物理核心素养视角下教师课堂教学素养的培养

【摘 要】物理核心素养的提出给物理教学的未来改革设置了精准的走向，也促使教师需要具备与之相适切的课堂教学素养。“实验设计与操作技能”是物理教师课堂教学素养培养的基点，“单元设计与概念建构”是物理教师课堂教学素养培养的链环，“问题意识与证据意识”是物理教师课堂教学素养培养的关键。

【关键词】教师素养；实验设计；单元设计；问题意识

【中图分类号】G633.7 【文獻标志码】A 【文章编号】1005-6009（2017）83-0017-04

【作者简介】许帮正，江苏省无锡市教育科学研究院（江苏无锡，214001）教研员，正高级教师，江苏省特级教师，全国优秀教师，“江苏人民教育家培养工程”培养对象，江苏省“333高层次人才培养工程”培养对象，长三角初中物理学科专家，苏州大学物理专业教育硕士研究生导师。

物理核心素养是学生通过物理学习内化的带有物理学科特性的品质。它要求学生在经历物理学习后形成有关物质、运动和相互作用、能量等正确的“物理观念”，培养模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等“科学思维”，掌握“科学探究”的方式，形成科学态度与责任。笔者认为，物理核心素养的提出给物理教学的未来改革设置了精准的走向，也促使教师需要具备与之相适切的课堂教学素养。

从课堂教学的角度解析，物理观念的形成依托于核心概念的建立，这就要求教师首先需要对物理核心概念有清晰的把握；学生科学思维的形成与教师教学时的思维方式密切相关，教师应该善于设置清晰的问题链引导学生建构知识网络、领悟物理方法；科学探究离不开问题，尤其是证据意识，这就要求教师本身应具备相应的探究能力尤其是实验载体的设计和实际的实验操作能力；物理本身是一门实践性学科，也是在实践中不断发展的学科，实事求是的科学态度决定了物理的良性发展，这就要求物理教师在教学中应该能够对物理学科本质有正确的认知。要培养并形成上述的素养，需要教师自身在专业领域的不断钻研，需要教师在课堂教学实践中不断积累。接下来，笔者结合自身的教研经历谈几点看法，以供同行探讨。

一、实验设计与操作技能：物理教师课堂教学素养培养的基点

2016年11月，在扬州市梅岭中学举行了第二届江苏省基础教育青年教师基本功大赛（初中物理），其中的实验操作设计了三个问题，完成时间是30分钟，具体要求如下：

题1：探究杠杆的平衡条件。

器材：杠杆，铁支架（附十字夹），钩码（50g）5只，弹簧测力计1个。

要求：将钩码悬挂在杠杆上一侧，用弹簧测力计在杠杆另一侧施力，实验探究杠杆的平衡条件，测量数据，并记录在自己设计的表格中。

题2：测定小灯泡的额定功率。

器材：干电池2节（附电池盒），直流电流表1只，直流电压表1只，开关1个，滑动变阻器1个，小灯泡（2.5V）及灯座1个，导线7根。

要求：画出电路图，连接电路，进行实验，测量小灯泡的额定功率。

题3：估测薯条的热值（水的比热容：4.2×103J/（kg·℃））。

器材：薯条2根，5角硬币（m=4.5g）1个，烧杯（有水）1个，试管1个，量筒1个，温度计1支，塑料刻度尺1把，圆柱形铅笔1支，钢针1根（插在橡皮块上），打火机1个，铁支架（附烧杯座，铁夹）1套。

要求：设计实验估测薯条的热值，记录测量的数据（规定说明：塑料刻度尺的两端贴有纸片，专供放置薯条和硬币用）。

笔者当时作为实验的评委之一，经历了选手们的答题过程，现将相关情况做一简单整理。

在题1中，弹簧测力计所测拉力是向下的，所以需要倒置后调零。按照要求，这是一个探究性实验，包含的设计思想应该是分别改变阻力、阻力臂、动力臂来研究动力变化，在此基础上得出杠杆的平衡条件。选手操作时的主要错误是不知道弹簧测力计倒置后如何调零，把本实验看成验证性实验，直接采用挂钩码的方法使杠杆平衡。初中物理学习中，学生需要掌握刻度尺、弹簧测力计、天平、温度计、电压表、电流表的使用，按照规范要求，测量时均需要考虑校正“0”点或者具有校正“0”点意识；而验证性实验与探究实验的本质区别在于根据结果已知还是未知从而采用不同的方法。笔者认为，出现错误的根本原因是选手平时教学时对测量工具使用规范的忽视和探究意识的缺乏。

题2中设有一个“陷阱”，当选手连接完电路后，闭合开关发现灯泡不亮，两表也没有示数。但是，按照比赛规定，只有选手向评委提出电路由于器材原因存在断路问题无法实验时，评委才会再拿出一根导线给选手并告知选手“所给导线也不知道是不是好的，你先设计实验检测一下”，当检测发现所给导线是好的，选手需要再次检测电路故障所在。在检测故障时，只有少数选手直接用电压表和导线快速检测出故障所在，而大部分选手实验都是失败的。“测量小灯泡的电功率”是课程标准要求的学生必做实验，实验中学生碰到的实际问题往往是电路不通，而此时教师应该教会学生如何利用电压表和导线采用逐段检测的方式快速排除电路故障。赛后和选手交流时，他们也表示平时在实验中主要关注的是数据分析和得出结论，而较少考虑必需的实验技能培养。

要完成题3的实验，关键是需要选手用刻度尺自制一个天平测出薯条的质量。正确的操作方式之一是先把刻度尺放在铅笔上，调整位置使之平衡，找到刻度尺的重心位置并根据刻度计算出刻度尺的自重。然后再以插在橡皮上的钢针作为支撑点，支撑在刻度尺的中间位置，用硬币做砝码，测量出薯条的质量，测量时必须扣除刻度尺自重的影响。而选手大多因为在自制天平时没有首先想到需要算出刻度尺的质量，从而不能正确测出薯条质量。其实，利用刻度尺自制天平的习题是屡屡出现在试卷中，教师在解题时一般不会有问题，但过多的习题训练已经使我们的物理教学变成了“纸上谈兵”。endprint

实验设计与操作题满分一共20分，参赛选手能得到12分以上的寥寥无几。尽管参赛的选手都是各市选拔出来的优秀的物理教师，处于比赛环境下，紧张不可避免，但是排除客观原因，其中暴露的系列问题的实质是物理教师实验设计与操作技能的缺失。笔者在听课调研中也发现，许多学校的物理教师在上课时喜欢用讲实验代替做实验，稍微好点的是采用视频播放实验操作，这些与现实教育中存在的功利思想和视频资料技术的日臻完善有很大关系。如果不改，物理教学终将会失去其诞生之初的意义，从一门实践性学科而蜕变为一个用文字描述的虚拟世界和用习题编写的数字计算，对学生物理核心素养的形成是非常有害的。

笔者认为，实验之于物理就像骨骼之于人体，它是系列物理核心概念建立的基础。例如，没有伽利略理想实验就没有惯性概念的提出，不去比较压力的作用效果就没有压强，没有欧姆的实验探究就没有欧姆定律。作为一名物理教师，需要将实验设计和操作技能作为物理教学素养培养的基点。

二、单元设计与概念建构：物理教师课堂教学素养培养的链环

在基本功大赛中，教师的授课课题是苏科版物理教材八下第九章“力与运动”的章后小结和八下第十章“压强和浮力”的章后小结。基本的命题指导思想是如何用“物理的核心素养”引领物理章后复习课的设计与实施，课题有很大的自由度和创造空间，有助于评价教师较深层次的知识与能力的积淀。同时，命题者南京师范大学刘炳昇教授也希望通过此题进一步探讨复习课的改革问题。

以“力与运动”为例，教材共有“二力平衡”“牛顿第二定律”“力与运动的关系”三节组成。实际授课时，有的选手着重分析了“探究二力平衡的条件”“探究阻力对物体运动的影响”二组实验探究，给人的感觉似乎是在上新课；有的选手则着重分析了本章知识的应用，给人的感觉似乎是在讲习题。当然，其中也不乏精彩课例，现整理一位优秀选手的授课流程如下：

案例1：“力与运动”授课流程（节选）。

引入：（实验演示，如图1）让小球从斜面上某点由静止滚下，最后停在粗糙水平面上的B点处。

问题：从A点到B点的过程中，小球做什么运动？原因是什么？

模块一：唤醒记忆——核心概念的再现。

问题：同学们已经学习过“力与运动”的相关知识了，请结合实例谈谈对“力”“惯性”这两个概念的认识。

学生活动：先分小组讨论，再汇报自己的认识，互相补充，不断完善。

教师参与，适度追问。

模块二：知识的重构——知识的结构化。

问题：本章重点介绍了“力与运动”，你能把本章所学知识梳理一下吗？

教师简单介绍知识整理的方法：提纲形式，表格形式，树形结构，网状结构等。

学生建构自己的小结，教师收集2名学生的整理结果投影并组织评估。

模块三：评价与反思——运用知识解释现象。

活动1：反思“阻力对物体运动的影响”的探究（配演示实验，如图2）。

问题：实验时每次都要让小车从斜面上的同一点开始下滑，这样做的目的是什么？分别选用棉布、木板和玻璃进行实验，这样做的目的是什么？牛顿第一定律是由实验直接得来的吗？有什么价值？

活动2：反思“二力平衡的条件”的探究（配演示实验，如图3）

问题：小纸片受力吗？为什么能静止？要破坏这种平衡，你有哪些做法？

活动3：知识应用。

（1）反思“测量摩擦力的大小”实验。

在上一章“探究影响滑动摩擦力大小的因素”实验中，是用弹簧测力计沿水平方向匀速拉动木块来测量摩擦力大小的。现在，你知道为什么要用这种方法吗？

实际操作中，弹簧测力计的示数时大时小，这是什么原因造成的？

（2）如图4所示，一物体在大小为10N的力F作用下沿着水平桌面匀速滑动。

①请指出物体所受摩擦力的大小和方向。

②如果要使物体向左做匀速运动，那么应再给物体加一个多大的力？方向如何？请写出必要的分析过程。（可以画图说明）

（3）對如图5所示的在光滑的水平桌面上做匀速圆周运动和竖直方向上摆动的小球进行“力和运动关系”的分析。

该课最大的特点是在深入解读教材的基础上，没有纠缠于每节的具体细节，而是把思维集中于核心概念和“力与运动”关系的思辨分析上，帮助学生重构起知识网络并了解其中的方法，不失为一节优秀的章末复习课。

笔者认为，从教学设计的角度看，应提倡“单元设计”的思想，提倡在授课时依据课程标准，解读教材结构，整体架构教学网络，准确把握核心概念。华东师范大学终身教授钟启泉先生认为，着眼于学生核心素养的培养，单元设计将是撬动课堂转型的一个支点，离开单元设计，就失去了学科的基础，就会纠缠于“课时主义”，就会聚焦碎片化的知识点教学，导致三维目标无法融合。笔者在课堂调研中也发现，即使是新授课，也经常出现教师授课时对教材重点内容把握不准、核心概念难以有效建立的现象，如果我们有单元设计的思想，思路就会很清晰。笔者按照课标要求，对苏科版初中物理教材的科学内容和重要的核心概念做了一个整理，具体如表1。

要说明的是，表1中所列出的“密度、压强”等核心概念不可能在一堂课中就得以建立，学生一般是在多个章节学习的基础上逐步达到认知建构的。例如“密度”的教学该如何设计呢？我们首先需要考虑课标要求，再分析教材结构，依据章节内容设计系统的学习方案，组织学习并实施评价，这就是“单元设计”的思想。所以，要让物理核心素养落地，教学设计的基本链环应是“核心素养—课程标准—单元设计—学习评价”。我们应倡导单元设计成为集体备课的中心议题，在区域性的课标或教材培训、日常的集体备课等活动中突出单元设计，着力避免教师游离于教育活动的基本链环之外；应鼓励教师在独立备课时，加强对教材文本的研读，鼓励在指向学生学习的活动设计中彰显教师个性和智慧。endprint

三、问题意识与证据意识：物理教师课堂教学素养培养的关键

为评估教师的实验教学组织能力，笔者不久前组织了一次无锡市实验教学比赛和研讨活动，所选课题为苏科版第六章第二节“测量物体的质量”，本节主体内容是用天平测量“一枚回形针的质量”和“测量瓶中水的质量”。其中的一节课让大家眼睛一亮，其基本的授课流程如下——

案例2：“测量物体的质量”授课流程（部分）。

第一模块：复习天平的使用规则。

（1）请学生观察天平并说出天平的最大称量和最小分度值。

（2）请学生先估计、再测量一样学习用品质量，抓拍学生测量瞬间（主要是不规范或错误之处）直接投影到屏幕上，组织学生评估纠错。

第二模块：测量一枚回形针的质量。

（1）不限方法，让学生测量并汇报数据。

学生汇报结果：1枚0.6g；20枚10g，每枚0.5g；40枚19.2g，每枚0.48g。

（2）数据分析：你认为哪一组误差小？

当学生回答“测40枚的误差小”时，教师反问“依据呢？”

教师拿出“电子天平”直接称量1枚回形针，显示是“0.462g”，说明确实是测量40枚的误差小。

教师接着问：我们应该选用多少枚比较合适呢？

请学生注意观察铭牌（图6）并思考。学生注意到铭牌上有一个min=4g，教师解释此数值的含义，该天平測量质量小于4g的物体时，误差比较大。并且指出很多测量仪表当所测值过小时，误差都比较大，如以后要学习的电能表、家中的水表等。

本节课中，授课教师没有重复介绍天平使用的注意点，而是组织学生实测，并把测量中所捕捉到的问题直接呈现，学生在真实的问题评估中掌握正确的使用方法。在测量回形针的质量时，授课教师没有直接说明采用哪种测量方法，而是让学生自由地选择方法进行测量，测量结束后也没有肯定哪一种方法误差更小，而是用更精密的天平测出回形针的质量，作为比较的依据，在基于证据的比较下确定最佳测量方案。难能可贵的是，授课教师对天平铭牌的分析很透彻，使得学生了解到更多的测量知识。物理学的根本任务是探索自然的奥秘，它是基于问题驱动的一门科学，是需要证据支撑的一门科学。与此相对应，物理教学的根本任务之一就是培养学生的问题意识和证据意识。

综上所述，要培养学生的核心素养必须要培养教师的课堂教学素养。物理学科的特质决定了一名优秀的物理教师应该具有相应的实验设计和操作技能，应该具有问题意识和证据意识，这是组织科学探究、培养物理思维所需要的；同时应熟悉物理课程标准、具有单元设计思想，从而更好地帮助学生建立和理解物理核心概念，在完善知识体系建构的同时形成对物质世界的正确认知。另外，课堂教学素养的培养离不开教育的实践，我们需要坚守对教育的信仰，做一名真正的教学研究者。endprint