课堂教学中落实物理学科素养的关键问题

摘 要：课堂教学中如何落实物理学科核心素养是新课程实施的首要任务.教师必须深度理解核心素养、学科核心素养和物理学科核心素养的基本概念，深度理解物理学科核心素养的层次结构;必须明确核心素养培养的主要途径是学科教学，而学科教学中培养核心素养关键在于课堂.课堂教学中培养学生的物理学科素养可把重点放在以下几个方面：用学科核心素养的二级指标清晰表达课堂教学目标;用大概念的理念促成学生物理观念的形成和发展;用证据意识与模型构建的方式促成学生科学思维发展;强化原始问题的抽象表征，强化问题的探究性设计;注重课堂教学中学生自主学习活动和自主操作活动的设计和实施.

关键词：核心素养;物理学科素养;课堂素养目标;大概念

文章编号：1008-4134（2019）17-0009中图分类号：G633.7文献标识码：A

作者简介：曹宝龙（1960-），男，浙江富阳人，博士，博导，教授，中学正高级教师，物理特级教师，教育部课程教材专家委员会委员，高中物理课标修订组核心成员，人教社2017版高中《物理》主要作者兼分册主编，研究方向：学科教育（物理学、科学）与心理发展、教学管理与研究.

教育部颁布2017版的普通高中课程标准后，全国将陆续进入新的课程体系.今年秋季全国大部分省（市）的高一新生将使用新的课程.前两年，关于新课程标准的实施我们也进行了很好的研究，教师也获得一定程度的培训.面对新的课程，学科教学中如何落实课程标准的要求还是一个难题，很多问题还存在误区或模糊认识.本文就目前我们教师对新课程的认识谈几个基本问题的认识，供大家参考.

1 关于素养的概念体系

1.1 核心素养的概念

素养是在先天素质的基础上后天形成的能力和品格.核心素养是学生在接受教育过程中，逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力[1].从这个定义我们可以直接获得三个方面的含义：（1）核心素养包括必备品格和关键能力两个方面;（2）核心素养是通过教育之后形成的，即它不是先天禀赋，而是先天禀赋基础上的后天培养而获得的;（3）核心素养在个人发展和社会发展两方面需要.

长期以来，我们一直认为人的素养决定于人的认知水平，培养人的素养主要是培养人的认知水平.我们认为通过教育提高学生的认知水平就是素养培育的全部.近年来，心理学和教育学的大量研究证实：单纯的重视培养认知能力不能获得最好的教育效果，而非认知领域的动机、态度、情绪、性格等因素对人的成长有重要影响[2].从素养的定义我们也可以看到，素养培育不仅要培养学生的能力，品格培养更为重要.如果我们培养的人是“高能力低品格”的，甚至于恶劣品格的，那么我们等于为社会培养了一个“毒瘤”或“定时炸弹”.因此，从人的培养的意义来说，培养学生良好的品格是教育的底线.

1.2 核心素养的理解

中国学生发展核心素养把学生的核心素养表達成一个全面发展的人，应该具备三个方面的素养：文化基础、社会参与和自我发展;包括六大素养（即文化底蕴、科学精神;责任担当、实践创新;学会学习、健康生活），涵盖十八个要点[3].本质上这是描述人的素养的一个理想化模型.理解这个模型要注重几个方面：

（1）学生发展核心素养是一个体系，各大素养之间具有整合性.学生发展的六大素养之间是相互联系的相对独立关系，各个素养之间既相互关联又具有一定的独立性.例如，发展学生的科学精神需要文化底蕴，也需要学生积极的社会参与和实践创新活动，同时科学素养的培养离不开自我发展.为什么科学精神又独立成为一个素养？主要是科学领域有独特的思维方式和问题解释和解决方式，科学活动需要这种独特素养的支持.

（2）素养之间没有高低贵贱之分.有人会问：六大素养（或十八个要点）哪个更重要？这个问题没有意义.因为六大素养是紧密联系的一个整体，相互之间是协同发展的关系，最后使人获得全面发展.另一方面，如果从模型的类型来说，这样的分类方法是要素分类法.在要素分类法中各个因素没有重要和不重要之分.正如我们把人分成男人和女人，如果问男人和女人相比哪个更重要是没有意义的.

（3）某个学科的教育活动对六大素养都会有贡献，但侧重的素养不同.文史学科与科学领域的学科所侧重的方面显然是不一样的.科学领域的学科能有效地培养学生的科学思维能力（例如证据、模型、解释等），这与文史类学科的侧重素养是有区别的.

（4）核心素养是知识、能力和态度等的综合体现.个人的知识是人对外部世界的认识，它可以通过直接经验学习或间接学习获得.能力是在知识的基础上的发展，是人们运用已有的知识对外部世界的解释或对外部世界问题的解决.因此，没有知识不可能有能力，知识是能力发展的前提和基础.态度是兴趣、动机等方面的表现，包括自我认识、自我管控等方面.态度既是对人的认知过程和问题解决过程等的认识与管理，又是高层次能力发展的需要.总体上来说，态度属于品格范畴.

（5）核心素养具有发展连续性和阶段性.学生发展核心素养是一个连续发展的过程，高中学生的素养是以义务段教育为基础，在义务教育阶段形成素养的基础上的进一步发展.因此，我们不能认为高中学生需要的科学素养就是小学生需要达成的.

（6）发展学生核心素养已经成为世界各国教育改革的主流方向.教育的根本目标是为学生适应社会、服务社会打下基础，而适应社会能力的关键在于学生的全面而有个性的素养发展.因此，发展学生核心素养是教育的目标，而学科核心素养的培养必定是学科教育的目标.

2 物理学科核心素养

2.1 物理学科素养的概念

在普通高中课程设计中，为了落实发展学生核心素养的目标，高中各学科分别根据自己学科的特点，提出了学科核心素养.学科核心素养是经过学科教育后学生所获得的适应社会和个人生活所必需的学科必备品格与关键能力.物理学科核心素养包括物理观念、科学思维、科学探究和科学态度与责任等四个方面[4].

（1）物理观念.物理观念是学生经过物理概念与规律的学习之后，在自己头脑中形成的物质观、运动与相互作用观和能量观.物理观念并不是物理概念与规律这些知识本身，而是学习者经过一定的学习过程后所形成的对物理事实、物理问题、物理概念和规律的理解与认识，它是物理概念与规律在学习者头脑中的升华.有人认为，物理观念无非是当一切已学过的东西都忘记后所剩下来的东西[5].这是有一定道理的，主要强调的是物理观念是经过物理学习过程中学习者对物理学习内容进行深度加工后才能获得的那些东西.

（2）科学思维.科学思维是根据物理学科的本质特性而形成的关于物理概念与规律的认识方式;是基于经验事实进行模型建构;是基于科学事实的证据进行综合分析与推理的方法;是基于事实证据进行科学论证和质疑.因此，科学思维主要包括模型建构、科学推理、科学论证和质疑创新.科学思维是科学学习与研究的主要内隐性活动方式，它是学习者对物理问题的解释和解决的关键.只有具备科学思维的人才有可能进行有效的科学探究，才能有效地解决物理问题.

（3）科学探究.科学探究是科学学习的主要方式，是科学思维支持的行为表现方式.科学探究是基于科学观察和实验，提出科学问题并形成基于已有事实的科学猜想或假设，设计收集证据和事实的有效方案，并对证据进行解释、交流、评估和反思的科学活动.因此，科学探究主要包括问题、证据、解释和交流.

（4）科学态度与责任.科学态度与责任是学生学习探究科学的心理与行为基础，是学习者对科学本质的认识，是对科学·技术·社会·环境的深度理解，是学习过程形成对科学探究的动力、持久力和严谨的态度、科学道德及社会责任.因此，它包括科学本质、科学态度与责任.

2.2 物理学科核心素养的层次结构

从以上分析我们可以看出，物理学科核心素养是具有层次结构的，一级维度是四大素养，而在四大素养下面有一批二级维度的指标，见表1.

3 物理学科素养的培养

3.1 素养的形成途径

素养不可能用告诉学生以学生接受的方式来获得.素养包括两部分：能力和品格.我们知道，能力的本质是个体面对任务环境时所表现的适应性行为.所以能力的获得只能通过学生自主学习、教师指导的方式才能获得.品格的本质是个人对处境的回应方式.学生面对任务或处境时能够正确评估自己所处的环境，

然后作出合理的回应方式，这就是品格的本质涵义.当然，能力涉及行为的适应性，品格涉及的是回应方式（态度与行为）的合理性、合适性.因此，素养的形成主要是通过学生的自主活动、自主操作和自主体验活动.

物理观念的形成主要应该注重物理大概念的学习，以物理概念和规律的深度理解与应用使学生逐步形成整个物理课程体系的大概念.物理观念的形成可以用以下有效措施：加强概念联系，把概念“做大”;将新概念的学习融合于已有的概念体系;将概念尽可能拓展到一般性的适用范围;用大概念视角解释和解决问题;注重概念建立、概念应用的过程与实际情境的联系;合理设计课堂教学的物理观念目标[6].

科学思维的培养主要应该着力于学生的模型建构能力、科学推理能力、科学论证能力和质疑创新能力.物理模型可有效解释或解决问题，我们要重视对模型的深度理解和灵活运用能力的培养[7].科学推理是科学思维的重要方面，是从寻找的有效证据和已有理论出发向未知的领域认识的重要方法.高中物理教学中在概念学习、规律探索、实验探究和问题解决等方面都有相当多的案例和材料来对学生进行各种推理能力的培养，包括归纳推理、演绎推理和类比推理等形式[8].科学论证是对证据的有效性与合理性进行评估，并用证据解释问题和用证据解决问题的能力.科学论证能力的培养应该重在对证据的理解和评估、运用证据解决问题、用证据解释现象、用证据预测可能发生的现象或用证据形成猜想等方面.这当然是科学思维的核心能力之一.质疑是创新的前提，没有质疑意识与能力就不可能有科学创新，质疑的关键在于培養学生用证据、事实来推断科学结论的意识和能力，和对事实进行深度理解与解释的能力.

科学态度与责任的培养要抓住两点：一是科学本质教育;二是科学·技术·社会·环境.要认识到科学本质教育的重要性;研究与实施基于物理课程的科学本质教育的内容;在物理课程中融入物理学史、科学哲学和科学社会学的内容[9].

3.2 学科素养的课堂培养

（1）课堂是培养学生素养的主要渠道.高中课程体系的基本思想是用各学科核心素养的培养基本完成学生核心素养发展的总体任务;以学科课堂教学完成学科核心素养的培养任务.因此，核心素养的培育和发展主要在课堂，我们不需要在课堂以外添加不必要的“活动”.课堂教学的素养观念是教师必须首先建立的，课堂的素养培育方法是我们必须重点关注的.

（2）素养观既要从单元整体来认识，更要注重每一节课的素养目标.很多学者提出，用大单元的教学设计才能完成素养培育的任务[10].从物理学科来看，大单元固然重要，但更重要的是每一节如何落实物理素养.如果单节课本身不能体现和培养物理素养，那么N节课组成的大单元也不可能落实素养发展的任务.我们的研究表明，课堂教学可以用素养目标来表达[11]，用素养表达的目标可以用素养理念的教学设计来培养学生的核心素养[12].因此，素养的培养关键在于我们教师在设计和实施每一节课时都要有素养理念和素养培养策略.

3.3 素养培养的基本策略

（1）以素养表达课堂教学目标.目标是一堂课的出发点，也是一堂课所求的功效.前一轮我们实施的三维目标（知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观）对课堂教学中培养学生的能力和素养起到了相当重要的作用，但其内存的逻辑和实施的有效性还存在一些问题[13].物理学科核心素养体系为我们设计课堂教学目标提供了很好的学科导向标.一般来说，我们建议用表1中14个二级维度的素养来表达课堂教学目标.操作方法如下：①认真研究本节课的学习内容，分析和确定本节课涵盖的课堂素养目标;②从学生基本学习能力和教材的基本要求两方面研判每一条素养需要达到的等级水平;③以二级学科素养为基础的目标体系的语言准确表达课堂教学素养目标的维度和等级水平[14].

（2）用大概念的理念促成学生物理观念的形成和发展.用告知或简单的归纳方法让学生学到的概念只能是浅表层次的，不能在学生自己头脑中真正建立起有效的观念.例如，密度的概念不能只要求学生知道是质量与体积之比，这种比值定义的物理量往往表示物质的某种性质.但密度是什么性质呢？其实它表达的是物质内部相互之间排列的致密程度.如果从这个意义出发，我们可以用一维密度、二维密度、三维密度和四维密度的生活案例使学生得到深度理解.这样才能使学生在密度概念的学习中获得一辈子都不会忘的观念：密度就是描述物质致密情况的物理量.人口密度、空气质量指数等其实都是密度，质量与体积之比其实是在三维层面上表达所能描述的物质的致密性程度的物理量，即是关于物质分布的三维密度（质量的三维密度）[6].再如，某人托着一个物体在空中坚持1分钟没有发生移动，问此人是否做功？我们很多人认为不做功.其实这是错的.正确的理解是这个人没有做宏观意义上的机械功，但这个人肌肉张紧度的变化活动促成体内的化学能发生转化，所以此人是做功的，但不是机械功;如果我们考虑这个人在托举过程中会发生肌肉擅动现象的话，这个人也是做机械功的.因此，概念的理解必须从实际情境出发使学生有深度解析能力.

（3）用证据意识与模型构建的方式促成学生科学思维发展.科学思维的主要特征是用证据进行推理和论证，用模型解释科学现象.证据可以使科学建立在可靠的基石之上，模型可以使科学问题变得更清晰.因此，科学思维是科学素养或者说人的整体素养的重要组成.例如做简谐运动的单摆的摆球经过平衡位置时，是否处于平衡状态？很多教师用相当多的时间给学生解释所谓“平衡位置不平衡”的问题.其实这也是错误的.平衡位置应该是平衡的，不然怎么称为平衡位置呢？单摆做简谐运动的条件是摆角足够小，小到什么程度呢？小到单摆的轨迹可以看成直线.一般我们认为5°以内就可以看成直线.当然这样说是有误差的，这个误差就是直线与曲线之间的差异.所以从模型来理解，做简谐运动的单摆摆球的运动是来回往复的直线运动，所以不存在“最低点”的问题，竖直方向也是平衡的.显然，我们说竖直方向小球受到的拉力和重力相等的结论是有误差的，但这个误差与轨迹的直线与曲线的误差完全相同的.因此，如果你承认单摆做简谐运动，你就必须承认平衡位置是平衡的.这个案例中，我们用到了模型思想、证据意识和科学论证与推理几个方面的素养，当然也有质疑精神.

（4）强化原始问题的抽象表征，强化问题的探究性设计.物理学是一门研究自然界物质运动与相互作用现象的学科，是建立在理想化概念（模型）基础上的学科.学生的学习往往停留在只能解决理想化情境的问题，而对于未经加工处理的反映真实情境的原始物理问题不能很好处理和解决.因此，教学设计中要尽可能多地反映真实情境的原始问题.从原始问题转化到符合物理概念和规律需要的理想化问题，往往需要对原始物理问题的各种条件进行分析与比较，突出研究影响问题的主要因素，而忽略影响不大的次要因素，这种对于原始问题进行抽象概括的方法就是构建问题模型的方法.对原始问题合理地进行理想化的能力是重要的科学素养，它反映了学生面对复杂情境的适应性水平.例如，在水平地面上以一定速度骑自行车的人，在自行车转弯时自行车与地面之间的夹角最小值可以达到多少？这个问题是一个实际问题，这里必须考虑几个方面：什么因素对自行车的转弯产生影响？自行车可以看成质点来研究吗？转弯时自行车为什么要倾斜？什么情况下自行车轮胎与地面之间发生滑动？对这些问题的思考与研究过程就是对问题进行抽象和建模的过程.原始物理问题不仅能促进学生物理问题表征能力的发展，而且能促进物理思维能力的发展，从而更好地发展学生的物理素养[7].

（5）注重课堂教学中学生自主学习活动和自主操作活动的设计和实施.简单的“教师讲学生听”的模式不可能有效地培养学生的素养，素养的培育应该以“学生自主学习，教师适时指导”的方式进行.例如学生是否会游泳，是否会开车属于素养（或能力）问题.这些素养的获得只能通过学生自主进行的活动过程才能获得;我们对学生讲一百遍游泳的动作要领或者示范一百遍游泳的动作都没有用，学生还是不会.因为这种能力层次的素养只能让学生自主操作才能获得，你要学什么能力必须操作什么活动.例如，学游泳的人必须自己去游泳;学打球的人必须自己去打球;学演讲的人必须自己去演讲.所以，课堂教学中学生获得素养的主要途徑是自主学习、自主操作、自我体验、自我归纳、自主运用.因此，重素养培育的课堂必定是学生“学”的成份特别多，教师“教”的比例特别少，有限的教师的“教”只能用在学生充分体会后才实施，教师不能过多地干预学生的学习活动.

参考文献：

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