指向物理核心素养培养的教学路径*

张 飞

指向物理核心素养培养的教学路径*

张 飞

物理核心素养是核心素养在物理学科的具体化，是学生学习物理之后所形成的综合运用物理知识、观念、方法解决实际问题所表现出来的、具有物理学科特点的关键能力与必备品格，是物理学科育人价值的集中体现。探索基于物理核心素养发展的课堂教学设计与实施，是当前物理教学改革的风向标，从“基于单元目标设计，全面落实物理核心素养；基于深度学习设计，发展学生高阶思维能力；基于实验创设情境，在真实中发展核心素养”三个视角诠释通向物理核心素养的教学路径，为今后以核心素养为导向推动物理课改的深入提供范例与参考。

物理核心素养；单元目标；深度学习；教学路径

随着《中国学生发展核心素养》的正式出台，“核心素养”这个广受人们青睐的热词被推向新的高度，或将成为未来学校教育的主流话语及教学改革的风向标。学生核心素养的培养，最终要落在学科核心素养的培育上。学科核心素养是指凸显学科本质、具有独特重要育人价值的素养，是面对复杂的不确定情境时，综合运用学科知识、观念、方法解决实际问题所表现出来的关键能力。只有抓住学科核心素养，才能抓住学科教育的根本。因此，物理学科核心素养的提出，对物理教师的专业行为提出了新的要求，给物理教学方案的设计带来了新的变革。本文将从“基于单元目标设计，全面落实物理核心素养；基于深度学习设计，发展学生高阶思维能力；基于实验创设情境，在真实中发展核心素养”三个视角诠释通向物理核心素养的教学路径。

一、基于单元目标设计，全面落实物理核心素养

谈及物理核心素养的落实的话题，教师首先要反思的问题是：三维目标与核心素养间是何种关系？如何从三维目标走向核心素养？物理核心素养下的教学目标如何定位？要搞清楚这些问题，我们必须清楚从“双基”到“三维目标”再走向“核心素养”的发展过程。通过比较高中物理教学的“双基、三维目标、核心素养”目标（表1）可以发现，从双基到三维目标再到核心素养，其变迁基本上体现了从学科本位到以人为本的转变。只有从三维目标走向核心素养，才能够实现教育对人的真正的全面回归。

我们以“物理观念”这一物理核心素养为例，它要求学生不仅要理解和掌握物理知识，而且要将所学大量具体知识整合内化，在此基础上形成对物质世界的整体认识，即形成物理观念。它是从物理学视角形成的关于物质、运动与相互作用、能量等的基本认识；是物理概念和规律等在头脑中的提炼和升华。由此可见，物理观念（科学思维、科学探究、科学态度与责任）是通过一定学段（或阶段）的物理学习后形成的，是物理教学的终极目标之一。因此，核心素养目标也就不是某一课时目标所能实现的，也很难割裂分解来实施，这就要求教师要从传统的“课时主义”教学设计走向单元教学设计。

表1 高中物理教学的“双基、三维目标、核心素养”目标比较

单元设计是按照一定目标或主题所构成的教材与学习经验模块的整合设计，单元设计可以视作课程开发的基础性工作。单元教学设计与一般的教学设计不同之处在于它的整体性、深刻性、发展性。单元设计不是单纯知识点传输与技能训练的安排，而是教师基于学科素养，思考怎样描绘基于一定目标与主题而展开的活动，目的是为了创造优质的教学。基于核心素养的物理教材模块化结构设计，就是基于学生认知发展的单元设计的体现，教师在做某一课时的教材处理时必须将知识点相互联系，不是把物理教学内容碎片化地当作知识点来处置，而是有机地、模块式地组织与构成单元教学。教学只有转化为单元设计，才能把核心素养作为物理教学的重要目标，将“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”等核心素养的培养落实于教学活动中，物理教学才具有实际操作意义，核心素养的顶层设计和课程标准才能最终落实到课堂教学之中。

单元教学目标应当在整体分析单元内容和学生学情的基础上确定。特别是要注重挖掘单元所蕴含的物理思想方法、物理本质与核心素养。设计单元教学目标包括两个维度：单元教学目标和课时教学目标，要明确单元教学的核心目标和各课时教学目标的分解和具体化。一线物理教师必须基于物理核心素养，厘清“核心素养—课程标准（学科素养、跨学科素养）—单元设计—课时计划”（这是课程发展与教学实践中环环相扣的链环）的关系，结合模块主题和教材知识内容的具体安排顺序，梳理课程标准界定的单元目标（如表2是牛顿运动定律单元目标），探讨从内容标准到课时目标的分解技术，形成单元计划，展开单元设计的创造，然后把单元目标分解和落实到课时，变单元目标为课时目标（表3就是牛顿运动定律单元的目标分解到牛顿第三定律的课时设计）。这才是未来撬动课堂转型、全面落实物理核心素养的“阿基米德点”。

二、基于深度学习设计，发展学生高阶思维能力

物理学科核心素养提出发展学生的科学思维能力是重要的教学目标之一。物理核心素养中的“科学思维”是从物理学视角对客观事物本质属性、内在规律及相互关系的认识方式；是基于经验事实建构理想模型的抽象概括过程；是分析综合、推理论证等科学思维方法的内化；是基于事实证据和科学推理对不同观点和结论提出质疑、批判，进而提出创造性见解的能力与品质。其组成要素主要包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等。深度学习设计的理念恰好是教学目标实施的适切点。物理深度学习设计相关专家提出，以单元教学设计和实施为抓手，通过整体把握物理课程核心内容、突出物理内容本质和联系的教学设计，加强学生学习的实践和经历体验过程，才能促进学生对物理知识的真正理解、迁移和应用（低阶思维层面），发展学生分析、评价、创造思维（高阶思维）等能力与品质，提升学生的物理核心素养。

表2 牛顿运动定律单元目标

表3 牛顿第三定律的课时设计

深度学习是在理解学习的基础上，学习者能够批判性地学习新的思想和事实，并将它们融入原有的认知结构中，能够在众多思想间进行联系，并能将已有的知识迁移到新的情境中，做出决策和解决问题的学习。例如，在教学“电场强度”时，应基于深度学习，创设不同试探电荷先后位于电场中某位置的情境，让学生分析比较所受静电力大小和电荷量的差异，评价概括出静电力与电荷量成正比的特点，抽象出静电力跟电荷量之比与试探电荷无关的特征，明确这种特征可用来描述电场的属性，由此形成电场强度的概念。学生在处理以上信息的过程中，经历了“分析比较—评价概括—抽象创造”的过程，发展了学生高阶思维。再如，在关于“力的合成与分解”“运动的合成与分解”的教学中，让学生经历把一个整体的事物分解为几个要素进行研究，以及把问题的几个要素结合成一个整体进行综合认识的思维过程，提高学生的分析与综合能力。基于深度学习引导学生体会“等效”的物理思想，让学生在观察、实验的基础上通过科学推理和科学论证得到结论，培养学生的科学思维。

三、基于实验创设情境，在真实中发展核心素养

创设情境进行教学，对培养学生的物理核心素养具有关键作用。物理学是一门观察、实验和物理思维相结合的科学，物理模型的建立，物理概念的形成、物理规律的提出，以及物理学中许多重大的发现都是在观察、实验的基础上进行思维的结果。利用物理实验创设教学情境，让学生在真实情境中提出物理问题，形成猜测和假设，并利用科学方法获取信息和处理信息，形成结论。通过对探究过程和结果进行交流、评估、反思，体验科学探究的途径、方法，培养学生科学探究的意识和发展物理核心素养的科学探究能力（主要包括问题、证据、解释、交流等）。

【案例】牛顿第三定律。

1.物体作用的相互性。

【实验情境】通过演示（或分组）实验（如图1），引导学生观察分析系列实验（①同学甲←→同学乙；②汽车←→路面；③螺旋桨←→空气；④物块←→水；⑤磁铁←→导线）的共同特征。（有助于学生树立“相互作用观”。）

【分析归纳】学生交流总结，得出结论：无论是不同种类的物体（固体、液体、气体等），还是不同性质的力（重力、弹力、摩擦力、电磁力等），两个物体之间的作用总是相互的。（学生经历了“比较—概括—抽象”的过程，科学思维获得发展。）

图1

2.相互作用力的关系。

问题：两个物体之间的作用总是相互的，产生的作用力和反作用力还有什么特点？

【猜想假设】学生提出：一对相互作用力的方向相反，大小可能相同。（让学生在真实情境中提出物理问题，引导学生猜想，形成猜测和假设。）

【实验探究】学生设计方案，交流后决定用两只弹簧秤对拉进行研究。学生分组实验并进行交流，多数学生是将弹簧秤水平放置的，也有学生补充，他们还做了弹簧秤竖直或斜向摆放的实验，结果两个力的大小都是相等的。（多种方案，收集信息，获取证据。）

交流中还有学生报告，他们实验时发现两只弹簧秤读数并不相等，即使将弹簧秤重新调零也是如此。教师请学生分析这种“反常”现象，并提出相应的实验改进方法。（坚持实事求是，彰显科学态度。）

针对两只读数不准的弹簧秤，学生提出用第三只弹簧秤“等效替代”方案，经实际操作果然解决了问题。（利用科学方法获取信息和处理信息，经历探究过程，并对探究过程和结果进行交流、评估、反思，体验科学探究的途径、方法。）

【归纳结论】学生尝试总结规律，并进行交流。

教师追问：至此可以得出结论了吗？（引向深度学习、激发高阶思维。）

【拓展分析】学生指出上述实验都是物体处于平衡状态下做的，他们试图做非平衡状态（如加速运动）时的实验，但读数困难（质疑、批判，培养创造性见解）。教师提示可采用传感器显示相关信息（如图2），学生发现相互作用关系与运动状态无关。（培养科学探究的意识和发展物理核心素养的科学探究能力。）

物理学是一门实验科学，物理实验在培养学生的科学思维、探究能力、科学态度和科学精神方面具有特殊的地位。教师的教学设计和实施应结合物理实验创设具体情境，让学生在观察和体验后有所发现、有所联想，萌发出科学问题，形成猜测和假设。设计方案进行实验时，要注意观察和收集那些与预期结果相矛盾的信息，尊重物理事实，运用逻辑推理确立物理量之间的关系，发展依据证据、运用逻辑和现有知识进行科学论证和解释的能力。让学生在完成任务中运用科学思维，自己提炼出应探究的科学问题，寻求解决科学问题的方法。培养学生的科学态度和科学精神，让学生严肃认真对待实验，尊重实验结果与事实，杜绝编造和修改实验数据，并把实事求是的作风带到平时的学习和生活中去，在真实中发展核心素养。

图2 用传感器显示运动中两物体间的作用力和反作用力

［1］钟启泉.单元设计：撬动课堂转型的一个支点［J］.教育发展研究，2015（24）.

［2］刘晓玫.单元设计，整体把握知识本质［N］.中国教育报，2017-05-10（11）.

［3］崔允漷.追问“核心素养”［J］.全球教育展望，2016（05）.

G633.7

A

1005-6009（2017）83-0010-04

张飞，江苏省苏州市吴中区东山中学（江苏苏州，215107）校长，正高级教师，江苏省特级教师，“江苏人民教育家培养工程”培养对象，苏州市首届教育领军人才，苏州市物理名师共同体主持人，苏州大学硕士生导师。

*本文系江苏省教育科学“十三五”规划2016年度课题“基于认知科学的物理核心素养发展研究”（课题编号：R-c/2016/01）研究成果。