夯實物理核心素養的課堂教學取向與實踐

周金中

摘 要：現階段，關于落實物理學科核心素養的教學存在素養“表面化”“形式化”問題.夯實物理學科核心素養的課堂教學可以從問題情境、思維可視化、科學論證、體驗感悟等方面入手，教師的教學實踐應該著力于概念與問題情境、思維可視與認知結構、科學論證與知識建構、態度責任與情感體驗的融合.

關鍵詞：情境;思維可視化;論證;情感

中圖分類號：G633.7 ? ? 文獻標識碼：B ? ? 文章編號：1008-4134（2021）16-0002-04

作者簡介：周金中（1978-），男，湖北黃岡人，碩士，中學高級教師，研究方向：高中物理教育教學.

物理學科核心素養主要包括“物理觀念”“科學思維”“科學探究”“科學態度與責任”四個方面.審視當前關于核心素養的教學研究，很多專家學者對于夯實物理核心素養的背景、意義、策略等方面都有詳細的論述，但是，能在課堂實踐中開花結果，甚至是生根發芽的教學案例卻是鳳毛麟角.布魯姆將認知領域的目標分為識記、理解、運用、分析、綜合和評價六個層次，當前一線物理教學對“夯實物理核心素養”的“認知”更多只是停留在“識記”“理解”層面，對于“運用”“分析”層面，更多只是穿“核心素養新鞋”走“應試題海老路”.在基于核心素養的長期教學實踐中，筆者發現夯實核心素養可以分別從問題情境設計、思維顯性化、論證探究、情態體悟等“操作”取向切入，實現夯實核心素養的課堂教學目標.

1 物理觀念情境取向——概念規律與問題情境融合

常見的概念教學都是大篇幅的知識結構，板書（PPT）關于概念的描述都是單向的文本式知識鏈，學生對于概念的理解都是基于條目式的記憶.這種教學呈現的好處是“條理清晰”，便于教師控制課堂和學生做筆記.但是缺少概念規律的情境載體，難以激發學生的認知基礎和認知想象，導致學生無法深刻理解概念的內涵與外延，課堂教學效果僅僅停留在學生“整齊的筆記”上.然而，在物理概念的教學中，關鍵是教師創設體現概念本質特征的情境[1].學生在學習物理概念之前，基于生活經驗形成大量的經驗性常識，教師要在此基礎上建構物理概念，必須對所觀察的現象重新加工，在諸多客觀情境中概括事物的共同屬性，抽象事物的本質特征，帶領學生完成從經驗性常識向物理概念的轉變.

物理觀念素養的夯實需要以問題情境為載體，只有把概念規律與情境融合在一起，才能形成有生命力的物理觀念.例如在電動勢的教學中，關于電動勢的概念，常見的教學都是如圖1所示的條目式呈現，但是學生多數都會在“非靜電力”這個節點概念上被卡脖子.筆者嘗試用兩種電源（干電池和手搖發電機）創設情境，以加深學生對非靜電力來源的認識;用抽水機提升水的高度，類比非靜電力的作用效果，如圖2所示，既能幫助學生突破對非靜電力概念的理解，還能強化比值定義、標量單位（類比高度差）等內容.必須指出，物理觀念的理解不是一蹴而就的，任何情境都有其局限性，很難展示某個觀念的全部內涵.電池電動勢的概念在后面閉合電路歐姆定律中還可進一步加深，通過如圖3所示的滑梯模型，完善電動勢與內電壓、路端電壓關系的觀念外延.

概念規律與情境融合需要關注兩者的“同質”“同頻”問題，這是目標觀念與問題情境共振的物理基礎.“同質”要求兩者不僅僅是形似，還需要神似.某教師為了提出電阻阻值的影響因素（長度、截面積、電阻率），提出道路通行的影響因素（長度、寬窄、平整度），使得學生對電阻定律的理解非常順暢.“同頻”要求情境背景與學生生活經驗的同步調. 某教師把條形磁鐵的磁感線比喻成“梅超風”的頭發，下面學生一臉茫然，梅超風是誰？教師可能覺得很有畫面感，但是現在的學生看過《射雕英雄傳》的不多，更別說電視劇里面的角色了.在同質同頻的教學中發現，學生更認同把“靜電場”與電子游戲中的“能量場”進行比較，以此來感受“場的客觀物質性”;把“尖端放電”與米開朗基羅創作的“亞當的創造”（如圖4所示）中上帝與亞當的“指尖”間“一股即將引發火花的電流”進行類比.

2 科學思維可視取向——思維可視與認知結構融合

按邏輯性可將思維方式分為邏輯思維與非邏輯思維[2].邏輯思維是人腦的一種理性活動，是思維主體從感性認識出發，將事物的信息材料抽象成概念，運用概念進行判斷，并按一定邏輯關系進行連續推理，從而產生新認識的線性思維方式.邏輯思維主要有分析與綜合、比較與分類、歸納與演繹等基本形式.與之相對，非邏輯思維則是一種跳躍式的具有突發性的思維方式.非邏輯思維主要包括形象與抽象、發散（想象）與輻合、求同與求異、直覺與批判、靈感與頓悟等基本形式.不可否認，物理概念和規律都是運用邏輯思維的方法從物理現象、物理事實和實驗中抽象出來的，并以此來表征物質屬性，表述物質運動狀態.可能正是如此，傳統高中物理教學幾乎把科學思維教學全部放在邏輯思維能力的培養上.但是，縱觀物理學發展史，從某種意義上講，只有依賴于非邏輯思維，才能作出重大的猜測、探索和發現，才能從根本上推進科學發展.

高中生與初中生相比，包括形象思維、抽象思維的非邏輯思維和邏輯思維都得到大幅度的提升，這為模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新等要素的科學思維素養的培養奠定堅實基礎.科學思維素養打破了思維邏輯性的界限，也更全面地完善學生思維能力的培養內容和目標.在當前教育活動中教師應該積極轉變只重視推理、分析等邏輯思維形式的傳統教學，重視思維過程的顯性化，在教學過程中實現邏輯與非邏輯的思維活動融合.

因此，科學思維素養培養我們主張思維可視化教學取向，其基本理念是教師在教學中運用一系列工具，把發生在大腦中原本處于混沌的、看不見、摸不著的思維過程，以可視化的形式清晰地呈現出來，變得形象、具體、直觀.夯實科學思維素養的教學應把握思維顯性化取向，借助擬人化或擬物化的圖形方式，將物理公式、定理或某一特定知識模塊中原本看不見的、抽象的學科知識的邏輯關聯、結構脈線以及思維路徑，轉化成為具象化的[3]、貼切的圖形表達，從而達到物理知識架構與物理思維邏輯架構的高效融合.例如“原子的核式結構模型”思維素養教學方面，筆者結合認知流程，基于思維可視化的建構分成如圖5所示的四個環節.

顯性化思維方法教育——不切開，如何研究西瓜的內部結構.（鋪墊思維流程：現象——建模——驗證）

推理：基于“α粒子散射實驗”現象的分析否定假設的“西瓜模型”.（邏輯思維：分析推理感受邏輯的力量）

聯想“行星模型”建模“核式結構模型”，并且基于實驗現象推理其合理性.（非邏輯思維：直覺、形象、同求;邏輯思維：推理、歸納）

批判：交流討論，是否這是唯一的結構？核式結構模型的局限性.（質疑、創新）

當然，思維導圖只是思維可視化的一種常見表達方式.教師在教學中不僅可用思維導圖實現思維活動可視化，還可以根據思維素養目標基于網絡技術、思維游戲、體驗活動顯化思維方法，讓非邏輯思維和邏輯思維有機、生動、深度融合.

3 科學探究論證取向——科學論證與知識建構融合

關于科學探究，從上一輪課改開始就把它列為“新理念”的標志，但是實際教學中模式化的探究程序、形式化的探究過程依舊不脫機械應試教學的窠臼[4]. 缺少“問題、證據、解釋、交流”要素的形式化探究造就了很多虛假的“高效探究”：學生對探究的問題可以輕易從教師的聲色中讀懂預設答案.在實驗探究中，學生讀的不是實驗數據而是教師的需要理想數據;探究的不是未知的物理規律而是“猜想的結論”.這種“科學探究”短平快、一晃就過，貌似高效，實則低效甚至是負效，學生收獲的只有僵化的結論和形式化的探究習慣，缺乏高價值的探究素養.毫無疑問，這種理想化、形式化、表面化的探究是偽探究，背離實事求是的科學探究精神.

建構主義認為，知識是建構的產物，而不是發現的結果.“發現”意味著，不管你發沒發現，它都存在著，具有客觀的獨立性，而“建構”則意味著，知識是人滲透著主觀立場而創造出來的產物，具有主觀性、暫時性、可變性、相對性和多樣性，這意味著一切可以質疑，可以修正，甚至可以推倒重來.形式化的探究，由于省略了重要的“建構”過程，窄化、異化了科學探究，把可能的結論唯一化、絕對化，顯然有礙于培養學生的質疑、批判和創新精神.

由此可見，“偽”科學探究的關鍵問題在于問題探究過程中科學論證的缺失導致知識發現性“建構”的虛無.例如在“通電導線在磁場中受到的力”這節課中，探究安培力方向實驗，一般都是用如圖6所示的裝置來演示，學生都是根據金屬棒的運動情況快速得出受到安培力為水平向左或向右，進而教師總結左手定則.但是，金屬棒運動的方向就是安培力的方向嗎？顯然，這種“探究”“窄化”了探究、默認“安培力是水平方向”，而金屬棒水平方向運動不代表安培力水平（與水平成某一角度也能使得金屬棒運動），此處探究論證的目標是安培力“水平”.教學中應主動“挑起”學生的質疑，基于科學論證探究取向，設計改進探究實驗裝置（加電子秤、懸掛轉動等）才能讓建構的探究成果“左手定則”更穩固.

4 科學態度與責任體悟取向——態度責任與情感體驗融合

高中物理新課標學科素養中明確指出：科學態度與責任是指在認識科學本質，理解科學、技術、社會、環境（STSE）關系的基礎上逐漸形成的探索自然的內在動力，嚴謹認真、實事求是和持之以恒的科學態度，以及遵守道德規范，保護環境并推動可持續發展的責任感.但是，在具體的物理教學中科學態度和責任的內容往往淪為生硬的“課堂口號”或者干癟的“謝幕詞”，缺少情感體驗的短暫的“情緒反應”很難讓學生在態度與責任素養方面有收獲.

普通心理學認為：“情緒和情感都是人對客觀事物所持的態度體驗，只是情緒更傾向于個體基本需求欲望上的態度體驗，而情感則更傾向于社會需求欲望上的態度體驗.”物理教育也有共識：科學態度與責任離不開情感的“潤物細無聲”.情感根據反映的社會內容不同分為三大類，分別為道德感、理智感、美感，物理課堂教學可以在問題情境、探究過程、習題延伸等多方面實現態度責任素養與三大類情感的融合，具體融合的教學范例見表1.

在教學實踐中，科學態度與責任在不同的教學節點中可以與三大類情感的各個部分有機融合.基于體悟取向的融合課堂探索還可以在優化教學活動的組織形式、靈活處理教學廣度與深度、拓展物理學科德育視野等方面助力科學態度與責任素養目標的達成.

5 結語

筆者在更多的教學實踐中發現：對照核心素養“學業質量標準”，基于筆者提出的取向與融合教學中能看到更多學生對具體素養的良好表現，能在較高水平上把握物理學科核心素養的整體性和綜合性.隨著新課改的縱深推進，夯實物理核心素養的課堂教學也在核心素養內容與物理知識結構的聯系、核心素養培育途徑與物理學習方式的磨合、核心素養評價與物理學科能力考核評價的契合等方面下真功夫.筆者提出夯實核心素養四個維度的課堂教學取向，也只是有針對性的探索攻克當前實踐的痛點、難點，也只是以實踐者的視角在“摸著石頭過河”中摸到的石頭罷了，在取向的全面性和實踐的融合度等方面還有很大優化空間.

參考文獻：

[1]應發寶，田瑋.管窺物理科學（思維）方法的教育[J].物理教學，2017，39（02）：2-6+45.

[2]毛嚇梅.淺談新思維具象法在高中物理課堂教學中的嘗試[J].中學理科園地，2019，15（04）：21-22.

[3]羅國忠.凸顯物理思想 去探究形式化[J].物理教學探討，2016，34（04）：1-4.

[4]周金中.提升情境價值優化情境應用的實踐探索——以“探究感應電流的產生條件”的教學為例[J].教學月刊·中學版（教學參考），2019（09）：8-12.

（收稿日期：2021-04-08）