基于核心素養的高中物理概念教學設計策略探究

宋輔英

摘 要：本文通過分析物理概念教學與學科核心素養之間的關系，構建了基于核心素養的物理概念教學設計框架，并提出實施過程中的有效策略。

關鍵詞：高中物理;核心素養;設計策略

【中圖分類號】G【文獻標識碼】B? ? 【文章編號】1008-1216（2020）05B-0098-03

一、 問題的提出

概念是思維的產物，概念的教學過程存在豐富的、能夠對學習主體產生各種積極影響的“教育因子”。物理概念是物理學的基石，是展開其他內容、解決復雜問題的基礎。如何將新課程核心素養目標有效滲透到物理概念教學中，是廣大教師積極探討的問題。

近兩年的研究多探討的是，什么是學科核心素養，在概念教學中如何體現，并沒有具體探討通過哪些手段策略達成核心素養中的哪些目標。對于一線教師而言，構建基于核心素養的物理概念教學框架，探究在具體教學環節中如何達成目標是具有實踐意義的，也是學科核心素養落地生根的重要手段。

二、 基于核心素養的高中物理概念教學設計框架

物理學科核心素養包含“物理觀念”“科學思維”“科學探究”“科學態度與責任”四個方面，它是原來三維目標的進階。

（一）物理概念教學與學科核心素養之間的關系

“物理觀念”主要包括物質觀念、運動和相互作用觀念、能量觀念。物理觀念是其他核心素養形成和發展的基礎，又是舊課程三維目標中“知識技能”的提煉與升華。概念的教學活動說到底是知識的傳承過程，為了使這個過程順暢，就不應局限在傳統設計中的定義、應用層面，而應該設法與知識的發生過程實現對接，在此過程培養發展其他素養目標，達成對基本物理概念理解的同時，還能應用其理解和探究更復雜的概念和規律，從而實現培養學生具有物理觀念的目標。

科學思維包含模型構建、科學推理、科學論證和質疑創新等要素;科學探究是以科學思維為核心解決問題的過程，主要包括問題、證據、解釋、交流等要素。從課程目標和教學活動來看，物理教學活動的目標不僅局限于基本的知識技能目標，還要通過具體探究知識的過程，形成重要的科學探究和科學思維能力。我們可以將概念的教學活動圍繞概念的引入、形成和建立、強化四個環節結合學生的認知特點和素材進行整合，引導學生進行科學思考和探究，以實現對概念的理解，在達成知識技能目標的過程，培養發展學生的科學思維和科學探究素養。

科學態度與責任主要包含科學本質、科學態度、科學責任等要素。要求學生對科學知識、科學研究過程等方面的最基本特點進行認識，使學生能在學習研究過程中形成敢于質疑、反思、創新等態度，并在此過程中遵守道德規范、實事求是。不難發現，科學的態度與責任都是在探究過程中逐步形成的。物理概念是在大量經驗事實基礎上抽象出本質屬性，其探究過程本身很復雜，我們在實際教學活動中，應盡量將一些零散的知識結合相關物理學史完整地呈現給學生，這樣能完善概念的形成和建立過程，有助于學生了解科學家們在進行科學研究時的方法和態度，對形成科學的態度與責任的素養有積極作用。

（二）基于核心素養的高中物理概念教學設計框架

物理學科核心素養的四個方面并非彼此獨立，而是相互聯系、共同發展的。物理概念的形成過程是學生在原有概念、規律基礎上探究新概念的過程，是學生發展科學思維和探究能力的過程，也是培養學生科學態度與責任的過程。基于核心素養，結合教材和學情分析確定教學目標，以概念的形成、建立過程為主線展開探究的教學設計框架如下表所示。

三、 基于核心素養的高中物理概念教學設計策略

（一）確定學習目標要結合教材和學情

在核心素養理念下制訂教學目標一定要精準把握。許多概念的學習是漸進式的，如加速度的概念，教材的編寫意圖是要求按直線運動—平拋運動—圓周運動的主線逐步深入對加速度的理解。我們分析教材時不應限于某個版本的教材、某個章節，要遵循整體—單元—小節的分析順序或圍繞該概念進行主題單元設計，以準確定位本節要解決什么問題。

在分析學情方面，筆者認為可以此學生對已有相關概念的理解程度為突破口構建新知識。建構主義教學觀認為學生是認知的主體，學生學習的目的是主動完成新學習內容的建構，教師只對學生新知識的建構起幫助和促進作用。所以準確把握學生對原有概念的理解程度，細致分析其不完善之處、易混點、易錯點等，并以此為基礎展開探究，可幫助學生順利構建新的概念。

（二）引入概念要關注建立概念的必要性

關注概念引入的必要性，可以創設更適合構建新概念的情境，也有助于引導學生圍繞主題展開有效探究，更能激發學生探究的積極性。在教學活動中，概念的引入環節一般多采用創設情景的方式，對激發學生學習興趣和積累感性材料的偏多，關于概念引入的必要性考慮偏少。正如朱建廉老師提出的，長期以來的概念教學只注重概念的定義、意義、特征等方面內容，而忽略了針對概念引入必要性的剖析。如在進行高中物理運動學中描述物體運動的位移、參考系、質點等概念的學習中，我們可以設置一個運動情景，在要求學生準確描述運動的過程中，根據每個物理量引入的必要性展開，這樣不僅可以幫助學生更深入地理解概念的內涵，還能將這些孤立的概念組成一個缺一不可的整體。

（三）形成、建立概念過程要聚焦核心科學思維方法

在概念形成建立過程中，重視核心科學思維方法對學生知識技能的達標以及核心素養的培養非常有效。概念是思維的產物，它在感性材料的基礎上借助科學思維方法建立，科學思維方法作為邏輯工具，成為建立概念、形成物理原理和提供實驗探究的根本途徑。在概念的形成和建立過程中，通過運用歸納、類比、理想化、分割與積累等思想方法，引導學生親歷應用思維方法的過程，體會思維方法的特點并學會用其建立新概念或解釋原有概念的內涵，這是建立概念的必經歷程，也是形成科學思維素養的主要手段。

在具體教學活動中，可通過以下三個方面展開。

1.通過復習原有概念的建立過程聚焦科學思維。

通過復習原來的知識建構新知識的思路符合建構主義學習觀。高中很多概念建立所借助的思維方法都是相同的，如對位移、速度、加速度、電流、電場強度等概念的建立用了比值定義法;對質點、自由落體運動、簡諧運動、點電荷等物理概念都用了理想化模型的思維方法;所以通過復習原有概念回顧相應的科學思維方法。再引導學生用這種科學思維方法構建新的概念有助于培養學生科學思維能力。

2.通過聯系實際，在教師啟發學生體會的過程聚焦科學思維。

物理學中很多思維方法都來源實際問題，比如平均速度概念，它的引入背景是實際生活中物體的運動有快有慢，如何粗略描述其快慢。學生肯定想到用速度的概念去分析，此時老師可以啟發，這個速度是什么速度？如何處理才能用它描述這個過程運動的快慢？根據速度的定義，學生很容易就將這段變速運動等效成勻速直線運動，自然就體會了等效的思想，后面再介紹等效替代的方法，學生的理解就是水到渠成的事了。又如分力與合力、電流的有效值等都可以采取這種引導方法，這樣不僅能激發學生積極思考，還能幫助學生深入理解相關的思想方法。

3.通過介紹相關思維方法的歷史故事聚焦科學思維。

高中物理中常用的科學思維方法都有悠久的歷史，在物理學發展史上也有精彩的實例，如果將這些實例恰當地呈現在課堂上，對激發同學的探究興趣、體會思維方法是很有幫助的。

如在探究瞬時速度的時候，要用到極限的思想，老師可以將同學們熟悉的“割圓法”計算圓周率的例子引入到課堂中，啟發學生思考，如何定義瞬時速度的概念。為了展現分割與積累思想是物理學史上的重要思維方法，可以列舉牛頓突破因缺乏處理變量問題的研究工具，將運動學的研究從均勻變化的運動推進到對非均勻變化運動，實現運動學研究的一大飛躍。

總之，概念形成的過程必然要涉及科學思維的過程，不同的思維側重點不同，無論用哪一種方式聚焦思維，教師引導學生從源頭上理解科學思維的本質是很關鍵的，只有理解了本質才會靈活采用不同方式引導學生掌握理解。

（四）探究概念過程注重教法和學法

在物理概念的形成建立環節，如果教師在科學思維方面引導得好，積極展開科學探究就是順勢而為。探究過程承載著有效達成教學目標，形成科學探究素養的任務。探究過程涉及到探究主體、探究內容、探究方式的三個層面，能否處理好這三個層面的關系是能否有效達成教學目標、形成核心素養的關鍵。

1.探究主體層面。

物理核心素養是學生在接受物理教育過程中逐步形成的能力和品格，如科學思維習慣、科學探究能力等，這些能力的養成都不是老師教授的，而是在學生探究問題、解決問題過程中逐漸形成的。根據建構主義學習觀，學生構建新知識的過程也是在原有知識方法基礎上自主完善和構建的，所以物理概念的探究主體應該是學生。

2.探究內容層面。

基于教材的探究的內容區別不大，關鍵是哪種呈現方式有助于有效探究。探究內容的呈現方式很多，如按概念的知識框架呈現、以表格的形式呈現、與同類概念對比的形式呈現等。當代科學教育領域普遍將科學探究視為以科學思維為核心，包含若干關鍵要素的問題解決過程，從這個層面上看，教師通過提出有效問題引發學生質疑，并促使其在此過程主動積極思考、討論或設計實驗證明自己的觀點，是利于展開有效探究的。所以通過仔細研讀概念的內涵和外延，形成按照概念邏輯結構展開的有效問題串，啟發學生探究，對幫助學生養成科學思維習慣、形成科學探究意識是有積極作用的。

3.探究方式層面。

基于以學生為主體，教學內容要以啟發性的問題串形式呈現，這個過程要通過學生自主學習、小組討論、合作探究、課堂展示等方式凸顯學生的主體地位。總之，在課堂上開展有效探究，要多給學生騰空間、留時間，這對學生核心素養的形成有積極的幫助。

（五）強化概念要緊扣內涵和外延

所謂“強化”主要指強化對概念內容的記憶和深化對概念內涵的理解，相應的教學活動應該注重概念的反復應用和更充分地展示概念的外延。在實際教學過程中，應針對概念的本質屬性以變式訓練的形式反復應用，在展示概念外延方面，可以結合生活實際展現概念所反映的本質屬性。

四、 反思與啟示

學科核心素養的四個方面不是彼此獨立的，而是通過物理教育過程中以物理知識為載體，在教師啟發，學生為主體的探究過程逐步實現的。物理概念的建立過程一定是在大量感性材料基礎上借助科學思維方法，經歷科學家們的艱苦努力探究而來。

厘清學科核心素養四個方面的關系，在教學活動中注重聚焦核心科學思維方法，結合研讀教材和學生認知規律思考教材的呈現方式、引導學生選擇合適的探究的方法，對達成教學目標，培養和發展核心素養是具有關鍵意義的。最后需要說明的是，在探究過程中，基于不同的概念、不同的科學思維方法、不同的學習基礎，我們采取的方法也應不同，有時候最有效的方法不一定是最合適的方法，只有在科學處理教材，仔細了解學情的基礎上才能因材施教，才能在原有基礎上取得好的效果。

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