論面向核心素養(yǎng)的物理學科教學目標設計

趙亮

摘 要

我國基礎教育課程教學改革已步入核心素養(yǎng)新時代，作為教學活動實施的出發(fā)點與歸宿，教學目標應指向學科核心素養(yǎng)。與“三維目標”相比，物理學科核心素養(yǎng)是物理教育立德樹人目標的最新表述與實現(xiàn)路徑，更能體現(xiàn)出學科的本質與獨特育人價值，能夠將課程與教學更有效地引向人的全面整合性發(fā)展。知識是物理教育的“阿基米德支點”，以學科大概念、問題和情境為“著力點”，列舉了學科核心素養(yǎng)視域下物理教學目標設計的三種策略。

關鍵詞

學科核心素養(yǎng);物理;教學目標;設計

中圖分類號 G633 ?文獻標識碼A ?文章編號1005-4634（2022）02-0087-06

自新版《普通高中物理課程標準》（2017年版2020年修訂）頒布以來，圍繞物理學科核心素養(yǎng)的各類探討從未停歇。核心素養(yǎng)是具有整合性的宏觀層面教育目標，需要通過各學科專業(yè)的中觀層面課程目標來實現(xiàn)。教學目標則是課程目標在學科領域內的解構、具體化與落實[1]。作為課程目標的物理學科核心素養(yǎng)迄今仍是一個新概念，對其無論是在理論上的不斷深入認識與理解，還是在實踐中的逐漸認同與落實，都將是個較為漫長的過程。物理學科的教學是具有獨特育人價值和高度目標指向性的教育活動，經過二十余年的課程改革，“三維目標”早已被物理教師所熟識并成為教學目標設計的重要依據(jù)。當前，有研究者認為學習目標的研制應指向核心素養(yǎng)[2]。但“三維目標”與物理學科核心素養(yǎng)有哪些區(qū)別和聯(lián)系？學科核心素養(yǎng)與教學目標相融合的內在學理關聯(lián)如何？怎樣在操作層面做融合性的教學目標設計？這些問題亦需引起關注和探討。

1 物理學科中的“三維目標”與核心素養(yǎng)比較

21世紀初，我國基礎教育課程改革引領物理學科教學目標設計由“雙基”調整為“三維目標”，最新的高中物理課程標準又將“三維目標”發(fā)展和提升為物理學科核心素養(yǎng)。“雙基”是指基礎知識與基本技能，是對知識本位、學科本位和傳統(tǒng)“三中心”教育思想的突出體現(xiàn)，但對學科教育進行了割裂與淺化。“三維目標”是對“雙基”的根本性變革與超越，相對而言，更完整地體現(xiàn)出了學科教育的深層內涵，完成了以人為本學科育人價值觀的初步轉向。“物理學科核心素養(yǎng)”則是在“三維目標”的基礎上，進一步強調并凸顯了物理學科的本質與獨特育人價值。

物理學科中的“三維目標”：“知識與技能”維度，強調學生所應具備的物理學基礎核心概念和研究基本技能;“過程與方法”維度，強調學生科學探究等能力的培養(yǎng)，重視培養(yǎng)和學習的過程，以及在過程中了解和掌握科學研究方法;“情感態(tài)度與價值觀”維度，強調學生學習物理的興趣與熱情，以及相關的科學態(tài)度、科學精神、社會責任感和使命感[3]。受限于各種歷史以及現(xiàn)實因素的影響，“三維目標”在實踐中被虛化，一直存在著諸如“重過程和重結論”“學生自主學習和教師講授指導”“學科性與生活性”等幾對核心矛盾的不斷爭論與搖擺。例如有一線高中物理教師認為：受傳統(tǒng)教學理念、手段和方式等影響，教師在教學實踐中“三維目標”教學意識淡薄，易將三個維度整體內涵進行形式化和機械化拆分，重結果輕過程，沒有體現(xiàn)學生的主體地位[4]。有研究者認為，出現(xiàn)上述問題的原因在于“三維目標”的三個維度之間是一種并列關系，易突顯各維度的相對獨立性;每個維度各自的理論基礎可分別歸屬于注重學習過程中刺激和反應聯(lián)結形成的行為主義、強調學習頓悟以及認知結構完善的認知主義和重視全人教育的人本主義;這三種學習理論不完全相容甚至有矛盾、不協(xié)調之處，加上第一維目標的內涵與理論基礎和傳統(tǒng)意義上的“雙基”關系緊密，因此就會給教學目標理解與設計帶來期望上的偏差[5]。

物理學科核心素養(yǎng)是對“三維目標”的深度整合性繼承、發(fā)展與凝練，是學生通過物理學習而逐步形成的正確價值觀念、必備品格與關鍵能力。從思維方式的角度看，“三維目標”遵守“先分解后整合”的教學邏輯，它是一個教學目標的三個方面，只有實現(xiàn)三個維度目標的整合與立體教學才能促進學生的全面發(fā)展。物理學科核心素養(yǎng)則體現(xiàn)了“先整合后分解”的教學邏輯，它是物理學知識、技能、能力、方法、思維以及態(tài)度等的深度融合，在結構上被劃分為物理觀念、科學思維、科學探究、科學態(tài)度與責任四大相互聯(lián)系，互相滲透的構成要素，每一個要素根據(jù)內容領域、抽象水平和表現(xiàn)形式的不同又被進一步分解為若干子要素，例如物理觀念是從物理學視角形成的關于物質、運動與相互作用、能量等的基本認識，是物理概念和規(guī)律等在頭腦中的提煉與升華，是從物理學視角解釋自然現(xiàn)象和解決實際問題的基礎;主要包括物質觀念、運動與相互作用觀念、能量觀念等要素[6]。物理學科核心素養(yǎng)包含了決定學生個體成長取向內在秉性中的根本性與統(tǒng)領性成分，清晰地界定和描繪了物理學科對人發(fā)展的價值和意義，使物理學科教育真正回歸到服務于人的全面發(fā)展的方向與軌道上來。

廣義的學科，是指人類在漫長的認識過程中于某一領域內逐漸積累，后經邏輯化、結構化整合、發(fā)展所形成的互相關聯(lián)，相對獨立，分門別類的認識成果（知識）體系，可反映認識的廣度與深度，其本質是由某一領域的認識所構建起的“知識邏輯體系”[7]。狹義的學科，則是指從人類學科門類中精選出適合某一學段學生發(fā)展水平的內容，重新組織而形成的知識體系，即學校教育中的教學科目。人類的認識成果體系需要得到不斷地傳承、發(fā)展，反過來說知識也具有寬厚的教育價值，于是育人價值就成為學科教育（課程）的內稟屬性。例如英國科學家、教育家赫胥黎十分重視科學的教育價值，積極推動科學教育在學校中的開展。物理學是研究物質最一般運動規(guī)律和基本結構的學科，是自然科學的基礎，其獨特育人價值可凝練為認知、發(fā)展、精神和審美四個方面，例如物理學可培育學生求真、理性、批判的科學精神，激勵創(chuàng)新創(chuàng)造[8]。作為基礎教育的學科之一，物理學科教育教學建立在物理學基礎之上，應通過學科的本質體現(xiàn)學科的內在育人價值，并實現(xiàn)其在受教育者身上的深度開放性轉化、體現(xiàn)和落實，具體可以課程或教學目標的形式呈現(xiàn)，如學科核心素養(yǎng)的提升，豐富個體成為人的文化本質、精神本質和社會本質[9]。學科育人的價值支柱是促進人的全面發(fā)展，邏輯起點是構建個體生命成長與學科之間的生動意義關聯(lián)，二者相輔相成;學科育人的價值蘊含在知識和學習之中，要擺脫應試主義的育人價值觀，知識不應是游離在文化、精神和社會之外的符號，且不僅僅是學習的對象和內容，還應使其成為個體全面發(fā)展的“意義領域”，應通過知識的學習來認識、理解直至進入和改造世界。相對于“雙基”，“三維目標”所體現(xiàn)出的學科育人價值圖景顯然更加全面和深入，但其價值取向依舊缺乏對教育內在性、人本性、整體性與終極性的關注，缺乏對個體發(fā)展中關鍵素質要求的清晰和科學的界定。素養(yǎng)是素質加教養(yǎng)，屬于個人天性和習性的整合，更具內在性和終極性意義，因此學科核心素養(yǎng)能夠導向學科育人價值真正回歸于人本身[10]。物理學科核心素養(yǎng)將“三維目標”中的“知識與技能”“過程與方法”凝練為能力，將“情感態(tài)度與價值觀”凝練為品格，其內涵本質同樣聚焦于學生在知識、技能、方法和態(tài)度價值觀等方面的全面整合性發(fā)展，但強調應超越對物理知識的簡單記憶與再現(xiàn)，更加重視知識和方法的情境化應用與學生在理性思維、質疑批判、科學探究以及科學態(tài)度和社會責任方面的養(yǎng)成與發(fā)展，從而使物理學科育人能夠更準確、全面和清晰地定位于物理學科對人終身全面發(fā)展所具有的獨特價值和意義。

2 物理學科核心素養(yǎng)與教學目標相融合的學理分析

由上述分析可知，“三維目標”可視為發(fā)展物理學科核心素養(yǎng)的必備要素和路徑，教學的終極目標應指向能力和品格的培育，而知識是開展教學活動的“阿基米德支點”，應在知識之上發(fā)展和提升學生的學科核心素養(yǎng)。知識與受教育者之間的雙向互動關系是教學活動中的基本關系之一，也是教學的本體論、價值論和實踐論問題。從功能角度分析，美國著名認知心理學家安德森的信息加工理論認為“知識”可被廣義地區(qū)分為陳述性知識（對應傳統(tǒng)意義上的知識）和程序性知識（對應技能），即“雙基”。參考有關研究者的觀點，筆者認為對物理知識的理解（應用）、遷移和創(chuàng)新構成了學習的不同形態(tài)和水平，實質上也是物理學科核心素養(yǎng)生成的前提、路徑與表現(xiàn)[11]。

所以，以知識作為本源，有研究者提出學科核心素養(yǎng)的三層內涵結構模型：處于基礎地位的是“雙基”層，指向學科基礎知識與基本技能;處于中間的是“問題解決”層，指向學科問題解決過程中所習得的基本方法;最頂端的則是“學科思維”層，指向在系統(tǒng)的學科專業(yè)學習過程中，學生通過體驗、認識以及內化等過程所逐漸形成的相對穩(wěn)定和初步的，有關思考問題、解決問題的學科思維方法與價值觀，本質上是具有學科特色的認識與改造世界的世界觀、方法論。不同于“雙基”或“三維目標”的并行羅列式結構，這種豎向的具有不同層級順序相疊的新結構，揭示了學科核心素養(yǎng)三層內涵向下逐層包含、向上逐層歸因，互為依托又相互歸屬的緊密聯(lián)系：問題解決以“雙基”訓練為基礎，學科思維又以“雙基”和問題解決的訓練為基礎;學科思維是學科課程的靈魂，也是學科課程本質與學習者內在品質的深度體現(xiàn)[12]。有研究者從物理學科核心素養(yǎng)的內涵本質出發(fā)，認為物理觀念就是學科知識的內化，是其他學科核心素養(yǎng)的基礎;科學探究與科學思維屬于學科核心素養(yǎng)中的“關鍵能力”，科學態(tài)度與責任則屬于“必備品格”[13]。因此，本研究將物理學科核心素養(yǎng)與教學目標相融合的“著力點”聚焦于學科大概念、問題和情境。

學科大概念是指能夠充分反映學科思想方法、思維方式、內容框架，揭示學科內涵本質與特殊性的上位核心概念，具有高度概括性、廣泛聯(lián)系性、極強解釋性與普適性，兼具方法論和認識論意義，向下可聯(lián)系具體的同一類別教學內容來表征學科本質，從而增進學生對學科背后意義世界的認識與理解[14]。學科大概念是具體概念和規(guī)律經歷同化過程所形成的觀念性認識，是最具有核心素養(yǎng)教育價值的知識。問題與情境則是有意義地“活化”、聯(lián)系、融通與拓展學科知識，推動自主構建新認知結構，獲取、遷移與提高學科能力，是促進必備品格形成的關鍵。物理觀念的內涵和功能與學科大概念基本一致，是學科核心素養(yǎng)形成的基礎;科學思維、科學探究以及科學態(tài)度與責任領域的培養(yǎng)和發(fā)展則離不開基于真實情境的問題設計，以及對科學事物、科學事實和典型案例的關注，理解與體會。因此，應思考和提煉與具體教學內容、目標相聯(lián)系的學科大概念，開展基于問題解決和真實情境的深度教學活動，從而打破對知識的碎片化、靜態(tài)化學習，實現(xiàn)物理觀念、科學思維、方法、技能、態(tài)度在新問題情境中的遷移和創(chuàng)新。

物理學科核心素養(yǎng)是一個由若干要素構成的系統(tǒng)性整體，各要素之間的關系不是簡單相加，而是互相映射與融合，借用系統(tǒng)思維的觀點：構成要素本身及其關系整合于物理學科核心素養(yǎng)這個系統(tǒng)，并呈現(xiàn)整體涌現(xiàn)性。所謂整體涌現(xiàn)性是一個事物被稱為系統(tǒng)的充要條件與根本特征，是指系統(tǒng)整體具有而其組成部分各自或局部之總和不具有的特性;整體信息不等于局部信息的簡單相加，作為整體可在局部信息的基礎上整合并涌現(xiàn)出新的信息，并在每個局部都有所反映，使得處于系統(tǒng)中的局部不同于離散在整體之外的局部[15]。因此，物理學科核心素養(yǎng)的內涵應是其所有構成要素攜帶信息整體涌現(xiàn)性的體現(xiàn)，教學目標設計也應系統(tǒng)化地整合學科核心素養(yǎng)中的各個構成要素。

3 在高中物理教學目標設計中體現(xiàn)學科核心素養(yǎng)的策略

與“雙基”和“三維目標”一樣，物理學科核心素養(yǎng)正從表面的目標敘寫結構與內容，和深層的目標構建思維方式兩方面，深刻影響著當下新時代物理教學目標設計變革的方向。對于前者，物理學科核心素養(yǎng)四大要素及其子要素既依托于具體的物理學知識與技能、學習或實踐研究的過程與方法，也滲透著不同類別的科學領域情感、態(tài)度與價值觀，加之以學科問題的解決過程與真實情境的體驗作為實踐路徑，體現(xiàn)出目標敘寫結構與內容的立體化深度整合以及系統(tǒng)化縱向融合貫通的特征。對于后者，物理教學目標正由“三維目標”橫向并列的分析式思維，轉向具有立體性和整合性的動態(tài)化系統(tǒng)式思維。因此，學科核心素養(yǎng)視域下高中物理教學目標的設計或敘寫可以遵循如下策略。

3.1 基于課程標準，通過學科大概念整合課時教學目標所包含的物理學科核心素養(yǎng)

課程標準是教學目標設計的根本依據(jù)，其中的課程目標對經歷過某一學段的學科課程學習，學生所應達到的整體核心素養(yǎng)發(fā)展狀態(tài)做了全面表述，然而對于確立教學目標中的學科核心素養(yǎng)則顯得簡略和概括。另外，課程標準也規(guī)范了不同課程模塊下各單元主題的內容要求，可視為對教學目標的簡單總括性描述，對學科核心素養(yǎng)的整合做得仍不夠充分。根據(jù)學科核心素養(yǎng)的內涵、構成、培養(yǎng)方式要求，以及課程教學內容的層次結構與內在相互關聯(lián)，教師需要從整體上把握并規(guī)劃某一主題的教學內容（單元教學），將學科核心素養(yǎng)與有結構的系統(tǒng)化知識教學進行整合。因此，作為學科教學的基礎性框架、學科思想、理論以及所構成體系的附載體，通過聯(lián)系下位核心概念，聚合相關教學內容，學科大概念亦可引領包括物理觀念在內基于情境和問題的多要素核心素養(yǎng)的全面整合性發(fā)展。例如，“功和機械能”一章的教學，在最新版高中物理課程標準中對應課程主題“機械能及其守恒定律”的內容要求，涉及若干同一類別的學科核心概念，這些概念具有豐富的物理意義，既各自獨立又互相關聯(lián)，構成一個圍繞重要物理學習領域的有組織、有結構的知識有機整體，經過深度抽象與概括可提煉為一個學科大概念——機械能，具體關系如下：物理學中先有能量概念，然后才有功的概念;機械能包括動能、重力勢能和彈性勢能;動能和勢能均可發(fā)生變化，均由相關的力做功引起;動能和勢能也可發(fā)生相互轉化，在特定條件下機械能可保持守恒。對以上概念及相互關系的把握可從整體上將單元教學內容和學科核心素養(yǎng)相映射，從而能夠更精準、全面地確立課時教學目標所包含的物理學科核心素養(yǎng)。例如，“機械功”一課的課時教學目標可包含如下物理學科核心素養(yǎng)：其一，通過對“子彈擊碎玻璃”以及“水電站泄洪”這兩個真實情境進行討論，意在對機械能這個學科大概念形成初步的定性認識;通過人拉購物籃的生活經驗來理解功的概念，知道做功的兩個必要因素，掌握正功和負功的含義，這涉及功和機械能變化的能量觀念，屬于物理觀念范疇;其二，借助等效替代思想處理力和位移不在一條直線的做功計算問題，計算多個力做功，以及初步理解處理變力做功的極小恒力做功疊加模型，屬于科學思維范疇。

3.2 從物理知識出發(fā)，經由恰當?shù)膯栴}情境整合課時教學目標中的物理學科核心素養(yǎng)

知識是形成核心素養(yǎng)的本源與載體，核心素養(yǎng)理念的知識觀強調人與知識之間存在的一種更基本的、深層與高包容度的關系——意義關系，即知識對人的意義是怎樣的，不再僅僅局限于以往的認識關系、理解關系、反映關系或是建構關系[16]。知識的價值不僅在于增進認識、發(fā)展能力，更應指向人的精神世界，豐富人的內在品質，應把對知識深層意義的追尋回歸到人本身上來。正如愛因斯坦曾說：“教育無非是將一切已經學過的遺忘后所剩下的東西。”被遺忘的是具體知識，剩下的即核心素養(yǎng)。學科教學應從“為了知識而教學”轉向“通過知識而教學”，服務于學科核心素養(yǎng)的培育。卡爾·波普爾曾指出，科學和知識的增長永遠始于問題、終于問題，知識的深化和新問題的產生互相促進[17]。問題需要被解決，問題解決就是為消除當下狀態(tài)，達成期望狀態(tài)而經歷的認識活動過程，例如與學生日常生活實踐密切相關的真實問題解決，在這個過程中學生必須對學科知識與自身經驗進行融合、運用，進而促進并體現(xiàn)學生學科核心素養(yǎng)的多方面發(fā)展。此外，科學社會學認為知識本來就是產生于某種特定“境域”，有生命力的知識脫離不開一定的情境[18] 。構建基于學科情境的認知路徑能夠激活學科知識，激發(fā)學生的認知和情感，使得知識順利轉化為素養(yǎng)。因此，基于學科知識的學科問題和情景不可或缺。例如，“初識相對論”一課的教學，課程標準中課程內容的要求是：知道牛頓力學的局限性，初步了解相對論時空觀。基于上述學科知識，本課時的教學目標可通過融入問題材料與情景整合物理學科核心素養(yǎng)，具體設計如下：其一，關于牛頓力學的局限性，通過對19世紀末經典物理學體系中“以太”問題和“以太風”實驗的展示、日常生活中速度相對性情景的復現(xiàn)和牛頓絕對時空觀內容的回顧，將對時間、空間的本性以及時間和空間內在關系的追問作為教學主線，培養(yǎng)學生物理觀念、科學思維等核心素養(yǎng);其二，關于相對論時空觀這部分內容，可借助19世紀末新舊力學派物理學家對邁克爾遜—莫雷實驗結果的猜想與解釋等物理學史內容，培養(yǎng)學生科學思維、科學態(tài)度與責任等核心素養(yǎng)。

3.3 以融入“過程與方法”“情感態(tài)度與價值觀”目標為手段，確立課時教學目標中的物理學科核心素養(yǎng)

物理學科核心素養(yǎng)從全新的視角和進路揭示了物理學科的內涵本質與育人價值，相對而言，作為教育由學科本身轉向人的起點，“三維目標”理念下的課程標準更像是一種內容標準，更偏重于強調教學內容和學科知識的性質或特征;核心素養(yǎng)導向下的最新課程標準則可視為是一種成就標準，關注知識的功能（意義），更加凸顯課程教學作用在個體身上所展現(xiàn)出的效果，即人的發(fā)展[19]。離開知識的教學是無本之木、無源之水，學科知識本身也并不能直接轉化為核心素養(yǎng)。雖然“三維目標”中的“過程和方法”不盡然是學科核心素養(yǎng)本身，但卻可以作為其形成的橋梁，通過精心的教學設計與實施，使教學過程成為學科核心素養(yǎng)的生成過程。同時“情感態(tài)度與價值觀”是“三維目標”中最能體現(xiàn)人本思想的一個維度，指向學生核心素養(yǎng)中必備品格的內化與形成。時至今日，物理教師對“三維目標”早已熟知。因此，以學科知識教學作為基礎，可通過有選擇地設置“過程與方法”“情感態(tài)度與價值觀”目標，從而確立課時教學目標中的物理學科核心素養(yǎng)。例如，“動能和動能定理”一課的教學，課標中課程內容對知識的要求：理解動能和動能定理。相關的“過程與方法”目標可設置為：基于觀察和探究設計實驗方案，探究力做功與動能改變的關系，通過實施實驗方案，采集數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)處理，得出結論;“情感態(tài)度與價值觀”目標可設置為：觀看有關臺風或海嘯的視頻，體會其所蘊含的具有巨大破壞力的能量，思考這種能量是什么能？這種能量與哪些因素有關？因此以知識目標為基礎，可確立本課時教學目標中的物理學科核心素養(yǎng)：通過設計與實施實驗方案來探究外力做功與動能改變之間的關系，孕育指向問題、證據(jù)、解釋和交流等要素的科學探究核心素養(yǎng);通過體驗臺風或海嘯所蘊含的巨大能量和所具有的破壞性，分析這種能量的性質和影響因素，孕育指向樂于探究大自然的神奇、培養(yǎng)學生學習科學的好奇心與求知欲等的科學態(tài)度與責任感核心素養(yǎng)。

4 結束語

發(fā)展學生核心素養(yǎng)是當下推進、深化素質教育的抓手和著力點。在“三維目標”的基礎上，學科核心素養(yǎng)更加注重培育學生在認知、動作和社會情感等領域的綜合能力，依托對學科大概念、具體問題和情景的提煉與整合，教師應在充分把握物理學科核心素養(yǎng)內涵與結構的基礎上，從多視角、多層面進行教學目標設計，通過立體、動態(tài)的教學活動過程培養(yǎng)和發(fā)展學生的學科核心素養(yǎng)。

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Discussion on design of Physics teaching objectives for subject core literacy

ZHAO Liang1，2

（1.Research Center of Science Education，Southwest University，Chongqing[KG4]400715，China;

2.College of Teacher Education，Southwest University，Chongqing[KG4]400715，China）

Abstract

The curriculum and teaching reform of basic education in our country has entered a new era of core literacy.As the starting point and destination of the implementation of teaching activities，the teaching objectives should point to thesubject core literacy.Compared with the "three-dimensional goal"，the subject core literacy of physics is the latest expression and realization path of the goal of physics education，it can better reflect the essence of the discipline and the unique educational value，and can lead the curriculum and teaching to human beings′ all-round and integrated development more effectively.Knowledge is the "Archimedes fulcrum" of physics education.With the subject big ideas，problems and situations as the "focus"，three strategies for the design of physics teaching objectives under the view of subject core literacy are listed.

Keywords

subject core literacy;physics;teaching objectives;design