從科學探究到跨學科實踐：初中物理教學的新變革
——基于新舊課標的比較分析

羅 瑩 蔡天嬌

(北京師范大學物理學系，北京 100875)

隨著基礎教育改革的不斷深入，教育部于2022年4月發布了《義務教育課程方案(2022年版)》和相應的16個學科的課程標準，為初中課程教學提供了改革的方向標.圍繞核心素養修訂的《義務教育物理課程標準(2022年版)》(以下簡稱“新課標”)，不僅指明了初中物理教育教學改革的方向與目標，更對初中物理教學提出了新任務和新要求.如何圍繞核心素養開展中學物理教學實踐，使新課標在教學中真正落地，成為當前初中物理教育教學領域亟待解決的熱點難點問題.

長期以來，中學物理教學特別是初中物理教學多采用班級授課制.盡管《義務教育物理課程標準(2011年版)》(以下簡稱“舊課標”)中明確強調科學探究，倡導自主、合作、探究等多種教學方式，但初中物理課堂教學的落實情況卻難盡人意，與預期尚存差距.當前，常規的初中物理課堂大多為教師按照教材講解，學生聽講和做練習.這樣以知識為本，以教材、課堂、教師為中心的教學方式，顯然不能全面地促進核心素養發展，尤其不利于核心素養中創新精神、實踐能力、合作意識等的發展.要想使新課標在初中物理教學中真正落到實處，有必要通過對新舊課標的比較分析，弄清初中物理教學需要怎樣的變革，探索針對初中物理教學現狀的、能促進物理核心素養全面發展的、能使新課標真正落地的教學方式.

1 新舊課標的比較

課程標準是國家頒布的、對教育教學起決定性影響的綱領性文件，是教材編寫、教師教學、學生學習和教學評價的依據，是實現教育目標的重要航標和載體.作為綱領性文件，盡管不同時期的課程標準(或教學大綱)內容不盡相同，但課程目標、課程內容、課程實施等方面是其必備的組成要素.對課程目標、課程內容和課程實施給出明確清晰的要求與說明，是保證課程順利實施并達成教育教學目標的基本前提.就如同一艘即將遠航的貨輪，出發前必須明確目的地、確定承載貨物、做好航線規劃和人員物資準備一樣，這樣才能保證貨輪順利到達目的地.

1.1 課程目標比較

課程目標是課程標準的重要組成部分.舊課標從知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀3個方面提出課程目標，即通常所說的三維目標.與此不同，新課標從物理核心素養的物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任4個方面提出課程目標.

比較新舊課標中課程目標的內涵與表述可以發現：新課標的物理核心素養并非對舊課標三維目標的替代與否定，而是整合與提升.例如，物理核心素養中科學探究的4個要素是對舊課標科學探究七要素的整合凝練，將其中的“提出問題”和“猜想與假設”整合為“問題”，將“設計實驗與制訂計劃”“進行實驗與收集證據”“分析與論證”整合提煉為“證據”和“解釋”，形成了新課標科學探究的問題、證據、解釋、交流四要素.又如，新課標的社會責任與科學態度不僅包含舊課標的情感態度與價值觀，還對其進行拓展，增加了科學本質、社會責任等，并將舊課標科學探究“交流與合作”要素中的“合作”納入其中，使科學態度包含學習興趣、實事求是和合作精神等內容.總之，物理核心素養是三維目標的整合、提升與發展.

可見，對于初中物理課程這艘輪船來說，新課標中的課程目標可以讓其航域更為廣闊、目的地更遠.

1.2 課程內容比較

課程目標的改變必然伴隨課程內容體系的變化.圖1展示了新舊課標的課程內容體系，為新舊課標共有.

圖1 新舊課標課程內容體系比較

從層次上看，舊課標的課程內容體系共分3個層次.第1個層次由科學探究和科學內容組成，其中規定了科學探究的7個要素，并提出科學探究既是學生的學習目標也是重要的教學方法.科學內容中又細分出第2、第3層次，第2層次含有物理內容的一級主題——物質、運動和相互作用、能量，第3層次含有歸屬于一級主題的14個二級主題.而新課標的課程內容體系僅有2個層次，由物質、運動和相互作用、能量、實驗探究與跨學科實踐5個一級主題和下屬的18個二級主題組成.從具體內容上看，新舊課標都設置了物質、運動和相互作用、能量3個一級主題，其中的二級主題基本相同，只是舊課標物質主題中的新材料及其應用二級主題被移至新課標跨學科實踐的物理學與社會發展二級主題中.

新舊課標課程內容體系的不同主要體現在以下3個方面.一是課程內容體系層次不同.如前所述，舊課標課程內容體系分為3個層次，而新課標對其進行了簡化，只有2個層次.二是新課標對既是學生的學習目標又是重要教學方式的科學探究進行了優化，將其分為2個部分，其中相對上位的要求提升至課程目標的物理核心素養之中，而與物理內容相關的要求則融入課程內容，以實驗探究一級主題和相應的測量類學生必做實驗與探究類學生必做實驗2個二級主題呈現.盡管舊課標強調實驗探究，但對物理實驗的要求僅以附錄形式呈現，而新課標直接將物理實驗以實驗探究一級主題的形式整合到課程內容體系中，突出了物理實驗的重要地位.三是新課標增設了跨學科實踐一級主題和對應的物理學與日常生活、物理學與工程實踐、物理學與社會發展3個二級主題.

上述比較分析展示了初中物理課程這艘貨輪在航行目標發生變化時其承載貨物的變化情況.可見，在物理核心素養課程目標的引領下，新課標的課程內容體系不僅承載了與舊課標基本相同的物理內容，更承載了促進核心素養發展的、與物理內容密切相關的實驗探究和跨學科實踐主題.

1.3 課程實施比較

課程實施是實現課程目標、落實課程內容體系的關鍵，更是教師基于學情，創造性開展教學實踐，促成初中生核心素養發展的航標和必要教學準備.盡管新舊課標對課程實施的表述形式略有差別，但其框架基本相同，均包括教學建議、評價建議、教材編寫建議、課程資源開發與利用建議4方面內容.此外，新課標在課程實施部分增加了教師培訓與教學研究的相關內容.

比較課程實施的各部分內容，新舊課標的最大差異體現為：舊課標在三維課程目標的統領下，倡導自主、合作、探究的學習方式，強調科學探究教學；而新課標在核心素養課程目標的統領下，倡導以學科實踐為中心的新型育人方式，讓學生“像學科專家一樣思考和實踐”，實驗探究和跨學科實踐貫穿整個課程，凸顯“做中學”與“用中學”.這表明，當初中物理課程這艘貨輪的目的地及其承載的貨物都發生了變化時，保證航行順利的航線規劃和人員物資準備也必須隨之變化.新課標將學科實踐提升至新高度，使其成為培養核心素養的必要學習方式，替代了舊課標倡導的科學探究.

總而言之，上述分析不僅展示了初中物理課程目標、內容和實施三者之間的關聯性、協調性和整體性，更展示出新課標對舊課標的繼承與發展.要使新課標在教學中落到實處，探尋與其相匹配的初中物理教學方式是我們的首要任務.

2 從科學探究到跨學科實踐的提升：初中物理課堂教學新變革

初中物理教學是新課標課程目標達成的關鍵.回顧與總結舊課標在初中物理教學中的落實情況，不僅可以獲得成功經驗，更能發現問題，為探尋符合新課標要求的初中物理教學提供思路.

2.1 當前初中物理教學的成績和問題

2011年以來，舊課標倡導的科學探究在初中物理教學中取得了可喜的成就.在三維目標的引領下，初中物理課程通過探究教學，讓學生主動獲取物理知識，領悟科學探究方法，發展科學探究能力，體驗科學探究樂趣，養成實事求是的科學態度和勇于創新的科學精神.相比以知識為中心的講授式教學，舊課標的科學探究無疑是對初中物理教學的革新，改變了以傳遞知識為中心的被動接受的教學方式，實現了以學生為中心的，讓學生經歷發現、實現自主探究的教學方式.成就與問題如同硬幣的兩面，獲得成就的同時也難免出現這樣那樣的問題.[1]

2.1.1 科學探究過程過于表面化、程序化

過去一段時間，對舊課標科學探究七要素的過度解讀，導致一線教師在探究教學中常常忽視科學探究本身的目的與意義，出現為探究而探究的現象.教學中，科學探究的問題常常從知識視角提出，而非學生視角.學生多是被動參與探究，像是在“照方抓藥”.教師常預先設計實驗探究路徑，學生小組依照指示去做，課堂以完成探究任務為目的，出現“科學探究”與物理內容主題相割裂的現象.師生在探究之初就預知了結果，甚至出現了探究結果或結論唯一，與之相符即為探究“成功”，不符則為探究“失敗”的現象.這樣的探究教學嚴重影響了判斷、論辯、評價和創新等高階能力的培養.

2.1.2 科學探究情境過于簡單化、模型化

在以往的初中物理教學中，科學探究情境常常是教師為讓學生掌握物理概念規律而專門設計的，并非真實生產、生活、社會中的情境.這些情境被教師簡化或提煉為簡單模型，以滿足學生運用物理知識的需要.而真實情境中的問題往往是復雜的、結構不良的，需要運用多知識、多視角、多思維才能解決的.過于簡單、模型化的情境不利于學生進行深度學習，阻礙了其解決真實復雜問題能力的發展.

上述問題并不是初中物理教學獨有的，其他學科也存在相似問題，是初中教學普遍存在的問題.[2-3]為此，新課標著重從完善課程目標、優化課程內容、細化實施要求3個方面強調素養導向、學科育人，重組課程內容，創建學業質量標準，探索與素養目標和內容結構化相匹配的、學科典型的學習方式，推進以學科實踐為標志的育人方式變革.[4]學科實踐是具有學科意蘊的典型實踐，是理論與實踐相統一、知行結合的學習方式.[5]新課標力圖通過學科實踐，讓學生在發現與解決問題的過程中，建構知識與運用知識，讓認識基于實踐，再通過實踐得到提升，克服認識與實踐“兩張皮”的現象.[6]學科實踐是深化教育教學改革，推進育人方式變革的重要抓手，不僅是新課標的亮點，也是新課標在教學中落實的難點，更是基礎教育教學改革的方向.

2.2 新課標實現從科學探究到跨學科實踐的提升

在新課標中，跨學科實踐以一級主題的形式整合在物理課程內容體系中，旨在通過日常生活、工程技術、社會發展等真實情境，發展學生運用物理知識的能力，分析問題和解決問題的綜合能力，培養學生積極認真的學習態度和樂于實踐、勇于創新的精神，以期解決科學探究教學中出現的問題.新課標從科學探究向跨學科實踐提升體現在兩個方面.

2.2.1 跨學科實踐是立足物理學科、促進核心素養發展的學生主動活動

為解決探究教學出現的問題，新課標通過核心概念、大觀念、主題或任務群來結構化課程內容，以便為學生的主動活動(經驗)提供前提.新課標將實驗探究和跨學科實踐以一級主題的形式引入課程體系，明確了物理課程中的學生活動要求.跨學科實踐并非課程內容體系中的一個孤立主題，而是立足物理學科特點，使物質、運動和相互作用、能量3個主題的物理內容“跨入”日常生活、工程技術、社會發展領域.展開以物理學習為主，物理學科實踐活動和涉及的其他學科內容的跨學科實踐活動.新課標課程體系中5個一級主題之間的關系如圖2所示.

圖2 《新課標》課程體系5個一級主題關系

可以看到，跨學科實踐與實驗探究一樣，都將對學生主動活動的要求貫穿在物質、運動和相互作用以及能量主題之中.前者明確在日常生活、工程實踐、社會發展領域展開學科實踐活動，后者則立足3個物理內容主題提出21個學生必做實驗.可見，跨學科實踐與實驗探究共同構成了新課標對物理學習過程中學生活動、經驗、過程與方法的要求.跨學科實踐成為新課標指明的、促進初中生物理核心素養發展的育人方式，是基礎教育改革的未來趨勢.

在新課標中，與物理內容相關的一級主題變化不大，增加了實驗探究和跨學科實踐2個一級主題，且明確規定跨學科主題的課時不少于總課時的10%.在初中物理課程總課時基本不變的前提下，這不禁令人產生疑問：跨學科實踐主題的增加是否會加重初中生的課業負擔？仔細分析圖2中5個主題之間的關系可以看到：跨學科實踐屬于學生主動活動，是對物理課程學習方式的要求，也是對物理內容的要求，要求學生將物理內容主題“跨入”日常生活、工程實踐和社會發展領域進行學習，通過學科實踐活動來理解物理概念規律，綜合運用物理知識與方法，解決現實生活中的真實問題.這恰恰是發展物理核心素養的需要，不僅能拓展初中生物理課程學習的思維深度，更能減少機械的重復練習，真正實現減負增效.

2.2.2 跨學科實踐是科學探究的迭代升級

新課標的跨學科實踐活動不是在舊課標倡導的科學探究中增加“實踐”“活動”的內容或比重，也不是以綜合實踐活動的形式對探究教學進行補充，而是以物理學科實踐活動承載物理課程的學習內容與方式.[7]在真實的、具有物理學科特點的典型實踐活動中，學生可經歷與物理學家一樣的物理概念規律建立過程，不是對物理內容進行機械記憶、重復練習，而是在多種多樣的、典型的物理學科實踐活動中學習理解物理概念規律，靈活并有創造性地運用物理知識與方法，通過“做物理”構建物理觀念，提升提出問題、建模、獲取與運用證據、推理、論證、分析、解釋、交流、評價和創新等能力，形成科學態度與社會責任.

相比科學探究，跨學科實踐必須在真實情境中進行，其外延更加廣泛，擁有多種表現形式和存在方式.它不僅包括科學探究，還包括科學觀察、科學制作、科學閱讀等；既包括定量的理性活動、物理實驗，也有生產生活中開放的物理實踐(如科學辯論、思想實驗等).跨學科實踐超越了傳統的知識學習和探究學習方式，是科學探究的迭代升級，是促進核心素養發展的必然方式，代表著學習方式變革的新方向，更是初中物理教學提升與發展的核心路徑.

3 項目學習是初中物理跨學科實踐的有效教學方式

探索落實跨學科實踐要求，有效促進核心素養全面發展的初中物理教學方式，是新課標在初中物理教學中落地亟待解決的關鍵問題.縱觀全球科學教育改革進程，變革教學方式，促進核心素養發展，已經成為科學教育領域的共識，項目學習已逐漸走入科學教育課堂，成為21世紀培養科學核心素養的重要教學方式.美國科學教育出版商霍頓·米夫林·哈考特(Houghton Mifflin Harcourt)和麥格勞·希爾(McGraw Hill)分別于2018年和2019年出版了基于美國國家課程標準(NGSS)的中小學科學課程項目學習教材《科學維度》(Science Dimensions)和《啟發科學》(Inspire Science).上述教材推出后，成為美國中小學科學課程促進科學素養發展的首選教材.

與常規教學方式不同，項目學習徹底改變了以教師為中心、學生被動接受的教學方式，實現了學生在“做項目”中的主動學習.在真實情境中，學生通過實施與完成項目，像科學家一樣主動探索現實世界的問題和挑戰，理解與構建科學概念，有效促進多種能力的發展.[8-10]科學教育領域的研究者就項目學習的特征逐漸達成共識，[11]這些特征概括了項目學習實施的全過程.項目學習特征與物理核心素養要素的對應關系如圖3所示.

圖3 項目學習特征與物理核心素養要素的對應

可以看到，項目學習的特征1為提出真實科學問題或挑戰，提供了符合新課標要求的、進行跨學科實踐的教學情境，以保障跨學科實踐得以在真實情境中展開.項目學習的特征2～5與問題、交流、質疑、創新等能力的培養要求一致，不僅涵蓋了物理核心素養中科學思維、科學探究的全部要素，還包括使用數學計算、信息技術等物理實踐必備的相關技術.這些能力要素的獲得和必備技術的掌握，恰恰是新課標跨學科實踐所期望的.可見，項目學習能夠讓跨學科實踐攻克科學探究教學的困境，促進初中生高階思維的發展，實現物理核心素養的全面提升.同時，項目實施過程為學生開展跨學科實踐的主動學習活動提供了課上課下相結合的廣闊教學空間.

因此，項目學習是實施跨學科實踐教學的不二選擇，完全能夠擔起促進物理核心素養全面發展的重任.然而，盡管項目學習在中學物理教學領域已初步達成共識，[12]一些研究者開展的項目學習實踐也獲得了較好的反饋效果，[13-14]但要使其大規模走入初中物理常規課堂，我們還需應對3大挑戰.

項目學習強調以項目為中心.為滿足項目需要，涉及的內容常常超出課標規定的范圍.這也是項目學習長久以來只能在科技社團、研究性學習等課外領域開展的重要原因之一.項目學習走入初中物理課堂的前提是其涉及的物理學科內容與要求必須在課標規定的范圍之內.現行的初中物理教材都是針對常規教學、依據物理知識體系開發研制的，由章節結構組成的教材.要滿足項目學習在真實情境中由問題驅動實施并完成的要求，就需要在新課標內容要求范圍內，基于項目組織教學內容、設計教學序列.因此，創編基于新課標的初中物理項目學習教材是我們必須面對的第1個挑戰.

促進核心素養發展的教學必須從“為了知識的教學”轉向“基于知識的教學”，讓知識從教學的目的轉變為教學的工具和資源，知識與知識教學要服從于核心素養的形成與發展.[16]促進核心素養發展的跨學科實踐教學，也必須從傳統的教材、課堂、教師3個舊教學中心，轉變為學生、真實實踐、物理大概念這3個新教學中心.以學生為教學中心是跨學科實踐的基本要求.學生是教學主體，“學”既是教學的出發點，也是落腳點.跨學科實踐必須圍繞學生進行組織、設計、實施，讓主動自學、設計論證、合作交流等學習活動成為教學常態.以真實實踐為教學中心是培養學生高階思維與能力的基本條件.只有在真實情境中開展學科實踐，才能讓學生在未知的、不確定的、復雜的環境下，自主構建與運用知識、發展能力.跨學科實踐教學應努力實現知識怎樣來就怎樣教，知識怎樣用就怎樣教，做到“用中學”“做中學”.以物理大概念為教學中心是學生建構物理知識體系的基本保障.大概念是學科知識體系的精華所在，是最有價值的知識，是最能轉化為素養的知識.[17]跨學科實踐教學只有以大概念來組織與構建知識體系，才最有助于減少習題訓練、減輕課業負擔，達到事半功倍地培養物理核心素養的目的.項目學習進入初中物理常態課堂，就必須轉向3個新的教學中心，并在教學過程中實現有機整合，使之共同促進物理核心素養發展.這是項目學習走入初中物理課堂要應對的第2個挑戰.

“教育大計，教師為本.”在初中物理教學中有效落實新課標提出的跨學科實踐，必須由真正理解它、執行它的初中物理“新”教師完成.一線物理教師是項目學習走入初中物理課堂、落實新課標對跨學科實踐要求的關鍵要素.如何轉變一線教師的教學觀念，提高他們對項目學習的理解以及項目學習的教學設計與實施水平，有效落實新課標跨學科實踐的要求，是必須應對的第3個挑戰.