核心素養視域下物理習題專題的教學轉變*

董光順 李志堅

摘? ? 要：核心素養作為課堂教學的價值歸屬，不僅需要踐行于新課教學，同樣應該根植于習題教學.核心素養視域下的習題教學高度符合了深度學習的基本特征，指向學生核心素養培育的課堂教學有利于喚醒學生開展深度學習.

關鍵詞：習題教學;核心素養;動態平衡

學科核心素養的提出廣泛地推動了圍繞學科核心素養的教學研究和實踐.以物理學科為例，在以培育學生核心素養為目標的課堂（新課教學）實踐中，教學設計的思路和教師的教學行為都發生了可感知的變化.然而，相比于新課教學，習題教學改革卻缺乏有力的理論支撐.

一、習題教學的變革思路

從教學的價值視角看，物理核心素養作為物理學科教學的價值歸宿，我們需要在習題教學中正確理解習題的學習內涵，還原習題課的教學價值，探尋學科核心素養在習題教學活動中的合理表達，才有可能探得習題教學改革的有效路徑.

二、核心素養視域下習題教學的價值重塑

物理學科核心素養高度概括了學生經歷物理學習后應該習得的必備品格和關鍵能力，它不僅適用于新課教學，同樣應該植根于習題教學中.

物理習題是編制者將自然界和社會生活中客觀存在的物理現象和事物通過建模、賦值處理后形成的一種教學素材.問題情境是核心素養發展的最佳場域，學生在完整的問題解決過程中，至少需要依次經歷：還原題境、關聯知識、信息加工、科學推理、演算表達等重要過程.若參照核心素養的話語體系，我們可以將上述過程概括為：以物理觀念為基礎，在科學思維參與下，以獲得有效策略為目的的科學探究活動.

三、探尋核心素養在習題教學中的合理表達

關于核心素養的培育，彭前程從教學設計層面明確指出：突出核心素養的教學設計應該是“思維型教學”.思維型教學的大致流程是：創設情景—提出問題—自主探究—總結反思—應用遷移[1].

為了探尋核心素養在習題教學中的培育路徑，筆者在觀摩全區骨干教師優質課展示時，細致地梳理了以“共點力動態平衡”為主題開展的多節異構課.我們發現不同的授課教師在開展解題方法的教學時，幾乎都采用“知識回顧—例題講析—方法提煉—變式遷移”的傳統習題教學流程，教師習慣以例題為載體，偏重以講授的方式將解題經驗和技巧向學生直接傳授.我們很難在這種一線教師普遍采用的習題教學程序中感知到核心素養的撫育痕跡.筆者以相同的課題為例，做如下探索.

（一）嘗試將物理觀念向物理應用觀念轉化

學生在新課教學中習得的相互作用觀念，是由核心概念和規律通過提煉和升華而形成的知識網絡.我們認為，在解決問題時，學生不僅要能準確調用物理觀念中的核心知識，還需要具備對問題情境的分析和建模能力，掌握解決問題時的程序性知識，學生才能夠生成解決問題的恰當策略.我們將這種可以直接應用于解決問題的較為綜合的認知網絡稱為“應用物理觀念”.例如，學生在處理三力靜態平衡問題時熟練掌握的“已整合好”的能力，就是解決多力平衡問題、動態平衡問題時需要具備的應用觀念.這里“已整合好”的認知能力主要包括：問題情境分析（或建模）能力、相互作用觀念中的相關內容、處理力學問題的程序性知識和基礎思維.

教學片段1：形成“三力動態平衡”相關的物理應用觀念

第一步：重視原始問題情境，構建理想模型

創設情景：如圖1所示，用網兜將籃球懸掛在豎直墻壁上，則球對墻壁的作用力是多少？

活動：學生通過模型構建，將原始問題轉化成如圖2所示的物理模型.

第二步：引導學生進行科學探究

活動1：學生利用天平、量角器測量籃球質量和繩墻夾角，采集數據.

活動2：分析問題情境的“基本”特征，被懸掛起的籃球保持靜止，籃球處于受力平衡狀態.

第三步：調用相互作用觀念中的最關聯知識

（1）核心規律：物體受力平衡時合外力為零，在三力平衡狀態下，任意兩個力的合力與第三個力平衡.

（2）核心知識：力的矢量合成法則.

（3）相關知識：三角函數.

第四步：對科學探究過程進行論證

如圖3所示，在繩端栓連力傳感器測出繩子受力大小，與計算結果進行驗證.

第五步：幫助學生形成應用觀念

學生經歷上述學習體驗后，有助于識別和分析該問題的“基本”情景特征，掌握處理該類問題的核心程序，建立科學的問題模型，精準調用物理觀念中相關的核心知識，從而形成解決動態平衡問題的“應用觀念”，應用物理觀念所包含的基本要素如圖4所示.

教學評析：物理觀念在人腦中的儲存，主要是依賴核心概念和規律在生成過程中所經歷的探究情境，而物理應用觀念的儲存則是以問題情境的特征作為主要的聯結方式.物理應用觀念促進物理觀念向應用方向構建和發展，更加清晰地統攝和整合了物理觀念與社會生活之間的聯系，其基本關系如圖5所示.

學生只有形成清晰的物理應用觀念，在解決具體問題時，才能夠通過問題情景的特征引起足夠的思考動力，并形成明確的思考定向.

不難發現，在習題教學中，我們以實際問題作為載體，讓學生經歷物理觀念向物理應用觀念轉變的學習過程時，同樣從核心素養層面強化了“科學探究”和“科學思維”（模型構建、科學論證）.

（二）創設科學探究體驗，生成解決問題的核心方法

學生經歷解決物理問題的過程就是科學探究的過程，習題教學中核心方法的生成與新課學習中核心規律的探究十分相似.我們需要在核心方法的探究中重視科學思維的融入，凸顯分析綜合、推理論證和辨析創造的思維活動痕跡.

教學片段2：生成動態平衡問題中的核心方法：“動態三角形法”

第一步：教師呈現進階問題——動態平衡問題

問題：如圖1所示，若我們將懸掛籃球的細繩緩慢縮短，則墻壁對籃球的彈力如何變化？

第二步：學生調用已初步形成的物理應用觀念嘗試解決問題

活動1：學生進行問題情景分析，然后通過信息加工（識別問題的“基本”信息點：即籃球“受三力作用平衡”），便能快速調用已內化的物理應用觀念，獲得如圖6所示的籃球的受力關系N=mg·tan[θ].

活動2：通過繩墻夾角的變化，分析彈力大小變化.（備注：人教版高一數學還沒有開始三角函數的教學）

第三步：引導學生轉換分析問題的視角，形成解決問題的創新策略

提出問題：我們能否結合力的矢量性對作用力的大小變化進行定性分析.

意圖：鼓勵學生自主從定性角度對解決問題的新方法進行科學探究并形成結論，從而解決實際問題.

活動1：引導學生選取不同的幾個位置做出小球的受力分析（如圖7所示），通過比較彈力作用線的長短，分析彈力的大小變化.

問題：能否更直觀地觀測彈力大小的連續變化情況.

綜合創造：學生通過思考討論，將A、B、C三個位置的矢量三角形平移在一起，創造性地生成解決該問題的策略“動態三角形法”，如圖8所示.

動態三角形法基于作用力的矢量特征，讓學生從定量計算轉變為定性分析，從認知方式層面改變了學生解決力學問題的思路，也為學生繼續探究解決動態平衡問題的其他幾種方法奠定了基礎.

教學評析：不少學生對于學科方法（如此處的動態三角形法）的認識是錯位且模糊的，他們容易錯誤地將學科知識等同于學科方法，或將學科知識與科學方法混淆，進而妨礙對科學方法的理解和應用.事實上，在習題教學中，物理方法必須獨立于物理觀念和物理應用觀念呈現在學生面前，重視科學方法的探究和建構，有助于學生掌握科學方法的內容和功能，促使他們關注到科學方法對策略生成過程中所采用的思路、程序、規則、技巧和模式所產生的影響，從而在頭腦中形成關于科學方法的清晰輪廓.

（三）保留足夠的自主學習空間，觸發學生深度學習

無論在何種類型的課堂教學中，倘若要引起學生的深層學習，那么，必不可少的前提就是為學生提供合理的可發展的獨立思考空間，并設法喚起學生發生以高階思維為主的高投入性學習.因此，克制解題方法“緊迫傳遞”的不良教學習慣，在習題教學中刻意“留白”，創設類似于新課教學中學生能夠獨立探究和討論空間是習題教學變革的另一關鍵.

教學建議：在常規的習題課堂中，一線教師多以典型例題的方式，迫切地為學生展示解決各類動態平衡問題的技巧.我們認為，在高中物理習題教學中，思維含量高、具有教學價值的經典學科方法十分有限，應該充分重視，認真開發.教師在授課過程中應該以“動態三角形法”的探究為基礎，為學生提供相應的教學素材（如表1中的題目情景），讓學生在課后以小組合作的形式，探究相應問題的解決策略雛形，并提交探究報告進行展示交流.

認知基礎：1.學生經歷“教學片段1”所示的學習后，已初步形成了三力動態平衡問題的應用觀念;2.學生經歷“教學片段2”所示的學習后，基本形成了解決問題的基本思路：“力的大小→矢量→力作用線長短→引入合適的方法→構建多組力三角形→分析受力變化”.

學習活動：學生在利用習得的方法解決新問題時不斷出現的認知沖突中，發生以分析、綜合、評價和創造為核心思維的學習活動.

教學評析：轉變后的習題專題教學，在此環節中縮小學科知識的占位，聚焦學科方法的生成，強調學生的自主探究.教師的主要任務是為學生提供恰當的學習素材，設置合理的認知障礙，并設計清晰的自主探究路線，為學生發生深度學習創造可能.我們希望利用教學上的這種改變，幫助學生將解決問題的“學科方法”從解決問題的“學科知識”中成功剝離，將學習方式從“記識”向“探究”轉變，促使學生在解決同領域的新問題時，在意識、方式和能力上，都能從“試誤”（套用）轉向“分析”.

郭華指出，在相當長的時期里，“教學即傳遞”是人們對教學活動的定位，這種教學導向主要引發的是以死記硬背為手段的表層學習，很大程度上片面化了教師、學生的角色與地位，也弱化了知識本應有的意義與作用[2].雖然，“探究學習”不能等同于深度學習，但探索和經歷知識的形成過程，是學生發生深度學習的必要機制.

我們認為，核心素養視域下的習題教學高度符合了深度學習的基本特征，指向學生核心素養培育的課堂教學有利于喚醒學生開展深度學習.

參考文獻：

[1]彭前程.聚焦核心素養? ?編好新教材[J].中學物理，2019（15）：2–6.

[2]郭華.深度學習及其意義[J].課程?教材?教法，2016（11）：25–32.