初中物理教師學科思想性知識的現狀調查與提升策略

陳留定 于海波

（1.東北師范大學教育學部，吉林 長春 130024；2.東北師范大學物理學院，吉林 長春 130024）

1 問題的提出

隨著核心素養研究的不斷深入，立足于學科思想尋求學科核心素養的落實路徑和培養策略，越來越受到學科教育研究者的重視.［1］教師專業標準和教師教育政策也越來越重視教師對學科思想的掌握，如教育部發布的《中學教師專業認證標準》［2］和《中學教育專業師范生教師職業能力標準（試行）》［3］中均明確指出師范生要掌握學科的基本思想和方法.可見，掌握學科思想是對學科教師的基本要求.而學科思想性知識就是體現學科本質，對學科實踐最具影響力的基本思想.［4］物理學中的學科思想主要有守恒思想、對稱思想、模型思想、定量思想、實證思想等.物理教師的學科思想性知識就是物理教師所具有的關于物理思想的知識.

學科思想性知識是物理教師學科知識結構中最核心、最上位的構成要素.它不僅影響著教師對物理概念、規律和方法等內容認識的深廣度、運用的靈活性和遷移性，還決定著教師教學中對教學內容講解的靈活性、深刻性和全面性.［5］但是，從當前的物理教師教育來看，無論是職前教師培養還是在職教師培訓，多以培養和提升教師的教學技能為主要目標，對教師學科思想性知識的關注不多.對于物理教師而言，教學技能的重要性毋庸置疑，但是要想成為專家型、研究型教師，還要在掌握學科本質、豐富和深化學科思想性知識上下功夫.

從已有研究來看，國外學者多在研究物理教師學科知識的過程中關注其學科思想性知識.研究內容上，主要關注物理教師學科思想性知識的內容和價值、［6］物理教師學科思想性知識的測量和評價、［7］物理教師學科思想性的發展策略［8］3個方面；研究對象上，則側重于對職前物理教師學科思想性知識的研究.近年來，我國學者對物理學科的思想性知識關注也越來越多，主要包括4個方面：一是從學科層面概括物理學的基本思想；［9］二是從教學層面思考物理思想的教學策略；［10］三是從問題解決層面關注物理思想在問題解決中的運用策略；［11］四是從學生培養和物理思想教學的視角，提出物理教師需要掌握的物理思想內容.［12］比較來看，目前我國關于物理學科思想性知識的研究較少關注到教師層面，具體到初中物理教師層面的研究更是鮮見.初中物理教師應該把握哪些學科思想性知識、初中物理教師學科思想性知識水平如何等，尚需要進一步的研究和探索.

本研究在確定初中物理教師所應掌握的學科思想性知識內容的基礎上，編制《初中物理教師學科思想性知識調查問卷》，對初中物理教師學科思想性知識現狀進行調查和分析，并結合調查結果，為初中物理教師學科思想性知識水平的提升提出針對性的建議.

2 研究方法

2.1 調查工具

本研究綜合采用理論分析法和德爾菲法確定了初中物理教師所應掌握的學科思想性知識內容.這些內容也是考察初中物理教師學科思想性知識現狀的一級指標和二級指標，如表1所示.基于該指標體系，編制了《初中物理教師學科思想性知識調查問卷》，問卷共54個題目：6個基本信息題，25個初中物理教師學科思想性知識現狀測查題，10個考察初中物理教師學科思想性知識影響因素的題目，3個考察初中物理思想教學現狀的題目以及10個補充類題目.運用SPSS22.0、AMOS24.0軟件等數據分析軟件對調查數據進行分析，結果顯示，問卷的內部一致性系數（Cronbachα）為0.899，各個一級指標的內部一致性系數分別為0.849、0.887、0.831、0.861、0.869，說明測評工具具有較高的信度；CFA分析結果顯示，χ2/df＝1.629，RMR＝0.023、RMSEA ＝0.009，GFI＝0.973、IFI＝0.994、CFI＝0.997，5個潛在變量的 AVE分別為0.614、0.664、0.598、0.621、0.637，組 合 信 度 分 別 為 0.851、0.894、0.837、0.863、0.871，5個潛在變量的相關系數取平方后均小于AVE的最小值，說明測評工具結構效度良好.

表1 初中物理教師學科思想性知識測評指標

續表

2.2 調查樣本

為獲得具有說服力、有代表性、可推廣的數據結果，在確保樣本分布均衡的基礎上，采用目的抽樣、隨機抽樣和分層抽樣的方式進行抽樣測查.樣本來源于全國不同地區，主要集中在吉林省、河南省、新疆維吾爾自治區等地，最終收到有效問卷531份，樣本分布如表2所示.

表2 調查樣本分布

3 調查數據分析與討論

采用SPSS21.0統計分析軟件的描述分析、獨立樣本t檢驗、Pearson相關分析、單因素方差分析等功能對收集的有效數據進行分析，主要關注初中物理教師學科思想性知識的整體表現和群體差異.

3.1 教師對一些物理思想的關注度與其實際掌握水平不一致

當問及“與初中物理教學聯系緊密的物理思想有哪些”時，選擇轉換思想的人數最多（N＝453，見圖1柱狀圖），占樣本總數的85.31%；然后，依次為模型思想、邏輯思想、守恒思想、等效思想、定量思想、因果思想、實證思想和系統思想；僅有32.02%的被試選擇對稱思想（N＝170）.從教師在各個物理思想上的得分均值來看，教師在等效思想上的得分均值最高，達到3.439（總分均為4）；在定量思想上的得分均值最低，僅為1.623.具體來看，選擇轉換思想的教師人數最多，但是教師在該思想上的得分均值排名第5；選擇模型思想的人數排名第2，實際得分均值排第6.而選擇人數排名分別為第5和第10的等效思想、對稱思想，教師的得分均值排名分別為第1和第3.

圖1 各物理思想的選擇人數與實際得分均值比較圖

各個物理思想的選擇人數一定程度上反映了初中物理教師對它們的關注程度，選擇人數越多說明初中物理教師對該物理思想的關注度越高；各個物理思想上的得分均值反映了教師對它們的掌握水平，得分均值越高說明教師對該物理思想的掌握水平越高.對比來看，初中物理教師對一些物理思想的關注度與其實際掌握水平不一致.這主要是由物理思想本身的顯性化程度、教師對相關物理知識和方法的掌握深度等多方面原因共同造成的.比如，模型思想在初中物理教學中經常被顯性化提及，使得初中物理教師對其關注度較高，但是對模型認識的局限性卻造成教師對模型思想理解的淺層化、運用的窄化.調查中發現，多數初中物理教師知道光線、點電源是理想模型，但是卻對勻速直線運動、光的直線傳播這些過程類物理模型認識有限.這在一定程度上限制了其對模型思想運用的廣度和遷移性.又如，初中物理教師對對稱思想的關注度最低，但對其實際掌握水平卻較高.進一步分析發現，初中階段的物理教學資源中，對對稱法的強調較多，但是直接顯性呈現對稱思想的內容則相對較少.這就造成盡管很多教師對對稱法較為關注和重視，但是對對稱思想的關注則不高.但是，教師對對稱法的熟練掌握和運用，以及對光路可逆、行星的橢圓軌道、雪花的正六邊形結構等物理現象對稱性的認識和把握，則有效促進了教師對稱思想的形成.

3.2 教師對物理思想的把握水平普遍不高

3.2.1 認識的淺層化

調查發現，初中物理教師對物理思想的認識不深刻，具體體現在4個方面.（1）不能準確把握物理思想和物理方法的區別.比如，約71.43%的被試教師不能準確區分物理思想和物理方法，30.58%的教師認為物理思想就是物理方法.（2）不能對物理思想進行有效分類.約69.71%的教師知道初中物理教學中的重要物理思想有哪些，但是僅有約24.86%的教師能夠對重要物理思想進行合理有效分類.（3）不能準確區分具有一定相似性或聯系性的物理思想.比如，約69.17%能夠認識到“根據電流的熱效應認識電流”運用了轉換思想.但是當問及“對于一些不易直接測量的物理量，我們通常會用選取容易測量的物理量間接測量，這體現了什么思想”，選項中同時有轉化思想、等效思想和轉換思想時，約60.44%的教師不能準確選擇轉換思想.這說明教師對轉換思想的把握并不深刻，對不同物理思想之間的區別和聯系、共性和差異等認識不足.（4）對物理思想價值的認識不細致.幾乎所有的被試教師都能認識到物理思想對物理學發展、學生發展、教師發展和物理教學有重要價值，但多數教師并不清楚具體對哪些方面有價值、有什么價值.比如，約87.76%的教師能夠認識到滲透物理思想有助于核心素養的落實，但僅有一半的教師知道滲透物理思想能夠幫助學生建立不同知識間的聯系、完善學生知識結構.前者是關于物理思想對物理教學價值的宏觀描述，后者則相對具體和細致.

3.2.2 理解的片面化

初中物理教師對一些重要物理思想的認識有失偏頗.（1）認為定量就是控制變量.當問及“定量是保持一個量或幾個量不變”時，80.37%的教師選擇了“同意”和“非常同意”.從這點來看，大多數初中物理教師將定量等同于控制變量.這與定量思想側重于采用數學的方式探索量與量之間的關系這一關鍵特性不一致.（2）多數教師持有決定論的因果觀.當考察教師對“物質的運動狀態是可以改變的”這一觀點的態度時，54.49%的教師選擇了“同意”和“非常同意”，說明超過一半的初中物理教師持有機械論的因果觀.（3）將能量守恒規律等同于守恒思想.調查發現，65.32%教師將守恒思想的運用等同于能量守恒規律的運用，認為只要是運用能量守恒定律解決問題的過程，就是運用守恒思想的過程.造成教師對物理思想認識片面的原因有二：其一，教師經驗固化和思維定勢的制約.比如，中學階段通常在解決能量守恒問題時才會顯化或者強調守恒法、守恒思想的使用，而對質量守恒、長度守恒等其他守恒較少關注，造成教師對守恒認識局限，進而影響其對守恒思想的把握.其二，受初中物理教學內容的影響.比如，初中物理教學以經典物理學內容為主，一定程度上制約了教師對量子力學下隨機性、幾率性和非線性的理解和認識.

3.2.3 掌握的操作化

對物理思想把握的操作化體現在兩個方面.（1）與對物理思想內涵（M＝2.352）和內容（M＝2.282）兩方面知識的掌握水平相比，教師對物理思想運用的知識（M＝2.698）把握水平相對較高（如圖2所示）.前者涉及對物理思想本體概念層面的認識和把握，后者則側重于物理思想的操作與運用.（2）教師對與常用物理方法緊密聯系的物理思想掌握水平相對較高.從圖1來看，教師對轉換思想、等效思想、對稱思想的掌握水平相對較高.這些物理思想與初中物理問題解決中常用的轉換法、等效法、對稱法等一些物理方法聯系緊密.比如，運用等效法解決力的合成與分解問題、多個電阻的串聯和并聯問題，運用對稱法解決平面鏡成像相關的作圖問題、二力平衡問題、電場磁場問題等.對等效法和對稱法的熟練運用促進了教師對等效思想和對稱思想的理解、運用和把握.

圖2 被試教師各知識維度得分均值雷達圖

3.3 不同物理教師學科思想性知識水平差異顯著

3.3.1 男女教師整體差異不顯著，但在具體指標上差異顯著

使用獨立樣本t檢驗考察不同性別初中物理教師學科思想性知識均值的差異.由表3可以看出，男女教師學科思想性知識總體得分均值差異不顯著（P＝0.078＞0.05），但是在關于物理思想內涵的知識（P＝0.003＜0.05）、關于物理思想運用的知識（P＝0.002＜0.05）和關于物理思想發展的知識（P＝0.000＜0.05）3個一級指標上，男教師得分均顯著高于女教師.具體到各個二級指標，男教師在物理思想是什么、物理思想的特征、重要物理思想的運用范圍和選用依據、物理學不同發展階段的主要物理思想以及物理學史上關于物理思想的典型運用幾個指標上的得分均值均顯著高于女教師.另外，女教師對物理思想價值的把握水平顯著高于男教師.

表3 不同性別初中物理教師學科思想性知識差異分析結果

進一步分析發現，與女教師相比，男教師教研能力、物理學史閱讀情況和對物理學的認識水平均顯著高于女教師.這些是影響初中物理教師學科思想性知識發展的重要因素.首先，教研能力強的教師，其比較與分析能力、抽象與概括能力、反思能力等也相對較強.這些思維能力是教師學科思想性知識的重要構成要素.其次，物理學史研究中對物理學發展過程以及科學家研究過程中研究方法、問題解決思路、重要思想等內容的分析和梳理，能有效促進教師對物理思想的把握.最后，教師對物理學科知識結構、方法體系、思維特點等的認識越深刻、全面，越容易生成和建構學科思想性知識.

3.3.2 教師職稱越高，其對物理思想的認識越全面深刻

采用單因素方差分析考查初中物理教師學科思想性知識總分均值以及各個指標上得分均值的職稱差異和顯著性水平.由表4來看，不同職稱的初中物理教師學科思想性知識總分均值存在顯著差異（P＝0.000＜0.001）.從事后檢驗結果（LSD）來看，教師職稱越高，其學科思想性知識水平也越高.但是這一趨勢在中學一級教師和二級教師之間出現了異常：盡管中學二級教師學科思想性知識總體得分均值未顯著高于中學一級教師，但是其在物理思想內容、價值、運用和發展4個一級指標的得分均值均顯著高于中學一級教師.另外，在各一級指標和二級指標上，具有正高級職稱的教師得分均值均顯著高于其他教師.

表4 不同職稱初中物理教師學科思想性知識的差異分析結果

進一步分析來看，隨著教學經驗的豐富、教學能力的增強，教師對教學內容的結構性、聯系性以及知識背后蘊含的方法、思維和思想等更加關注，總結概括教學內容的能力、教學反思能力等也不斷提升.［13］這進一步促進了物理教師學科思想性知識的生成與建構.具體到二級和一級教師來看，二級教師多處于早期生存關注階段，教學主動性相對較強，對教學中學科知識的正確性、科學性較為重視，使得其對學科思想這一重要學科知識的把握也相對較好.

3.3.3 省會、直轄市學校教師對物理思想內容和運用兩方面知識的掌握更深刻

根據學校所處地理位置，將學校分為省會和直轄市學校、地級市學校、縣城學校和鄉鎮學校4類.對這4類學校的初中物理教師學科思想性知識水平進行差異分析.表5呈現的是不同學校初中物理教師在“關于物理思想內容的知識”“關于物理思想運用的知識”兩個一級指標得分均值的單因素方差分析結果.從P值和事后檢驗結果（LSD）來看，省會、直轄市學校的教師對物理思想內容和運用兩方面的得分均值顯著高于地級市、縣城和鄉鎮學校的教師.在二級指標上，省會、直轄市學校的教師對重要物理思想內涵、運用范圍、選用依據及其對應物理方法的認識上，以及對不同物理思想的區別、物理思想對學科和教師發展價值的把握等方面的把握水平，均也顯著高于其他教師.

表5 不同學校初中物理教師對物理思想內容和運用兩個方面把握水平的差異分析結果

造成省會、直轄市學校的教師對物理思想內容和運用的把握水平顯著高于其他教師的原因主要有兩個：一是教師觀念，調查發現省會、直轄市學校的教師更重視關注學生的長遠發展，能夠認識到物理思想在培養學生可持續發展能力上的重要作用和價值，教學中對物理思想的關注也相對較多；二是教研能力，省會、直轄市學校的教師開展教學研究的機會較多、能力相對較強，而這些是影響教師學科思想性知識的重要因素之一.

4 初中物理教師學科思想性知識水平的提升策略

4.1 顯化重要物理思想，增強教師學科思想性知識的建構意識

調查發現，初中物理教師對等效思想、邏輯思想、對稱思想等這些較常提及，且顯性呈現在相關物理教學資源中的物理思想掌握水平相對較高，而對較少提及、顯性化程度較低的系統思想和因果思想的關注度和掌握水平均不高.從這點來看，提升物理思想的顯性化程度，能喚起教師對物理思想的重視，促進其學習和建構.顯化物理思想的方法有很多，一是在相關的政策文件中顯化物理思想的教育價值、物理學的重要思想有哪些以及各個物理思想的教學要求等；二是在教材或者教學參考書中顯化物理知識和方法中蘊含的物理思想.比如，將幾個物體看成一個整體分析其整體受力情況體現了系統思想，但是相關資料中通常僅對整體法進行強調，對系統思想較少提及，顯化整體法背后隱含的系統思想能增強教師對系統思想的重視；三是在教師培訓中開展針對物理思想或者物理思想教學的培訓.比如，關于教學中滲透物理思想的教學策略的培訓；關于運用模型思想解決問題的策略的培訓等等.

4.2 以反映學科探索過程的物理學史內容為依托，促進教師對物理思想的全面把握

調查發現，喜歡閱讀物理學史的教師，對物理思想的把握更加深刻和全面.這主要是因為，物理學的發展史在一定程度上反映了物理思想的演變史，物理學史中蘊含的物理方法、物理思維、物理觀念等都能夠有效促進教師對物理思想的認識和掌握.但是，并不是所有的物理學史內容都對教師掌握物理思想有積極作用，教師要選擇那些反映科學家探索過程、物理學發展或演進過程、物理學發展中學派間爭議的物理學史內容加以學習，挖掘這些過程中蘊含的物理思維與方法、物理思想與觀念等，從而加深對具體物理思想的認識和把握.比如，以牛頓力學為基礎的經典物理學和以量子力學、混沌理論為代表的現代物理學，為我們提供了兩種不同的因果思想，前者是機械決定論的因果思想，后者是概率決定論的因果思想.［14］了解人們認識物理世界因果關系的過程中經歷的困惑、試探和創新等，把握不同學派因果思想的分歧、爭議與沖突，不僅能深化教師對因果關系的掌握，還能幫助教師理解因果思想的內涵、認識因果思想的價值、掌握因果思想的運用等.

4.3 加強對學科本體的反思，提升教師學科思想性知識的深刻性

調查發現，初中物理教師對物理思想的認識呈現出淺層化特點；教師對物理學科的認識水平越高，其對物理思想的把握越精準、越深刻.這主要是因為，物理思想是人們對物理學科本體深入思考、反復追問、抽象凝練的結果，對物理學科研究領域、研究目的、研究方法、知識內容和結構、精神特質、思想觀念等各個方面的深入思考，能深化教師對物理思想的理解和掌握.比如，在學科方法上，反思數學方法在物理學研究中的運用過程、運用范圍、運用方式等，能夠使教師認識到物理學中的定量在于以數學為工具，探索量與量之間的關系；反思物理學科與人文學科在研究方法上的區別和聯系，能夠深化教師對物理學中實證思想強調實驗和測量、堅持實驗的可重復性和研究結論的可證性等內容的把握.又如，在學科內容上，反思守恒規律反映的物理學本質，能夠使教師認識到守恒是物質變化過程中最基本、最本質的特征之一，運用守恒思想解決問題的關鍵在于抓住復雜變化中的不變量.

4.4 兼顧理論掌握與實踐運用，促進教師學科思想性知識運用的靈活性和遷移性

調查發現，初中物理教師對物理思想運用知識的把握水平相對較高；對與常用物理方法緊密聯系的物理思想運用水平也普遍較高，整體呈現出操作化和實踐化特征.但是他們對物理思想的運用多集中在解決常見物理問題上，在解決跨學科問題、生活問題中運用水平不高，靈活性和遷移性不足.這主要是由教師對物理思想內涵、內容等理論性知識的認識不足、掌握不充分造成的.物理思想具有高度的抽象性和跨學科性，只有充分把握其本質，才能實現靈活運用和理解遷移.這就要求教師，一方面要重視對“公共物理思想”的理解和內化，抓住各個物理思想的本質，全面把握其內涵、內容等.教師可以通過閱讀物理思想研究的相關書籍或論文、向物理思想研究或者物理思想教學專家請教、參加物理思想以及物理思想教學的相關培訓活動等多種途徑進行學習；另一方面，從物理思想的高度探索復雜問題的解決思路，既關注各個物理思想如何用，還要思考為什么用、什么時候用、用的效果如何、如何用的更好等等.比如，針對問題“在離地高h處，沿豎直方向同時向上和向下拋出兩個初速度大小均為v的小球，不計空氣阻力，求兩球落地的時間差”， 可以利用對稱思想，依據運動過程的對稱性，判斷出兩球落地的時間差就是豎直上拋小球落回到拋出點所用的時間，進而解決問題.

4.5 以專家型教師為引領，構建教師學科思想性知識發展共同體

調查發現，教師職稱越高，其對物理思想的認識越全面和深刻；具有正高級職稱的初中物理教師，其學科思想性知識具有明顯的深刻性和結構化特征.由此來看，有必要以專家型教師為引領，構建學科思想性知識發展共同體，以充分發揮專家型教師的引導和示范作用.一方面，要以專家型教師為核心，圍繞物理思想的有關內容，開展“學習—研討—實踐—反思”一體化的教研活動，反思物理學科本質以及研討物理思想本體、物理思想教學策略、運用物理思想解決問題的策略等各個方面，從而加強學習，促進理解和把握；另一方面，要關注教師間的群體差異，加強不同物理教師間的協作和交流.比如，男教師對物理思想內涵、運用和發展的把握水平顯著高于女教師，而女教師對物理思想價值的認識則更加深刻和細致，二者的交流與研討能有效促進他們的優勢互補、共同發展.