以“学科+”的形式进行指向核心素养的物理学科课程设计——在单元设计视域下

姚建民

(无锡市辅仁中学,江苏 无锡 214023)

物理学科核心素养包含:物理观念,科学思维,科学探究及科学态度和责任．在物理教学研究中,我们曾经主要关注课堂教学的研究,如何进行每一节课的教学设计是长期以来教研活动的重点．现阶段,旨在培养学生核心素养的教育体系下,从学科层面,如何进行基于核心素养的物理课程设计,如何一步步推进课程的实施、实施的效果如何、应采用何种机制来评价学科课程建设的成果,这是每个物理教师希望讨论和应该关注的问题．

具体地说,课程设计既包含课堂教学设计,又包含其他模块,如与物理学科相关的活动或项目的设计．物理课程设计首先是基于物理教学单元设计基础上的,在物理学科教学中,按照学科框架内的模块式的学习内容来组织教材单元,把“单元设计”概括为两种不同的单元编制: (1) “计划型课程”的单元编制以“目标—达成—评价”方式来设计; (2) “项目型课程”的单元编制以“主题—探究—表达”的方式来设计．苏科版初中物理教材在编制上已将“学科单元”与“项目单元”进行了有机的融合．

“学科+”,是指在学科教学的基础上,增加一些模块,丰富学科教学的内涵．以“学科+”形式进行课程整合,可以理解为学科融合课程,或者跨学科课程的初始形态．在单元设计的视域下,辅以“学科+”的形式进行物理学科课程设计,可以让物理学科核心素养的培育目标落到实处．“学科+”的内容可以包括项目产品的制作与评价,综合实践活动的开展与体验(含学生课外小实验的提炼归纳)，研究性学习活动等等．

1 “学科+”的形式之一:物理课程增加项目产品的制作与评价

对于8年级的学生,首次接触物理学习,实际处于物理学科学习的启蒙阶段.这个时期,物理教师必需认真思考这样的问题:物理课程具体怎样实施,才能够促进学生形成物质观念、运动与相互作用观念、能量观念等,进而能用其解释自然现象和解决实际问题．

校本物理课程除了物理教学之外,可以开展物理相关的项目产品制作与评价,把跟学生生活联系密切的问题、社会热点中的物理问题、现代科技成果等有实践情境的教学内容引进课堂;创设真实情境,用物理规律分析和解决真实情境中的问题．

以苏科版8年级上册声现象第3节“噪声及其控制”为例,可以开发如下的项目.

(1) 提出问题:“音乐是什么?噪音是什么?两者差别有哪些?”

借助生活经验,认识噪声、噪声的来源及其危害．

(2) 进一步思考:“如何检测声音大小?测量声音大小的工具如何使用呢?”(事先让学生上网查找资料,可以让学生介绍一下“噪声分贝仪”的使用方法)

介绍减少噪声的减少噪音3种途径: ① 声音源头; ② 声音传播过程; ③ 声音接受端.

(3) 创设一个问题情境:你爸爸摩托车消声器坏了,平时路过别人家门口时,噪音特别大,影响了居民的生活,为了节省开支,希望能修复或者制作个消声器使用, 为此,你打开了消声器内部,发现了里面的零件全部挤在出声口．

简介两种消声器原理，如图1、图2所示.

图1 阻式消声器

图2 抗式消声器

(4) 每个人的任务:根据现有的两大类消声器原理图,设计你要做的消声器吧,先画出来瞧瞧吧．

每组的任务:融合每位小组成员的设计理念,画出你们小组的设计图吧.

(5) 分享与展示.

① 每组不得超过2min;

② 每组只有一名同学介绍作品;

③ 想出自己作品一个以上缺点．

(6) 评价与反思:请说一说在活动过程中遇到了哪些问题?通过什么方式解决的?并思考你制作的消声器为什么能够消声?有哪些物理原理?

2 “学科+”的形式之二:物理课程重视综合实践活动的开发和体验

通过综合实践活动,增添物理知识与实践情境相关联的教学内容,培养学生对物理学科的兴趣和关注度．综合实践活动是一种很有特色的学习内容和学习方式,对学生核心素养的养成有重要意义和独特价值．它比常规教学更耗时、更费力,综合实践活动能否取得预期的教学效果,在很大程度上取决于教师对活动的重视程度和指导水平的高低．

以苏科版8年级上册物理教材第3章光现象综合实践活动“探究树荫下的光斑”为例,综合实践活动可以分为3个阶段:第一阶段,确定课题阶段．(1) 发现问题:学生们虽然经常从树荫下经过,但很少有人意识地注意地面的光斑,引导学生仔细观察,学生会发现现象和问题:有的光斑是不规则的,有的光斑近似为原形．原形光斑比不规则光斑小,且比较暗．哪些因素会影响光斑的形状和亮度．(2) 提出猜想:地面光斑的形状由树叶间的缝隙或者小孔的形状决定的还是由物体的形状决定的．(3) 设计方案:围绕“如何用实验验证猜想”和“需要哪些器材”两个问题来讨论．通过讨论,由学生自己确定如何在卡片上开孔,写出实验方案,设计中要考虑如何更好地记录实验现象．第二阶段,课题研究阶段．取较大的孔,孔的长宽都是1 cm,形状不同,观察光斑的形状和亮度;取较小的孔,尺寸约3 mm,形状大小不同,进行实验,观察孔的形状与光斑形状是否有关．第三阶段,成果整理和交流阶段．整理实验过程收集的各种信息,撰写研究论文,包括问题的提出、研究方法和计划、实验情况和记录,待研究的问题等等．最后一个环节就是交流汇报,这个环节可以采用分工的方式,并综合运用各种多媒体手段,汇报交流时,其他学生可以进行评价和提出质疑,由汇报人进行答辩．

从树荫下光斑的现象,引导学生进一步思考,树叶的缝隙较小时,类似于小孔,那么小孔成像的性质与哪些因素有关呢?这里其实就是一个物理建模的过程,从生活中的现象得到启发,用其他物体来代替太阳,学生自发研究小孔成像的形状与像的大小与哪些因素有关,设计课外小实验进行进一步的探究活动(附学生设计的部分实验报告).

实验报告:探究像的大小和哪些因素有关.

选择其中成像最清晰的一个小孔,改变光屛和小孔的距离(像距)和LED光源(物体)和小孔的距离关系(物距),观察像的大小有怎样的变化,记录成缩小、放大及等大的像时像距和物距数值,并比较像距和物距的大小关系，如表1所示．

表1

实验结论:

① 当____________时,成缩小的像;

② 当____________时,成等大的像;

③ 当____________时,成放大的像．

在综合实践活动中,学生的发现往往令人惊喜,比如当学生使用“F”形状的LED光源(如图3甲)作为发光物体时,光屏看到了倒立的像,进一步仔细观察,发现,小孔的形状是圆形时,组成实像的每一个小光斑是圆形的(如图3乙);小孔的形状是三角形时,组成实像的每一个小光斑是三角形的(如图3丙);这使学生产生了新的困惑．这时,教师可以进一步指导,让学生去测量“F”形状的LED光源外观尺寸,组成LED光源每一个小光源的尺寸,还有小孔的尺寸,让学生去认真思考研究形成这种现象的原因,引导学生进行新的课外探究活动．

精心设计与物理相关的综合实践活动,在这样的探究活动中培养科学思维及科学态度,促进学生物理核心素养的形成．

(甲)

(乙)

(丙)

3 “学科+”的形式之三:物理课程加入学科相关的研究性学习

物理学科核心素养中包含科学态度和责任这一要素,这里的责任其实就指社会责任,这是学生核心素养的重要组成部分．核心素养中所指的社会责任又分为责任担当和实践创新两个方面,通俗地讲,这一素养可以理解为人文精神或者人文关怀．人文精神的核心包含了3个方面: ① 关注个体自身的发展; ② 关注人与自然的和谐发展; ③ 关注全人类的发展．②在物理课程中如何积极倡导人文精神呢?这就需要在物理课程设计中加入相应的研究性学习环节,让学生去了解社会发展动态,了解国家现阶段科技发展的水平,我们面临的能源危机与环境污染等等问题,培养学生的科学态度和责任．研究性学习包括资料的收集、阅读和调查,实地考察等形式,是学生自主学习的一种方式,物理学科相关的研究性学习可以从以下3个方面入手.

(1) 关注科技发展的动态．例如在进行“望远镜和显微镜”课堂教学之后,可以布置阅读调查的任务:现阶段世界上最先进的望远镜有哪些?他们能观察到宇宙空间的哪些范围?学生在收集资料,进行阅读调查之后,有学生会进一步了解到我们所熟知的哈勃空间望远镜,在1990年升空时,这个当时观测项目中规格最大(1万人参与制作,耗时10年),投资最多(最初是30亿美元),最受公众瞩目的空间设备,它的安装和制作充满波折．当时在人们期待它向地面发送清晰图像时,却发现成像效果很不尽人意．通过图样缺陷分析显示,问题来源于主镜的形状被磨错了,镜面和需要的位置只差了微不足道的2μm,但这个差异却造成了灾难性的球面误差．对这一段历史的回顾,学生们会意识到:科学的发展,技术的进步是永无止境的,科学家也会犯错,在探索未知世界的进程中,人类总是在不断发现问题,不断犯错,不断改进,可见,科技的发展进步从来不是一帆风顺的,而是在波折中曲折前进的．还有学生会注意到:我国建成世界上最大口径射电望远镜(FAST), 该望远镜口径为500m、占地约30个足球场大小．2016年9月,在贵州省平塘县的喀斯特洼坑中落成启用,开始接收来自宇宙深处的电磁波,成为世界上最大“天眼”．除了阅读相关资料以外,也可以组织实地考察:如参观集成电路工程设计院,到国家超级计算中心开展寻访活动,参观了世界上首台峰值运算性能超过每秒十亿亿次浮点运算能力的超级计算机——“神威·太湖之光”．了解现阶段国家科技发展的水平,有益于学生社会责任意识的形成.

(2) 关注人与自然的和谐发展．在苏科版“能源和可持续发展”一章中,介绍了各种能源及其优缺点之后,提出了3个思考问题: ① 能源与社会发展有什么关系?② 人类应该怎样和自然界共处?③ 你能为节约能源做些什么?学生们利用所学的知识,联系实际作出生动回答,答案丰富多彩,让教师感动．假期组织物理兴趣小组的学生开展小队活动,比如,参观污水处理厂,了解城市污水的处理方法,去城市环境监控中心开展了“一滴水,一生命”主题活动,培养学生珍惜水资源,爱护环境的意识,在这样的研究性学习中潜移默化中培养学生的科学态度和责任．

(3) 关注全人类的发展．人利用科学和技术可以改造自然,造福人类,也可以凭借科学技术的力量,破坏自然,危害世界．可以让学生查阅资料后,分享自己了解到的与物理相关的历史故事．如当爱因斯坦获知匈牙利科学家根据质能转换的关系发现核聚变以后,主动写信给美国总统罗斯福,要求制止此项技术用于战争．信件虽未能起作用(此事成为爱因斯坦的终身遗憾),但他作为一个科学家的良知一直为世人所称颂．

人类创造的文化,包括科技文化和人文文化,它们分别发挥着工具理性和价值理性的作用,但是到了现代社会,由于科学技术成为第一生产力,创造了巨大财富,于是,使得人们对它的作用过分“高估”,以为人类社会的所有问题,都可以由它来解决,而人文文化却被忽视,其实科技决非万能,因为人类的情感,意志,审美等意识层面的问题需要通过感受,体验乃至直觉,顿悟等发挥作用加以解决,科学技术是“价值中立”的,技术具有两面性,行善和威慑,所以它必须依赖人文精神的指引．教育的目的是培养人的核心素养,在物理课程设计中,教师更加需要对人的价值和人生意义给予关注,对人类命运的给予关注．

综上,在“单元设计”的视域下,以“学科+”的形式进行指向核心素养的初中物理课程的设计,进而促进学生逐步形成适应个人终身发展与社会发展的人格品质与关键能力,这是作为物理教师理想与目标．