物理学科初高衔接课程的开发与实施

◎ 潘新竹

一、初高衔接课程开发的背景

笔者所在的上海市实验学校是一所集教育、教学、科研于一体的市实验性、示范性学校。学校实行小学、初中、高中十年一贯的弹性学制，其中小学4 年，初中3 年，高中3 年。基于小初高一贯的学制，学校得以对学生的成长开展密切的跟踪调查，各学段的教师也能定期交流学生的发展情况。在此过程中我们发现，由于初高中对学生能力要求的差异，加上初中结业验收考试（相当于中考）指挥棒的存在，使得刚升入高中部的学生在思维能力、学习方式等方面往往跟不上节奏。例如，在学习物理和数学这两门学科的时候，学生多半是以孤立的眼光来看待这两门学科的，虽然在数学课学习了工具，但是不知道有什么用，在物理课上也不能灵活地运用工具去处理物理模型问题。此外，为了应付验收考试，学生经历了近一个学期的“习题训练”，这样的训练使得他们虽然在面对已知物理模型的时候具有非常高的敏感度，但是如果要处理一个课内没有接触过的实际物理问题，则完全没有方向。因此，学生通常需要花一个学期，甚至更长的时间来适应全新的学习环境。

针对初高衔接过程中所面临的问题，学校初中部在2015 年实施了一项大胆的教学改革实验：在中三（即初中的毕业年级）的第二学期期中考试过后，综合评价位于前70%的学生可以免于参加期末的初中结业验收考试。学校希望通过这项教学改革，把大部分学生从应付验收考试的教学中解放出来，给予他们充分的时间用于高自由度的个性化学习，帮助学生尽早地在思维能力和学习方式等方面适应更高层面的需求，从而探索培养创新型人才的方法和路径。

正是在这样的背景下，笔者以物理学科核心素养为基础、STEAM 学科融合教学理念为指导、目标任务导向式教学为主体，并通过丰富的表现形式呈现学生的学习成果，开展基于学科核心素养的课程开发探索研究。

二、初高衔接课程的开发和实施

（一）课程目标和设计思路

正如前文所述，参与初高衔接课程的是学校综合评价位于前70%的学生。总体上来说，这部分学生具有一定的自学能力以及较强的阅读理解和逻辑能力；然而他们的动手能力和解决实际问题的能力相对较弱，有待进一步的提升。因此，笔者为物理学科初高衔接课程设置了以下主要目标：初步了解进入20 世纪以来，现当代物理学研究的主要内容、所面临的困难和亟需解决的问题；能对简单的实际物理问题提出猜想假设、开展建模分析，并通过探究实验进行验证讨论；能用不同的艺术表现形式（如唱歌、演讲等）表达自己的物理观。

显然，传统的课堂授课方式难以实现课程目标。教师如果仅仅是给学生布置任务，继而采取完全开放的自主学习方式，由于课程目标较高，学生也很难高质量地完成本课程的学习。因此，笔者采用如下设计思路。

（1）课堂授课和任务解决相结合。解决任何实际问题，首先需要一定理论知识的积累，因此课堂教学还是必要的。本课程中的课堂教学时间预设为总课时数的1/4，内容主要集中在科学方法论、数学物理方法、辩证思想实验等方面。在课堂学习的基础上，学生进一步开展以任务解决为核心的目标导向型学习。

（2）低难度任务和高难度任务相结合。在学校综合评价位于前70%的学生中，无论是数理逻辑还是阅读理解，抑或是谈吐表达，学生之间各项能力的差异其实还是很大的。如果采取一刀切的教学策略，给所有的学生布置相同的任务，可能会导致大部分学生不能高质量地完成任务，从而磨灭他们学习物理的兴趣，起到适得其反的作用。因此，设置若干个难度、形式都不同的可选任务，让学生根据自己的实际情况选择合适的任务去完成是必要的。

通过对辅助粒子s、t的上述正定算子值测量后, Alice 和Bob能以如下概率确切地获知O1,O2,O3和O4，

（3）理性的科学任务和感性的艺术任务相结合。虽然物理学科是一门纯理性的自然科学学科，但是科学和艺术之间总是有着密不可分的微妙联系——艺术创作需要灵感，而某些重大的科学规律的发现也离不开灵感。因此，笔者在初高衔接课程中所设计的任务问题中，除了对物理现象的分析研究之外，还有根据物理知识和规律对歌曲重新进行编排创作，从而让具有不同特长的学生都拥有展现自身才华的空间。

（二）课程的整体框架

基于对课程教学目标的分析，本课程的开发主要涉及四个板块：数学工具在物理学中的应用、科普书籍的阅读及读书分享、基于SYPT（上海市高中生物理学术竞赛）的实际问题解决及小论文撰写、用物理知识改编歌曲并翻唱。笔者从教学难度、多元智能、核心素养、学习形式等四个维度对上述四个板块进行了分析（见表1）。

如前文所述，虽然学校初中生有70%可以直升高中部学习，但是学生之间的个体差异仍然是不可忽略的。鉴于学生在学习能力和兴趣爱好方面的不同，笔者向学生个性化地推送了这四个板块。

在这四个板块中，“数学工具在物理学中的应用”是必选板块，主要帮助学生为即将到来的高中物理学学习做好准备。考虑到学生对于数学工具的掌握情况有差异，笔者在课程开始之前通过一次纸笔测试对学生进行分类，达标的学生可以免修这一部分内容，从而让学生把更多的精力放在其他板块的学习中。

“科普书籍的阅读及读书分享”“用物理知识改编歌曲并翻唱”这两个板块是基于STEAM教学理念、多元智能理论开发的板块。无论是读书分享，还是翻唱歌曲，都带有一定创作的成分，因此相比于第一个板块它们的难度更高。学生可以根据自己的兴趣爱好从这两个板块中选修至少一个，从而在枯燥的理论学习之余拓展眼界、培养兴趣。

“基于SYPT的实际问题解决及小论文撰写”是四个板块中难度最高的一个，主要目的是初步培养学生科学思维、实验探究等物理学科核心素养。笔者原则上向第一个板块免修的学生推送这一板块的学习，当然也鼓励所有感兴趣的学生参加学习。

整体上来说，所有直升学校高中部的学生在物理学科初高衔接课程中将至少学习两个板块的内容。一方面为高中的学习做好知识和方法上的准备；另一方面为更深入的学习培养兴趣、挖掘潜能。

表1 课程板块分析

（三）基于板块的课程实施

1. 数学工具在物理学中的应用

数学是解决物理问题最重要的工具之一。现行的数理课程是按学科各自的核心逻辑进行编撰和教授的，因此，在初中阶段学生对这两门学科的内在联系认识不足。虽然学了很多重要的数学工具，却不懂得如何在解决物理问题的时候有效地使用它们。本课程的第一个板块就是立足于学生现有的数学工具和物理知识，通过实际的案例分析，培养他们用理性、定量的方式解决物理学问题的习惯。

具体到章节，本课程主要从两个方面切入：第一章主要讨论用方程和函数等代数方法解决直线运动、热平衡、简单电路等问题，使学生掌握用物理知识建立物理模型、用方程建立物理量之间的联系、用函数分析变化趋势和极值等解决物理问题的基本方法；第二章主要讨论用向量、三角形和圆等几何方法解决静力学、二维平面内的运动等问题，进一步拓展学生的认知范围，在几何意义、代数意义和物理意义之间建立联系，培养他们综合运用数学工具多角度、多路径解决物理问题的思维能力。

作为初高衔接课程的第一个板块，这一部分内容主要还是以传统知识为主，通过课堂授课的方式帮助学生掌握一些基本的理论和方法，一方面为本课程的研究性学习奠定基础；另一方面也是为高中的学习做好准备。

2. 科普书籍的阅读及读书分享

兴趣是最好的老师，尤其是对于物理学这样一门与哲学有着千丝万缕联系的学科。在兴趣和好奇心的驱使下，学生对奇妙的物理规律的学习会充满动力；反之则会觉得物理是一门枯燥乏味的学科。因此，本课程的第二个重要板块就是科普书籍的阅读及读书分享。

课程目前选择的科普读物是由曹天元所撰写的《上帝在掷骰子吗——量子力学史话》。本书虽然涉及量子力学，但是主要是物理思想、物理方法、物理学史层面的，阅读全书所需要的物理知识基础并不多，对数学工具更是毫无要求，因此非常适合刚接触物理、好奇心极强的初中生阅读。

为了能帮助学生更好地理解这本科普书籍，本课程针对书中每一章都设计了“阅读指导”，教师对于前两章做了具有引导性和示范性的读书分享。随后教师根据事先制订的阅读计划，安排学生分组开展读书交流活动。每一章都安排一个小组上台交流他们在阅读过程中遇到的疑难点，对相关物理概念、科学方法和哲学思想的理解和思考。全班学生则可以利用这个机会通过提问和讨论交流自己的阅读体会和观点。在完成整本书的阅读之后，每位学生交一篇读后感以对此次阅读做一个总结。

3. 基于SYPT 的实际问题解决及小论文撰写

SYPT 是由上海市教育委员会教学研究室牵头引进的，以IYPT（国际青年物理学家邀请赛）为模板的一项比赛。比赛包括实际物理问题的分析、数学模型的建立、物理实验的开展、实验数据和理论模型的分析、面对面的团体对抗辩论赛等多个环节。该比赛能充分挖掘学生在物理学科方面的潜力，培养他们的学科核心素养。

笔者在2017 年把该板块加入初高衔接课程中：学生以4 人为一队自由组合，从当年的SYPT 中选择一个物理问题开展研究并撰写小论文。在课程的实施过程中，为了培养学生自主学习、合作学习的习惯，并进一步加强初高中联动，教师团队还组织了每一道题的理论分析研讨、高中参赛选手论文成果汇报、观摩高中参赛队内部模拟比赛等。通过一系列教学环节的实施，学生能较好地完成该板块的学习，并以浸润式参与的方法培养“科学探究”这一物理学科核心素养。

4.用物理知识改编歌曲并翻唱

在学校教育中，强调数理逻辑的物理学科似乎和音乐之间并没有太多的交集，但是目前有一些研究表明，开发和利用有效的音乐资源，并巧妙地运用于物理教育课堂，可以激发学生的学习兴趣，调节学习状态，提高学习效率［1］。同时也有一线教师开展了教学实践活动，“物理歌”教学法的提出，使得枯燥难记的物理概念，抽象的、干巴巴的物理规律和概念被牢牢记住［2］。因此在本课程中，笔者加入了“用物理知识改编歌曲并翻唱”这一教学板块，一方面借用艺术提升学生学习物理学的兴趣；另一方面也是对多样式目标导向学生活动设计的一种尝试和研究。本课程的实施按照以下步骤逐次展开。

（1）以初中物理的课程标准为依据，通过师生共同讨论协商，明确适合编唱的教学素材，从而突破学生记忆有困难的教学重难点，突出体系化创作。

（2）组织学生针对筛选得到的知识点选择歌唱曲目，并在教师的指导之下创作编写歌词，从而突出学生在创作中的主体地位。

（3）邀请音乐专业相关人士进行把关，对曲目编写、学生歌唱和视频录制等各方面开展指导。最终把物理歌录制成教学素材视频，从而使研究成果具象化，符合新时代学生活动的要求。

三、初高衔接课程开发与实施启示

从2015 年开始，本课程经过四年多的教学实践，虽然内容架构与最初的设计相比已经有了很大的变化，但是笔者一直秉承“以物理学科核心素养为基础、STEAM 学科融合教学理念为指导、目标任务导向式教学为主体”的方针，进行初高衔接课程的开发和实施。在此期间教学相长，有收获也有反思。

首先，如何进一步使课程更具有体系性，强化各板块之间的内在联系，是下一阶段课程开发的重点。目前课程各个板块之间缺乏密切的联系，使得学生在学习过程中会产生割裂感，也不利于课程的复制和推广。因此，在现有课程逻辑的基础上，重新设计课程内容，加强各板块之间的联系显得十分必要。

其次，如何进一步使课程更具有层次感，使之能面向不同程度的学生，是下一个阶段课程实施的重点。随着课程内容的不断丰富，在课程的实施过程中会面临两个问题：不可能在有限的时间内把所有板块的内容都向学生展示；不同板块内容的难度不一，不可能用一套实施方案面向所有的学生开展课程。因此要求教师在实施课程的过程中做好分层次、个性化的处理，使不同的学生根据自己的特点和兴趣学习不同的板块。

最后，如何开发任务导向式的拓展型课程并向全年段辐射，是下一个阶段课程研究的重点。本课程实际上在实施过程中具有较大的局限性。在空间上，该课程的实施依托于学校特殊的学制和初中验收方案，脱离了这个大背景课程将无法有效地复制；在时间上，该课程仅有2 个月的实施时间，受限于课时数，课程在深度上无法挖掘、在广度上无法铺开。因此，笔者计划利用本课程开发实施的经验，开展进一步的课程研究，开发面向全年段的、具有普遍适应性的课程。

如果说教育教学是具有创造性的工作，那么课程的开发和实施就是其中一个重要的环节。国家课程虽然具有极强的普适性，但是相对而言也就缺乏了针对性。不同的地区、不同的学校、不同的学生对学习的要求往往是不同的。根据学生的实际情况、依托于先进的教学理念，开发和实施拓展型课程是教师的重要使命之一。