所處的環境，

然后作出合理的回應方式，這就是品格的本質涵義.當然，能力涉及行為的適應性，品格涉及的是回應方式（態度與行為）的合理性、合適性.因此，素養的形成主要是通過學生的自主活動、自主操作和自主體驗活動.

物理觀念的形成主要應該注重物理大概念的學習，以物理概念和規律的深度理解與應用使學生逐步形成整個物理課程體系的大概念.物理觀念的形成可以用以下有效措施：加強概念聯系，把概念“做大”;將新概念的學習融合于已有的概念體系;將概念盡可能拓展到一般性的適用范圍;用大概念視角解釋和解決問題;注重概念建立、概念應用的過程與實際情境的聯系;合理設計課堂教學的物理觀念目標[6].

科學思維的培養主要應該著力于學生的模型建構能力、科學推理能力、科學論證能力和質疑創新能力.物理模型可有效解釋或解決問題，我們要重視對模型的深度理解和靈活運用能力的培養[7].科學推理是科學思維的重要方面，是從尋找的有效證據和已有理論出發向未知的領域認識的重要方法.高中物理教學中在概念學習、規律探索、實驗探究和問題解決等方面都有相當多的案例和材料來對學生進行各種推理能力的培養，包括歸納推理、演繹推理和類比推理等形式[8].科學論證是對證據的有效性與合理性進行評估，并用證據解釋問題和用證據解決問題的能力.科學論證能力的培養應該重在對證據的理解和評估、運用證據解決問題、用證據解釋現象、用證據預測可能發生的現象或用證據形成猜想等方面.這當然是科學思維的核心能力之一.質疑是創新的前提，沒有質疑意識與能力就不可能有科學創新，質疑的關鍵在于培養學生用證據、事實來推斷科學結論的意識和能力，和對事實進行深度理解與解釋的能力.

科學態度與責任的培養要抓住兩點：一是科學本質教育;二是科學·技術·社會·環境.要認識到科學本質教育的重要性;研究與實施基于物理課程的科學本質教育的內容;在物理課程中融入物理學史、科學哲學和科學社會學的內容[9].

3.2 學科素養的課堂培養

（1）課堂是培養學生素養的主要渠道.高中課程體系的基本思想是用各學科核心素養的培養基本完成學生核心素養發展的總體任務;以學科課堂教學完成學科核心素養的培養任務.因此，核心素養的培育和發展主要在課堂，我們不需要在課堂以外添加不必要的“活動”.課堂教學的素養觀念是教師必須首先建立的，課堂的素養培育方法是我們必須重點關注的.

（2）素養觀既要從單元整體來認識，更要注重每一節課的素養目標.很多學者提出，用大單元的教學設計才能完成素養培育的任務[10].從物理學科來看，大單元固然重要，但更重要的是每一節如何落實物理素養.如果單節課本身不能體現和培養物理素養，那么N節課組成的大單元也不可能落實素養發展的任務.我們的研究表明，課堂教學可以用素養目標來表達[11]，用素養表達的目標可以用素養理念的教學設計來培養學生的核心素養[12].因此，素養的培養關鍵在于我們教師在設計和實施每一節課時都要有素養理念和素養培養策略.

3.3 素養培養的基本策略

（1）以素養表達課堂教學目標.目標是一堂課的出發點，也是一堂課所求的功效.前一輪我們實施的三維目標（知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀）對課堂教學中培養學生的能力和素養起到了相當重要的作用，但其內存的邏輯和實施的有效性還存在一些問題[13].物理學科核心素養體系為我們設計課堂教學目標提供了很好的學科導向標.一般來說，我們建議用表1中14個二級維度的素養來表達課堂教學目標.操作方法如下：①認真研究本節課的學習內容，分析和確定本節課涵蓋的課堂素養目標;②從學生基本學習能力和教材的基本要求兩方面研判每一條素養需要達到的等級水平;③以二級學科素養為基礎的目標體系的語言準確表達課堂教學素養目標的維度和等級水平[14].

（2）用大概念的理念促成學生物理觀念的形成和發展.用告知或簡單的歸納方法讓學生學到的概念只能是淺表層次的，不能在學生自己頭腦中真正建立起有效的觀念.例如，密度的概念不能只要求學生知道是質量與體積之比，這種比值定義的物理量往往表示物質的某種性質.但密度是什么性質呢？其實它表達的是物質內部相互之間排列的致密程度.如果從這個意義出發，我們可以用一維密度、二維密度、三維密度和四維密度的生活案例使學生得到深度理解.這樣才能使學生在密度概念的學習中獲得一輩子都不會忘的觀念：密度就是描述物質致密情況的物理量.人口密度、空氣質量指數等其實都是密度，質量與體積之比其實是在三維層面上表達所能描述的物質的致密性程度的物理量，即是關于物質分布的三維密度（質量的三維密度）[6].再如，某人托著一個物體在空中堅持1分鐘沒有發生移動，問此人是否做功？我們很多人認為不做功.其實這是錯的.正確的理解是這個人沒有做宏觀意義上的機械功，但這個人肌肉張緊度的變化活動促成體內的化學能發生轉化，所以此人是做功的，但不是機械功;如果我們考慮這個人在托舉過程中會發生肌肉擅動現象的話，這個人也是做機械功的.因此，概念的理解必須從實際情境出發使學生有深度解析能力.

（3）用證據意識與模型構建的方式促成學生科學思維發展.科學思維的主要特征是用證據進行推理和論證，用模型解釋科學現象.證據可以使科學建立在可靠的基石之上，模型可以使科學問題變得更清晰.因此，科學思維是科學素養或者說人的整體素養的重要組成.例如做簡諧運動的單擺的擺球經過平衡位置時，是否處于平衡狀態？很多教師用相當多的時間給學生解釋所謂“平衡位置不平衡”的問題.其實這也是錯誤的.平衡位置應該是平衡的，不然怎么稱為平衡位置呢？單擺做簡諧運動的條件是擺角足夠小，小到什么程度呢？小到單擺的軌跡可以看成直線.一般我們認為5°以內就可以看成直線.當然這樣說是有誤差的，這個誤差就是直線與曲線之間的差異.所以從模型來理解，做簡諧運動的單擺擺球的運動是來回往復的直線運動，所以不存在“最低點”的問題，豎直方向也是平衡的.顯然，我們說豎直方向小球受到的拉力和重力相等的結論是有誤差的，但這個誤差與軌跡的直線與曲線的誤差完全相同的.因此，如果你承認單擺做簡諧運動，你就必須承認平衡位置是平衡的.這個案例中，我們用到了模型思想、證據意識和科學論證與推理幾個方面的素養，當然也有質疑精神.

（4）強化原始問題的抽象表征，強化問題的探究性設計.物理學是一門研究自然界物質運動與相互作用現象的學科，是建立在理想化概念（模型）基礎上的學科.學生的學習往往停留在只能解決理想化情境的問題，而對于未經加工處理的反映真實情境的原始物理問題不能很好處理和解決.因此，教學設計中要盡可能多地反映真實情境的原始問題.從原始問題轉化到符合物理概念和規律需要的理想化問題，往往需要對原始物理問題的各種條件進行分析與比較，突出研究影響問題的主要因素，而忽略影響不大的次要因素，這種對于原始問題進行抽象概括的方法就是構建問題模型的方法.對原始問題合理地進行理想化的能力是重要的科學素養，它反映了學生面對復雜情境的適應性水平.例如，在水平地面上以一定速度騎自行車的人，在自行車轉彎時自行車與地面之間的夾角最小值可以達到多少？這個問題是一個實際問題，這里必須考慮幾個方面：什么因素對自行車的轉彎產生影響？自行車可以看成質點來研究嗎？轉彎時自行車為什么要傾斜？什么情況下自行車輪胎與地面之間發生滑動？對這些問題的思考與研究過程就是對問題進行抽象和建模的過程.原始物理問題不僅能促進學生物理問題表征能力的發展，而且能促進物理思維能力的發展，從而更好地發展學生的物理素養[7].

（5）注重課堂教學中學生自主學習活動和自主操作活動的設計和實施.簡單的“教師講學生聽”的模式不可能有效地培養學生的素養，素養的培育應該以“學生自主學習，教師適時指導”的方式進行.例如學生是否會游泳，是否會開車屬于素養（或能力）問題.這些素養的獲得只能通過學生自主進行的活動過程才能獲得;我們對學生講一百遍游泳的動作要領或者示范一百遍游泳的動作都沒有用，學生還是不會.因為這種能力層次的素養只能讓學生自主操作才能獲得，你要學什么能力必須操作什么活動.例如，學游泳的人必須自己去游泳;學打球的人必須自己去打球;學演講的人必須自己去演講.所以，課堂教學中學生獲得素養的主要途徑是自主學習、自主操作、自我體驗、自我歸納、自主運用.因此，重素養培育的課堂必定是學生“學”的成份特別多，教師“教”的比例特別少，有限的教師的“教”只能用在學生充分體會后才實施，教師不能過多地干預學生的學習活動.

參考文獻：

[1]林崇德.中國學生核心素養研究[J].心理與行為研究，2017，15（02）：145-154.

[2]熊昱可，許祎瑋，王泉泉等.核心素養研究的基本思路與方法路徑[J].北京師范大學學報（社會科學版），2018（01）：41-48.

[3]林崇德.構建中國化的學生發展核心素養[J].當代教育家，2017（02）：10-13.

[4]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（修訂版）[M].北京：人民教育出版社，2018.

[5]蔡鐵權，鄭瑤.物理觀念的物理教育價值——物理觀念教育思考[J].物理教學，2018（12）：4-7.

[6]曹寶龍.用大概念教育促進高中物理觀念的形成與發展[J].物理教學探討，2019（01）：1-6+11.

[7]曹寶龍.物理模型的建構與教學建議[J].物理教學探討，2016（05）：1-5.

[8]俞國富.科學推理及其在高中物理教學中的策略[J].中學物理，2019，37（09）：20-24.

[9]曹寶龍.科學本質及其教學建議[J].物理教學探討，2017（09）：1-4+8.

[10]崔允漷.學科核心素養呼喚大單元教學設計[J].上海教育科研，2019（04）：1.

[11]何文明，曹寶龍.構建基于學科素養的高中物理教學目標新體系[J].物理教學探討，2017（08）：19-21.

[12]方貴榮.論物理學科核心素養的培養[J].物理教學探討，2017（10）：1-4.

[13]曹寶龍.基于素養發展的課堂教學目標體系[J].課程·教材·教法，2018（01）：49-53.

[14]臧富華，邢紅軍.原始物理問題教學——發展學生核心素養的新途徑[J].物理通報，2019（05）：2-6.