基于核心素养的中学物理探究教学课例分析①

(1. 北京师范大学物理学系，北京 100875；2. 北京师范大学附属实验中学，北京 100875)

自20世纪末以来，多个国家、地区或组织均根据各自需求和传统，从理论和实践两方面确立起信息时代核心素养的内涵和框架。[1]在我国，林崇德先生提出了中国化的学生发展核心素养，具有丰富而深刻的内涵。[2]现如今，对于物理学科核心素养的研究不断深入，部分中学物理教师已经开始有意识地将核心素养理念运用于教学中，对于有广阔研究空间的基于核心素养的中学物理实验课堂研究可以说是非常有必要的。

1 指标体系的建立

笔者建立的基于核心素养的中学物理科学探究教学课例分析指标体系(下称指标体系)以“问题”“证据”“解释”“交流与合作”等4个要素作为一级指标，涵盖了“提出科学问题”“形成猜想和假设”“设计与制定方案”“获取和处理信息”“基于证据得出结论”“基于证据对实验结果做出解释”“对科学探究过程和结果进行交流、评估、反思”等7个二级指标[3]，完整地描述了探究实验的过程(如表1)。

《普通高中物理课程标准(2017年版)》指出：物理核心素养包含物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任[3]，对于教师而言，培养学生核心素养能力应作为教学目的，渗透在物理教学的整个过程。在实验教学中，教师的作用是为学生创设问题情景，引导学生从情境中发现和提炼问题，对问题的可能答案做出假设；根据问题解决的需要，引导学生运用已有知识，考虑各方面因素制订实验方案；引导学生观察实验现象、收集实验数据，规范学生的实验操作；在处理数据时，引导学生依据物理事实、运用现有知识，推理、确立物理量之间的关系，进行科学论证；引导学生对实验过程与结果进行总结、反思，撰写实验报告。

基于以上原则，以科学探究水平划分为基础，笔者构建出如表1所示的指标体系。其中，每个二级指标包含四个三级指标，四个三级指标的级别从上到下呈递进的关系，教师具体行为符合的三级指标级别越高，教学内容就越能体现提升学生核心素养的要求。

表1

以二级指标“提出科学问题”为例，指标中将“提出科学问题”划分为四个层次，在实验教学中，如果教师直接提出问题，那么学生只是被动地接受教师传递的信息，对问题的提出并没有自己的思考，容易只专注于回答问题，而忽视了探究实验的本意。这种做法不仅难以达到发展学生问题意识和探究能力的目的，更无法帮助学生真正理解科学探究的精髓。[4]而如果能恰当地为学生创设问题情景，引导学生分析生活经验和现象、基于实际生活来提出问题，那么这样的问题更具有现实性，也更能使学生体悟到学习的意义与切实性。[4]这里说的引导当然不是教师把发现问题的工作简单地抛给学生，而是要求教师在学生的问题选择方向及深度上做出指点，启发学生发现问题、提出问题。[5]

2 优秀中学物理教师访谈结果

为确保指标的合理性，笔者设计了一份关于中学物理教师运用探究实验进行教学的问卷，对数位优秀教师进行访谈，了解他们在探究实验教学各环节的做法，并依此进一步印证指标。

在访谈中，教师们对于探究实验在中学物理教学中的作用给予肯定，如Z老师注重引导学生通过实验，“经过自己的思考，去探索、发现物理规律”，T老师则“教给学生应用数学工具去解决物理问题的方法”。因此探究实验在中学物理教学中不仅起到传递知识的作用，更是引导学生提升学习能力、培养学生物理核心素养不可或缺的手段。

总体来说，受访的优秀教师在探究实验各环节的做法与指标建议的做法基本吻合。例如，在“形成猜想和假设”环节，几位教师会引导学生“从实验或者从生活经验和理论两个方面，结合现有的知识进行广泛的猜想”。而在此过程中，教师可以通过学生提出的想法来判断学生对相关知识掌握的熟练度，“理解到他们以后(实验中)可能遇到的一些问题”，对学生的实验过程做到全面的掌握。如M老师还会根据学生的假设“制造一些认知冲突”，以推进教学进行。总体上，老师们在该环节会引导学生进行有根据的猜想和假设，并对学生的表现做出反馈，以加强教学效果。

再以“设计实验与制定方案”环节为例，受访教师们往往会引导学生进行以达成实验目的为基础、理解实验原理为导向的实验方案设计，并根据学生能力给出一些细节或者选项，“建议他们去讨论方案的优劣，然后确定一个比较好的”。T老师指出：这一环节“涉及用物理的基本原理去设计实验方案，如果学生是对于原理理解特别到位，在设计实验时会特别清楚”。

受访的优秀教师在七个二级指标范畴内的表现与指标展示的做法大致是吻合的，种种教学手段最终均指向培养学生的物理核心素养。此外，纵观访谈结果，受访教师在指标体系衡量下各环节表现可以用“普遍优秀，个别突出”来形容，对不同的实验环节，M老师指出：“受课时的限制会根据学生不同的收获情况，加强某一实验环节而相对淡化其他环节。”对于不同环节的侧重并无高下之分，应根据学生水平、课程目标等实际情况而定。

3 中学物理探究实验教学课例分析

笔者对全国各地的三十五节中学物理课例录像进行了分析，运用指标体系评估教师在探究实验教学过程中各个环节的表现，得到如表2所示的结果。

表2

为方便展示，将表格中各三级指标由从低到高的级别以1到4赋值，并分别计算各二级指标中级别1到4的平均出现频次及时间的总和(如图1)。由图1可知，物理教师在中学课堂运用探究实验进行教学时，各环节的表现评价主要集中于1、2级，出现级别3的情况很少，没有出现过级别4。这说明教师在实验教学中往往将自身放在知识传递者而非学生学习引导者的位置上，这对培养学生的科学精神、实践创新等核心素养是不利的。

图1

由表2可看出：在四个一级指标中，“问题”环节每节课平均出现1.06次，用时1.53分钟，其包含的两个二级指标“提出科学问题”“形成猜想和假设”在每节课中的平均次数均小于1次。在分析的课例中，不少教师往往把两个环节混为一谈，在提出问题后，没有引导学生对结果做出假设便直接开始实验，或在讲解实验条件后直接给出实验方案和可能的结果。引导学生“提出问题”“形成猜想和假设”是实验教学中的初始环节，这一环节的模糊不清，往往会导致学生不能明了实验目的，可能做完实验之后还是懵懵懂懂的。

一级指标中“解释”环节平均出现2.62次，用时5.05分钟，其用时甚至大于其他一级指标平均时间的总和，更大于“证据”环节的2.80分钟/节。教师在“解释”环节用时较长，说明教师格外注重学生对实验结果的解释和结论的分析，但若过于注重实验数据处理，会忽视学生实验操作能力等的培养。[6]

一级指标中“交流与合作”环节的平均频次仅有0.06次/节，在35节课例中仅出现2次。引导学生撰写实验报告以总结和反思实验过程是十分重要的，课程标准在对于学生的学业要求中明确提到学生应能够撰写实验报告。只有引导学生不断反思、研究实验中出现的问题，才能真正培养学生的探究能力，提升学生的物理核心素养，[6]要求学生通过实验报告的形式对科学探究过程和结果进行评价、反思及交流是十分有必要的。

总的来看，教师在课堂中运用实验进行教学时，存在的不足之处有：

(1) 对教师课堂引导者的定位不够明确；

(2) 提出问题、做出假设两环节经常出现混淆或缺失的情况；

(3) 在“解释”环节的用时过长；

(4) 对“交流与合作”环节不够重视。

基于上述不足之处及优秀教师访谈内容，针对教师在实验教学中培养学生核心素养的做法，笔者提出以下建议：

(1) 引导学生自主思考实验内容，做好课堂的引导者；

(2) 明确实验中提出问题、形成猜想和假设两个环节，使学生对问题和假设有明确的认识；

(3) 根据实际教学情况，调节实验教学侧重点与各二级指标占用时间；

(4) 重视“交流与合作”环节。