关于核心素养导向的中学物理教学的思考

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  • 更新时间2018-08-21
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  摘要:倡导核心素养导向的物理教学,是体现物理课程价值的要求。物理教师应该从物理学基本概念和规律、科学研究的思想方法、科学研究态度价值观、科学应用意识等方面培养学生的物理核心素养。核心素养导向的物理教学要求重视物理核心概念教学、注重科学研究方法的应用、关注学生真实的情感体验、借助原始物理问题培养学生解决实际问题的能力和意识,还要求教师以身作则、言传身教。


  关键词:


  物理核心素养;物理课程价值;物理教学;


  作者简介:林钦,1979年生,男,福建福州人,福建师范大学物理与能源学院讲师,硕士生导师,主要从事物理课程与教学论、物理学习评价研究;作者简介:陈峰,1962年生,女,台湾人,福建省教育考试院副院长,正高级教师,特级教师,硕士生导师,教育部物理课程标准研制组核心成员,福建省物理教学研究委员会理事长,福建省特级教师协会秘书长;作者简介:宋静,1981年生,女,河北保定人,福州教育研究院物理教研员,主要从事物理教学与评价研究。


  每次听到“把物理全都还给物理老师了”[1]诸如此类的话,都会让我们反思:中学物理课程的价值何在。遗忘是自然界中一种不可抗拒的规律,在知识大爆炸的时代,忘记已成为常态,当知识被遗忘以后,在学生头脑中留下的痕迹才是教育价值的体现。德国著名物理学家、诺贝尔奖获得者冯·劳厄就曾说过:教育给予人们的无非是当一切已学过的东西都忘记后所剩下来的东西。物理课程希望学生剩下的是什么?物理学研究的事实和结论可能被学生忘记,但物理学研究的思想方法、研究态度一定能够长久地支持学生的学习、生活和工作,是不会“还给”物理教师的。这些被学生终身保持的,成为他们行为习惯的就是一个人的基本素养,培养学生的物理学核心素养和关键能力才是中学物理课程的价值所在。


  怎样的物理教学才能有效促进学生科学素养的提升,是每一位从事物理教学工作的教师深思的问题。我们基于物理课程的价值追求,提出物理核心素养导向的教学,通过物理课程教学培养学生的物理核心素养,让物理课程成为培养学生科学素养的课堂,给学生留下对他们终身发展最有价值的东西。


  一、核心素养导向的物理教学架构


  (一)物理核心素养的构成


  《全民科学素质行动计划(2006—2010—2020年)》指出,科学领域课程应以提升学生科学素养为目标,学生通过课程的学习应了解必要的科学技术知识、掌握基本的研究方法、树立科学思想、崇尚科学精神,并具有一定的应用他们处理实际问题、参与公共事务的能力。[2]物理课程作为自然科学领域的重要基础课程,在培养学生方面的价值则体现从科学知识、科学方法、科学精神与态度、科学应用四个方面为学生今后生活和工作作准备,使学生养成终身发展所需的必备品格与关键能力,形成学生的物理学科核心素养。


  1.科学知识方面的核心素养表现为对物理学科发展中核心概念和规律的理解。物理学发展过程也是人类认识世界的过程,在认识世界过程中对客观事物共同属性和本质特征的抽象形成了物理概念,在探索物理现象内在联系的过程中形成了物理原理和规律,[3]这些都是人们今天认识世界的基础。学生通过物理课程的学习,应该能够认识和理解自身生活的客观世界,认识自然界的构成、现象和规律,认识物质存在的多样性、复杂性和统一性,形成科学的唯物主义世界观。


  2.科学方法方面的核心素养表现为了解并掌握研究世界的基本思想和方法。物理学家为更有效地研究和认识自然界,探索出了许多研究思想和方法,这些思想和方法比科学知识更有价值。例如,忽略次要因素的理想化模型方法、控制变量的方法等,都是学生今后思考和处理身边问题的重要方法。学生通过物理课程的学习,应该能够了解物理学研究问题运用的思想和方法,并认识到这些思想方法在解决问题中的价值。


  3.科学精神和态度方面的核心素养表现为对科学研究的热情和和实事求是的态度。学生通过物理课程的学习,应该能领悟物理学研究过程中表现出来的尊重事实、实事求是的科学探究态度,能在学习、生活和工作中坚持做到实事求是。


  4.科学应用方面的核心素养表现为有应用所学知识、方法解决现实问题的意识和能力。学生通过物理课程的学习,不仅要能够解析“模型化”的物理试题,更要有解释生活中物理现象的意识,利用科学知识和方法解决学习、生活和工作中遇到问题的意识和能力。


  物理课程的教育价值在于让学生养成这四个方面的核心素养,让学生具备科学的思维和意识、科学研究的方法、适应社会所需的物理学知识、了解科学的起源和树立科学的世界观、[4]严谨的科学态度和实事求是的科学精神。为实现这样的培养目标,我们有必要反思当前的物理教学,重构核心素养导向的物理教学,能够为基础教育物理课程及教学改革指明方向。


  (二)核心素养导向的物理教学的建构


  物理学科核心素养是学生在学习物理过程中逐步形成的行为习惯与关键能力。体现物理学科的教育价值,实施核心素养导向的物理教学,需要教师转变教学的价值观念,意识到物理教学的目的不在于对物理知识的记忆和再现,而在于知识和方法的应用,在解决问题中逐步形成物理学科核心素养。


  物理核心素养导向的物理教学结构


  物理核心素养导向的物理教学结构下载原图


  首先,要认识到物理学研究所积累的知识是学生学习活动的载体而不是终极目标。知识教学的目的在于把物理学在研究自然的过程中获得的知识转化为学生的个体知识,使学生知道世界是什么样的,能够客观地认识和分析自身所在的世界。教师要为学生学习物理知识创设合适的情境,帮助学生借助物理学家研究问题的方法探索自然、建构个体知识,并在此过程中掌握基本的认知方法、感悟物理学家研究过程中体现出来的科学精神。


  其次,要认识到学生物理知识的建构过程,关键在于核心概念的建构。核心概念是指居于学科中心,具有超越课堂之外的持久价值和迁移价值的关键性概念、原理或方法,是一种教师希望学生理解并能在忘记其非本质信息或周边信息之后,仍然能应用的概念性知识。[5]物理教学过程不应该是向学生“灌输”事实和结论的过程,而是应该帮助学生借助物理学家研究自然界的思想方法,自主探索、建构物理学科核心概念,并逐步将这些思想和方法内化成自身的行为习惯,形成良好的科学品质。物理教师应该清晰地认识到物理学科核心概念与其他结论性知识之间的联系,围绕核心概念开展教学,而不是围绕考试试题开展教学。


  最后,教师还要清楚地认识到学生物理学核心素养是一种行为习惯和思维惯性,习惯和能力的形成不仅需要学习体验,同时也离不开学习者的自身实践。[6]学生解决问题的过程与物理学家研究的过程都不可能是一帆风顺的,物理教学应该帮助学生感悟物理学家研究过程中所表现出来的情感态度和价值观,并创设实际问题情境帮助学生体验这样的科学精神,帮助学生把蕴含在知识发现过程中的情感、态度和价值观转化为自身解决实际问题的行为准则,使他们能够正确地对待和解决未知的问题,在此过程中将科学方法内化为自身行为习惯,养成良好的科学态度和素养。


  核心素养导向的物理教学要求我们将物理课程的教育目标定位在学生终身发展的行为习惯与关键能力的养成,在教学中不断为学生提供面对问题、分析问题、解决问题的机会,在此过程中激发他们学习的热情,在主动学习与探究中养成行为习惯,发展关键能力。


  二、核心素养导向的物理教学策略


  物理核心素养导向的教学要求教师深刻认识物理课程促进学生能力发展的价值所在,关注学生物理核心素养的培养。改革当前物理课堂教学,实施物理核心素养导向的教学要求我们注意学科核心内容、科学方法、科学精神、实际问题以及教师以身作则等方面的问题。


  (一)围绕核心概念展开教学


  以物理核心概念统领物理教学,可以帮助师生从纷杂的事实、概念、规律、定理、公式中跳出来,站在更高的位置上培养学生的科学素养。物理核心素养导向的教学要求课程内容应该围绕物理学科的核心概念进行,教学重心应该从讲授事实转移到使用事实,学习重心也应该从记忆事实转移到理解可迁移的核心概念和对更为根本的知识结构进行深层理解,培养和发展思维能力。[7]


  例如,质点的概念:用来代替物体的有质量的点。这是一个理想化的物理模型,仅靠教师的讲授是难以掌握的,只有将其置于一定的应用情境中,才会显得生动和有意义。


  A.当物体的大小和形状对所讨论的问题来说影响不大时,就可以忽略物体的大小和形状,把物体当成质点。


  B.物体上的各点的运动情况都是相同的,即平动的物体,可以看成质点。


  C.在研究物体运动时,其大小与形状可以不考虑时,可以视为质点。


  这三个都是对质点概念的理解,其中A是核心概念,B、C等是次位概念,是质点概念在具体情境中的解读,是事实性的结论。


  核心素养导向的物理教学要求教学活动不能停留在仅让学生记住一些物理学事实,而是要关注通过事实抽象提出的核心概念,教师可以围绕“是否可以忽略物体的大小和形状”开展教学,讨论B、C两种情况下能否将物体看成质点,培养学生敏锐鉴别的思维,从而更深层次的理解“质点”的概念和“理想化模型”,并将这种“忽略次要因素”的思维方法迁移到工作和生活中。


  反观当前的中学物理课堂中,许多教师为应付考试的需要,往往“赶进度”,注重“关键考点”的教学,这样的方法使得学生难以进行有意义的知识组织,在“关键考点”之外通常只是能触及一些表面性的事实和结论。然而关注事实记忆的课程终将被完全遗忘,这就是学生“全都还给老师了”的原因所在。


  (二)提供应用科学方法研究问题的机会


  物理核心素养导向的教学要求物理课程能够为学生在今后工作和生活中面对未知问题时提供解决问题的思路和方法。物理课堂教学应该为学生创新真实、复杂的问题情境,鼓励并引导学生剖析问题、简化问题、建立物理模型,并运用适当的方法解释问题。


  注重科学探究是新课程的亮点之一,《美国国家科学教育标准》认为科学探究“指的是科学家用以研究自然界并基于此种研究获得的证据提出种种解释的多种不同途径。科学探究也指的是学生用以获取知识、领悟科学的思想观念、领悟科学家研究自然界所用的方法而进行的各种活动”。[8]科学家研究问题的关键,是能够在纷繁复杂的表象下发现问题的关键,在此基础上建构物理模型、设计方案、解决问题。科学探究教学的价值应该是培养学生利用科学探究的方法获取知识、研究解决生活中遇到问题的能力,而不仅仅是简单重复科学家发现知识的过程。


  然而,在过于强调知识积累的物理教学中,科学探究更多时候仅仅被作为发现知识的“工具”和“手段”,获得事实性结论成了科学探究的目的所在,使得科学探究的价值被弱化。在物理课堂中探究的问题往往是教师已经明确提出的(或者是问题情境中显而易见的),学生只要按部就班的“猜想、假设、实验……”就能够轻而易举地探究出正确的结论。学生在探究前基本知道了结论,在探究过程中既不可能也没有时间思考“可能存在的问题”,长期这样的重复训练永远达不到发展学生问题意识和探究能力的目的,也不能促进学生真正理解科学探究的精髓。[9]


  例如,牛顿第二定律的实验探究中,教师通常提出典型问题:探究力与物体运动状态变化之间的定量关系。在学生猜想假设的基础上,根据所需测量的物理量设计实验方案并进行实验,最终得到科学的结论。这一过程看似注重了学生有证据的猜想、实验设计、实验操作能力等方面探究能力的培养,但许多教师并没有给学生思考探究中可能存在的问题的机会:拉力大小如何确定、如何有效平衡摩擦力、该实验成功的关键是什么、实验数据存在误差的原因是什么?等等,仅将其作为获取知识的工具,得到知识即结束探究。


  如果教师能够给学生足够的时间思考如何更精确地测量所需的物理量,如何减小摩擦,实验中可能出现的问题,在学生得出实验数据后进一步引发学生对现有结论的反思和质疑:实验结果的误差是由什么原因造成的?实验中有哪些地方值得改进?为什么结论不表示成a=F/m等。只有不断地反思、研究探究教学过程出现的问题,才能真正培养学生的探究能力,提升学生的物理核心素养。


  (三)还原“真实”科学研究历史


  物理核心素养导向的教学要求关注学生科学态度和价值观的体验,教师可以借助物理学发展史,为学生创设真实的情境,避免空洞的说教,帮助学生切实体验严谨的科学态度、科学精神。同时,教师应该关注学生“求真”的愿望,还给学生一个真实的历史。


  杨振宁教授曾将他取得成功的奥秘归结为:“要站在问题开始的地方,要面对原始的问题,而不要淹没在文献的海洋里……”。这给我们物理教学极大的启示:物理教学同样不能淹没在教材、教辅和题目的海洋里,而应深入挖掘物理学曲折的发展史中涌现出来的伟大的科学思想、科学精神。写在教科书上的科学结论固然重要,但它背后的孕育发展、由潜到显的转化历程则更富启迪。物理核心素养导向的教学要求教师向学生展现物理概念的形成过程、物理规律的发现过程,以及物理问题的解决过程,体验真实的科学精神。


  例如,教科书通过比较亚里士多德和伽利略的不同观点来介绍牛顿第一定律的发现过程,教材写道:“这个‘错误’竟维持了近两千年。直到三百多年前,伽利略……”。[10]许多物理教师在教学过程中都组织学生讨论亚里士多德的错误观点,强调伽利略勇于质疑的科学精神和牛顿“站在巨人肩膀上”总结得出牛顿第一定律的伟大成就。这样的教学过程似乎突出了伽利略勇于质疑、不畏权威的高尚品质,殊不知这种断章取义的说教已经起到了相反的效果,给学生造成“古人真笨”的印象,无法理解为什么“两千年无人反驳”,更无法理解“站在巨人肩膀上”的含义,以至于本应该充满生机活力的物理教学变得机械、沉闷和程式化,缺乏情感与灵性的自然流露。[11]


  反思古希腊的科学史我们可以发现,在伽利略之前,就有许多学者对亚里士多德的观点的不足进行了批评,如希帕克斯(前190—前120)、菲洛波诺(约490—570)、布里丹(1292—1363)、奥雷斯姆(约1320—1382)和达芬奇(1452—1519)等,尤其是伽利略的哲学老师博纳米科和贝内代蒂提出了“冲力”的概念,为伽利略的“临门一脚”奠定了良好的基础。[12]物理教学中如果忽略二千年中曲折的研究过程,学生就无从认识“巨人”所在,无法领悟伽利略、笛卡儿和牛顿的伟大贡献。


  实施物理核心素养导向的教学要求教师深入研究物理学发展的过程,清楚其中所蕴含的科学思想和方法,创设鲜活、真实的学习情境,带领学生领略物理学的价值,体验物理学研究过程中的科学精神,促进他们科学素养的提升。


  (四)创设待解决的真实问题情境


  物理核心素养导向的教学要求教师为学生自主探究感兴趣的现实问题提供时间和空间,为学生创设需要解决的真实问题,让学生运用所学的知识和方法,自主开展研究活动,只有在真实情境中的自主探究,才能体现学生的探究能力和科学素养。经济合作与发展组织(OrganizationforEconomicCo-operationandDevelopment)在其开展的国际学生评估项目(PISA项目)中认为:面向未来而化解问题的创新能力远比复制既往的知识更具建设性价值,强调个人在面对不可预测的复杂情景时,灵活“分析、推断和沟通”的创意能力,特别是基于独立人格、自由思考而作出自主判断、自主选择的发展性探究能力。[13]


  物理核心素养导向的教学要求教师为学生创设面对未知的、“原始”的问题情境,这些原始问题可以是课堂生成的,也可以来自生产生活现象,让学生像科学家那样“独立的尝试用各种方法研究问题”,在不断尝试的过程中,开拓视野、发展能力,不仅获得了知识,更重要的是体验到了科学探究的乐趣和科学精神,养成良好的科学研究态度。[14]


  例如,在研究“运动合成与分解”内容之后,教师提出:“节日焰火非常漂亮,大家认真观察,看看高空的焰火是什么形状的?”在学生观察的基础上,教师继续将问题引向深入:“为什么都是球形呢?”学生可以自主利用所学的相关知识和方法,从各个方面进行探究,从而巩固强化运动合成与分解的方法,培养学生运用所学解决实际问题的意识和能力。


  又如盛极一时的神奇水杯———55℃杯,许多教师都看到了该产品的广告和新闻报道,如果能够及时查阅资料、咨询专家,就可以引导学生自主探究该水杯的构造和原理———热传导原理,并自制一个快速的降温水杯。培养学生知识应用的能力,提升学生科学素养。


  (五)注重物理教师的言传身教


  物理核心素养导向的教学不仅要求我们改变教学的内容和教学方式,还要求物理教师具备良好的物理核心素养,通过言传身教,潜移默化地促进学生科学素养的提升。


  在学生探索世界、建构认识、形成能力的过程中,离不开教师对事物的剖析、示范;离不开教师对学生活动的启发、引导,这当中都融入了教师的理解、教师的精神、教师的情感、态度、价值观。[15]作为教学中的一个核心要素,物理教师只有具备扎实的专业知识、熟练的研究方法,才能深入浅出地讲解、信手拈来地指导学生的学习活动。教师不经意的一个“随便”,都可能给学生造成极大冲击。


  例如,有媒体报道了《木棉落花把头砸肿了》:


  林老师对主持人收集的5朵木棉花进行称重,最重的21克,最轻的18克,平均20克。花朵从树上掉到头上的时间以2秒计算,一朵木棉花产生的重力动能为0.04焦耳。再假设木棉花与头部接触的瞬间时间为0.1秒,那么砸到头的瞬间重量为400克,这相当于3个多鸡蛋一下子砸到头上。[16]


  这个出自物理教师之手的研究不禁让我们深思,如此随意的表述和研究思路,将对学生科学研究认真严谨的观念产生多大的冲击。


  为更好地以身作则、言传身教,教师应该加强教学研究,努力提升自身科学素养。例如,在打点计时器测量自由落体运动加速度的实验过程中,教师通常要求学生利用“逐差法”处理实验数据,但许多学生实验得到的重力加速度g大于10m/s2。深入分析可以发现:若用相邻两段求加速度的方法,则实验结果误差更大,下落加速度范围可从1.75—18.75m/s2。[17]出现这样的结果时,教师就不能简单地用“存在摩擦”“误差允许范围内”等理由敷衍了事,否则将给学生造成科学研究也很“随便”的印象,非常不利于学生科学素养的养成。教师在深入研究的基础上,可以引导学生分析误差产生的原因、减小误差的方法,介绍本实验采用“逐差法”的意义,体验科学思想和方法在研究问题中的价值,同时培养学生尊重事实、实事求是的严谨科学态度。


  物理核心素养导向的教学是体现物理课程价值的必由之路,教师应该转变教学观念,以学生核心素养提升为目标,改革教学的方法和过程,关注学生个体知识的建构和应用,创设有利于能力发展的学习和现实情境,以身作则培养学生的物理核心素养。


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