论物理学科核心素养的培养

方贵荣

作者简介：男（1964-），云南陆良人。云南省教育科学研究院副院长，中学物理特级教师，云南师范大学硕士研究生导师。教育部课程教材专家委员会第一、二届委员，教育部“国培计划”第一批入库专家，中国教育学会物理教学专业委员会常务理事，云南省教育学会物理教学专业委员会秘书长。参与审定了现行各版本初中物理教科书和《高中课程标准（物理）》，参与人教版高中物理教材与初中物理教师教学用书编写工作。发表过《怎样培养学生物理学习兴趣》《反思变革可入大道——课程改革的思考》等文章。长期从事课程教学与学校管理研究，参与云南省基础教育发展问题咨询研究和评估工作，曾受邀到全国多地进行教学指导。

摘 要：高中物理课程改革的亮点之一就是要形成和发展学生的核心素养，物理学科核心素养大致由物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任构成，通过真实物理情景为载体，延缓物理概念的形成过程，追寻物理规律的发现足迹，培养学生的推理论证能力，有利于培养学生的物理学科核心素养。

关键词：高中物理；核心素养；培养

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2017）10-0001-4

1 引 言

从教育部所给的高中物理课程标准的征求意见稿大致可以判断，下一轮物理课程改革最大的亮点之一，就是提出了物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个维度的高中物理学科核心素养，并把核心素养四个维度进行五级分层，从而形成了学生的学业质量标准。这就意味着，培养学生物理学科核心素养成为下阶段物理教学改革的主要目标。换句话说，怎样形成和发展学生的物理学科核心素养，是当下物理教学亟待研究破解的重要课题。

2 物理学科核心素养的解析

2.1 物理学科核心素养与教学目标的关系

物理学科与其他学科一样，从上世纪60年代开始，教学目标经历从“双基”时代过渡到“三维目标”时代。从现在的态势看教学目标必然要进入“核心素养”时代。

从双基到三维目标是对物理教育教学本质与精髓在认识上的一次飞跃。一是，让学生经历物理概念与规律的形成过程，就是跟随科学家们经历科学探索的过程。感受物理学方法就是让学生体会和领悟科学家们“點石成金”的秘诀，使自己真正掌握科学的真谛，牛顿曾说过“我是站在巨人的肩上”就是这种思想最精密的诠释。二是，通过物理学科的学习，了解科学家们的崇高精神与高贵品质，从而热爱物理学习，立志攀登物理科学高峰，形成为国家、为世界作出积极贡献的品质，应该是物理学科教育的重要目标。因此，三维目标的提出，是物理教学从应试教育向素质教育转轨的重要标志。

物理学科核心素养目标是对物理三维目标的升华。首先，核心素养具有综合性。三维目标所涉及的内容要素无一不被核心素养目标所包含。第二，核心素养具有整体性。核心素养是就一个“人”这一客体应该具有的某种属性的直接描述，但三维目标则不是对一个人所具有的某种属性的直接描述。换句话说，我们肯定某人具有物理核心素养，但从来不说某人具有三维目标。当然，也未见把三维目标分开描述，说某人物理知识与技能好，过程与方法强……第三，核心素养具有高阶性。三维目标体现了对教学目标的整体要求，对学科本身的内容并无具体指向，而核心素养从四个维度进行了内涵确定的描述，特别是物理观念的提出，突出了物理学科特征，四个维度要素的界定，提高了认知度，也有利于教学的把握。

可以说，形成和发展学生物理学科核心素养作为新时代的物理教学目标是物理学科教育的正本清源、返璞归真，也意味着物理教学的品质升华。

2.2 物理学科核心素养的理解

物理学科核心素养从学术层面进行研究，内涵丰富，要素较多。为了有利于培养学生的物理学科核心素养，可以在操作层面进行适当的简化表述。

例如，我们试问什么样的学生具有物理学科核心素养呢？设想有这样的场景：

老师：“我刚买的保温杯，昨天感觉保温效果很好，今天怎么感觉就不是太保温，真烦人。我该怎么办呢？”

学生A说：“老师，扔掉，换一个新的、好的、名牌的！”

学生B说：“老师，问问商家杯子是不是‘三无产品，如果有问题，退货。”

学生C说：“老师，我想想，这个杯子为什么它就不保温了？”

老师说：“怎样分析它不保温呢？”

学生C说：“那要先分析保温杯里的水温变化与哪些因素有关。然后，通过实验或者推理论证逐一排除影响因素，就能找到原因……”

显然，学生C具有较好的物理学科核心素养。具体说来，具有较好的物理学科核心素养，除了具备物理学基础知识与基本技能外，更为重要的是，首先要有质疑的精神。就是对学习、生活等各种社会实践中司空见惯、习以为常的现象，进行刨根问底式探究缘由或寻找答案的精神，即事事都问为什么。如“正午晴朗的天空呈蓝色，为什么？”有对学习、工作等各种社会生活中长期接受、从无疑问的现象，进行怀疑式的再追问、再验证的精神，即事事都问“真的吗？”如“在匀速运动的船中跳远不能提高成绩。真的吗？”

其次，是思考的习惯。通俗地说，有不断追问影响一个事物变化的原因的习惯。从物理上说，有不断追问一个物理量（变化）与哪些其他物理量（变化）有关，有什么关系的习惯。

再次，是科学的方法。物理学中最基本的研究方法如图1所示。

从图中可以看出，物理学最基本的研究方法就是科学探究的方法，所以有人说，物理学发展史就是一部探究史。因此，要把探究的方法作为物理学最基本的方法进行确认，引导学生感知、领悟，直至灵活运用。当然，还有物理学中更加具体的实验的方法、模型的方法、假设的方法、类比的方法等，同样需要重视。

最后，是严谨的态度。第一，崇尚实践。坚持物理知识（真理）来源于实践，即实践出真知，实践是检验理论正确与否的判据。第二，独立思考。克服人云亦云的从众心理，坚持相信自己所见、所闻以及自己感官所感知，进而理解领悟的物理知识、思想和观点，不唯书本，不唯权威。第三，遵守规范。物理学习的一切行为，从现象观察、问题表达、猜想假设、方案设定、实验与推理论证、数据分析、总结结论、练习、课题研究等，都要有证据意识，遵守逻辑的规范。endprint

3 物理学科核心素养的培养路径

我们认为，受应试教育的影响，物理教学中最突出的问题是教学模式化（概念规律+训练）和试题结构化（固定模式+结构良好）的相互作用，导致题海战术，不利于培养学生的物理学科核心素养。因此，应以下述路径进行破局，提高学生的物理学科核心素养。

3.1 以“真实”物理情景为教学载体

以真实的情景性问题展开教学，避免直接从抽象模型进入，有利于激发学生的兴趣，有利于启迪学生思维，有利于学生建模体验。如加速度教学中，紧紧抓住课本给出的引导性问题：一辆小汽车在10 s内，速度从静止达到100 km/h，一列火车在300 s内，速度也可以从静止达到100 km/h，但是它们的运动情况显然不同。你觉得用“速度大”或“速度变化大”就能表示它们的不同吗？如果不能，怎样才能说明它们的不同呢？引导学生层层深入、逐步逼近加速度的概念。又如，在进行伏安法测电阻的教学时，用表1的信息进行课题引入。

教学时，表中第2列、第3列的数据，先提问，后实验测量填入。填完后，追问：从表中信息，你得到什么启示？逐步展开后面的教学，学生必定思维激活、兴趣倍增。

以“真实”物理情景为教学载体，对于学生的质疑精神、思考习惯、科学探究等要素的培养无疑是有效的。当然，所谓真实，可以直接来自于对自然现象的观察，也可以是实验现象，还可以应用多媒体网络技术，甚至可以通过VR技术来创设，以达到以情激趣，以景生疑的作用。

3.2 延缓物理概念的形成过程

物理概念的形成过程需要对研究对象进行观察、实验，解剖、分析，寻找共同属性，进行抽象、概括，从而确定描述的物理量。这一过程需要强烈的科学思维活动，需要合理的方法，还需要科学的态度。应试教育背景下，快速得出概念与规律，强化解题训练的教学模式，淡化了物理概念形成过程的育人价值，忽视了学生物理核心素养的培养，应该予以纠正。例如，电场强度概念的教学，可以按下述思路进行：

首先，根据图2所示教材演示实验，可以得知，离场源电荷远近不同的点，电荷所受电场力大小不同。能否用电场力的大小来描述电场强弱呢？显然不行，因为电场力的大小不仅与电场强弱有关，还与试探电荷量大小有关。因此，必须寻找新的物理量来描述电场强弱。这一物理量在电场中同一点应该是一确定值，且该值应该与试探电荷无关。

为了寻找该物理量，试想在电场中某一点放置一试探电荷Q，其所受静电力F，可以猜想Q与F的对应关系应该如表2所示。通过分析关系表，可以得到：=恒量。

显然，该恒量满足前述的同一点有确定值，且与试探电荷量无关的要求。看来大致可以用此恒量来描述电场强弱。能否进一步证实这一观点呢？我们考虑用库仑定律去分析点电荷产生的电场。试探电荷在点电荷Q的电场中一点所受力满足以下关系：

观察（2）式可知，（F/q）能够满足上述要求。另外，尽管（2）式是从点电荷产生的电场中推导出来，但任何一个电场都可以看成大量点电荷的电场的集合，因此可以推广到任意电场。至此，可以判断前述的分析完全正确。因此，物理学中就定义：E= F/q为电场强度，用于描述电场强弱，F为试探电荷所受电场力，q为试探电荷的电荷量。

该思路从模型建立，猜想假设，分析归纳，到推理论证，一环紧扣一环，充分体现科学探究思想。同时，从一般电场的猜想，到特殊（点电荷）电场的论证，又从特殊（点电荷）电场到一般电场的推理，实现了认识上的二次飞跃，对学生核心素养的培养是全面的，也是深入的。

物理概念的形成过程方法不一而足，但思维过程却是相通的，充分挖掘其育人价值，着意进行延缓拓展，对学生物理核心素养的培养一定大有裨益。

3.3 追寻物理规律的发现足迹

每一条物理规律的发现过程既蕴含着物理学家们光辉的科学思维和研究方法，同时物理学家们在黑暗中摸索前行的艰难历程、千百次探索失败的沮丧心情，甚至成功后的不安与名誉之困，无不成为对学生物理核心素养培养的重要素材。例如，法拉第电磁感应现象发现过程就是一个典型例子。因为，法拉第有“一切自然现象都是相互联系着”的坚强信念，才会在奥斯特发现电流磁效应后，立即就能产生磁能生电的创新猜想。而后历经十年的艰难历程，“偶然”观察到了电磁感应现象，进而通过严谨的论证，总结出了电磁感应现象产生的条件。其过程跌宕起伏，引人入胜。在发现电磁感应现象后，对实验的不断追问：

（1）铁环是必须的吗？铁环的作用是什么？

（2）线圈A是必须的吗？线圈A的作用是什么？

（3）感应电流大小取决于磁场大小还是磁场变化快慢？

（4）线圈B的匝数多少有什么影响？

（5）磁棒不动，线圈动行吗？为什么？

让学生“身临其境、感同身受”。

在进行这一内容教学时，不应过分渲染法拉第这位铁匠的儿子的天才和发现的偶然，而重点要突出由于法拉第有着自然现象是相互联系着的坚强信念，才会产生磁生电的闪光思想，有了对对称思想的深入思考与探究，才会出现必然中的偶然，有了科学探究的方法和严谨作风，才能进行理性分析总结出电磁感应现象产生的条件。

同理，有的物理学家在作出重大发现后，对其应用的担忧，反映出科学家的理性与良知，也是对学生态度、责任与价值观的极好教育，理应得到重视。如1945年7月，美国率先试爆了原子弹。美国原子弹之父奧本海默表示，在看到原子弹爆炸场景时，他想起了古印度史诗《摩诃婆罗多》中的一段话：“漫天奇光异彩，犹如圣灵逞威，只有千只太阳，始能与它争辉。现在我成了死神，世界万物的毁灭者。”

物理规律的发现过程闪耀着物理学家的光辉足迹，我们在追寻中，在物理大家们的引领下，模仿而创新，感悟而升华，难道还有更好的教学之道吗？

3.4 培养学生的推理论证能力

所谓推理论证能力是指根据给定的物理情景，利用已知的物理知识和科学方法，针对问题进行逻辑推断、归纳和论证，并得出正确结论的能力。显然培养科学推理论证能力是学生物理核心素养形成和发展的重要内容。如两同学分别测得同一导体的伏安特性曲线如图3所示，怎样分析两同学的测量结果？

该问题就是要学生推理论证两位同学的测量结果谁是谁非，也就是分析两位同学的测量结果谁满足欧姆定律。这种推理论证能力对学生来说，就是物理核心素养的一种表现，应该给予重视。但由于受大规模纸笔测试的限制，考试中明确考查学生的推理论证能力的试题很少，教学中也普遍被弱化，这种倾向应该予以纠正。好在一些自主命制的试题已明确考查学生的推理论证能力，相信这一趋势会发扬光大 。如2016年北京市的考试题中有：

某同学想用下述方法研究机械能是否守恒：在纸带上选取多个计数点，测量它们到起始点O的距离h，计算对应计数点的重物速度v，描绘v2-h图像，并作如下判断，若图像是一条过原点的直线，则重物下落过程中机械能守恒。请你分析论证该同学的判断依据是否正确。

4 反 思

物理学科核心素养的提出，并不意味着物理教学将进行一场新的革命，理论上说一切符合物理教学规律的方法都能够对学生进行核心素养的培养，上述分析是针对现实提出来的。

参考文献：

[1]龚燕江.物理新课程教学与教师成长[M].北京：中国人民大学出版社，2011.

[2]陈时.物理学漫谈[M].北京：北京师范大学出版社，2012.

（栏目编辑 廖伯琴）endprint