培养学科核心素养的高中物理教学活动设计策略

2019-10-16张惠作

教学月刊·中学版（教学参考） 2019年9期

摘要：运用案例法，通过对教学实践经验归纳总结与反思提炼，研究有效培养学生物理核心素养的高中物理教学活动设计策略，得到三个方面的成果.教学活动的目标设计要把握“四要”策略，表述模式为“三级四维”列表模式.教学活动的过程设计要重视改进知识运用过程和强化知识建构过程，从四个方面改进知识运用过程，从两个方面强化知识的建构过程.教学活动的教与学关系设计，要保障学生主体地位，充分发挥教师主导作用，要认知化教学逻辑顺序，细腻化教学逻辑层次，合理配置教学法，深度融合教与学，使教学行为的外显与内在相统一.

关键词：核心素养;高中物理;教学活动;设计策略

所谓教学活动，指涵盖课堂教学过程中教师和学生的一切行为总和，包括延伸到课外的教和学的行为.本文从三方面对教学活动设计策略展开研究.

一、教学活动的目标设计

课堂教学过程，从教学目标上可划分为既相对独立又相互联系的若干活动单元（或称作“教学片段”，或称作“任务”）.教学目标是活动的起点和归宿，有效培养学生核心素养的教学活动必须具有明确而适当的教学目标.

（一）教学活动目标设计四要素

1.基于知识

“巧妇难为无米之炊.”学科核心素养不可能凭空形成，学科知识是学科核心素养形成的主载体.[1]教师要从教学内容中挖掘所学知识能够承载怎样的物理核心素养，是怎样承载的，教学活动目标要基于教学内容.首先要明确知识目标，并逐级细化.其次要挖掘达成知识目标所能发展的核心素养是什么，明确发展素养目标.

2.依照课标

教学内容要依照课标所编写的教材，教学活动目标依照课程标准所规定和划分的等级水平，不能随意扩展内容和拔高标准.因为学生发展核心素养，需要多学科合理配置，形成合力，才能实现.课程标准制定专家和学科教材编写专家通盘考量，什么样的学科知识，怎么选择、组织、设计学科知识，才有利于学科核心素养的形成.一线教师基本上要照本依标进行教学设计，切不可随意拔高教学目标，过度夸大本学科的作用.

3.适合学生

教学活动目标要适合学生基础，符合学生认知规律.要把课程目标根据学生基础和认知规律，针对具体教学内容特点，降解为具体课堂教学活动目标.要注意目标的阶段性，避免一步到位，毕其功于一役.

4.融于活动

围绕教学目标，通过设计翔实的、贴切的教学活动来落实.避免活动空洞、牵强附会，为活动而活动.

案例1 在人教版必修1第二章第三节“匀变速直线运动的位移与时间的关系”教学内容中，知识目标之一是“理解速度图像的线下面积对应物体位移”.将知识目标经过逐级细化，直到能明确发展什么素养目标为止，如表1.

对表1中的三级知识目标和四维发展素养目标分析如下.

首先，这些知识本身，归属于运动观念，学生理解这些知识，就发展了运动观念素养，表现在扩展了运动规律，发展了位移概念的抽象图式等.虽然，物理观念不是物理概念和规律的本身，而是通过学习概念和规律之后在我们头脑中形成的更进一步的认识，这种认识本身主要反映了学习者对概念和规律的自我加工成果，[2] 但是，物理概念和规律是形成物理观念的必备基础.

其次，综合匀速直线运动速度图像和位移公式，应用类比推理，得出结论“匀速直线的位移对应速度图像的线下面积”，发展了科学思维.

再次，提出问题，猜想假设，进行科学论证.科学论证运用了微元法，发展了微积分思想.分析综合和科学推理，发现规律.这些融合发展了科学探究和科学思维素养.学生经历翔实的科学思维和科学探究过程，同时也体验了物理学科的本质，逐步养成科学态度.

针对表1中“理解匀速运动速度图像线下面积对应位移的三级细化目标，设计如下的教学活动落实.

①教师复习提问：请画出匀速直线运动速度图像，默写出匀速直线运动位移计算公式.

②教师布置任务问题：在速度图像中表征速度和时间，思考位移在速度图像中的对应形式是什么？

③學生画图像，默写公式，思考并表征速度和时间图像形式，综合位移等于速度乘以时间信息，联想矩形面积等于长乘宽信息，类比推理获得“位移对应线下面积”的结论.

能自己得出结论的学生，表明这次活动发展素养的目标达成度高.如果学生不能自己得到结论，但在老师或其他同学提示下恍然大悟，发展素养的目标达成度就比较低，需要更多次类似的活动后才能有效达成.因此，物理核心素养目标不是一蹴而就的，需要循序渐进、由量变到质变的螺旋提升和提炼过程.所以，我们表述物理核心素养目标使用“归属”或“发展”行为动词，而不宜使用“形成”等行为动词.

（二）教学目标的表述模式

笔者建议，教学目标的表述模式如表1.其中，一级知识目标对接知识，二级知识目标对接活动单元，三级知识目标对接活动步骤.

二、教学活动的过程设计

从知识认知角度，教学活动的过程可划分为知识的建构过程和知识的运用过程.

受应试教育的影响，双基目标时期，课堂教学过程忽视知识的建构过程，偏重于知识运用训练，而且主要以做题为主.三维目标在双基基础上，倡导过程与方法，情感、态度与社会责任，虽然促进了课堂教学对知识建构过程的重视，但仍然没有摆脱应试的影响，与核心素养目标的要求相距甚远.其实，做题对巩固知识、理解知识、训练学生思维具有很好的作用，但对学生核心素养的全面形成则远远不够.当前，学生所做的大量的题，其实主要训练了学生演绎推理能力、分析综合能力等科学思维要素，是十分片面的，对科学探究、质疑创新、科学论证、模型建构以及物理学的思想方法、科学本质及其科学态度等素养培养则显得题不从心.针对以上问题，笔者认为，培养核心素养的教学活动过程设计应注意以下方面.

（一）重视改进知识运用过程

知识运用活动过程主要表现为师生运用知识解释现象和解决问题，实际的主要形式是习题教学和学生做题.

①需要改进优化常规题目的情境和设问，拓展补充诸如不良结构题和原始物理问题等题型，适当增设项目研究和小课题研究，使之适应学生全面核心素养的发展;

②把控解释现象的复杂程度和问题的难度;

③还原现象、问题情境的真实度;

④提高解释现象和解决问题思维路径的清晰度.[3]

（二）重视强化知识建构过程

知识的形成过程，是科学思想、方法和科学态度的运用与形成过程，知识中凝固着科学家的智慧，富含核心素养教育价值，所以，培养学科核心素养必须重视强化知识的建构过程.

1.以科学探究要素流程设计教学过程

科学探究的要素是程序性知识，是科学研究的战略方法.工欲善其事，必先利其器.以科学探究要素流程设计教学活动过程，就是将这一科学方法的程序性知识内化为学生的探究意识和能力.物理学知识基本上都是通过科学探究形成的，有的能够承载完整的科学探究要素，有的可以承载科学探究的部分要素.教学中要充分发挥物理学科教学内容在培养学生科学探究素养得天独厚的优势.例如案例1，在落实知识目标“理解匀变速直线运动速度图像的线下面积对应物体位移”，按照科学探究要素细化为落实科学探究素养的三级活动目标（如表1）.

又如，把“带电粒子在匀强磁场中的运动”这节内容按照科学探究设计教学逻辑顺序为：呈现情景，提出问题;猜想假设;推理论证得出结论;设计实验验证结论;通过实验发现影响半径大小因素;再从理论推理解释实验现象;综合模型物理规律，运用几何知识解剖模型部分圆弧对应的几何特征与规律.再如，在弹力教学中，先通过观察和体验三个明显形变的弹力相互作用的实例，归纳出弹力产生条件.接着，呈现微小形变的实例;因为直接看不见形变，生成问题“形变是否是必要条件？”;假设此条件仍适用新实例;设计放大实验进行求证.

2.以科学思维要素的内在规律設计教学过程

例如，案例1中，落实目标“理解匀速运动速度图像的线下面积对应物体位移”教学过程，是以类比推理的内在规律设计教学活动的.

案例2 模型建构的教学过程基本步骤

模型建构过程可以分为两类.原创性模型建构过程，简称模型建构过程;运用已知模型的过程，称为模型运用过程.

模型建构过程：呈现情景（事实、现象、实验结果等）;提出问题（不能用已知的模型解决）;建构模型解决问题（通过分析综合，比较、抽象等，从模型条件、本征和规律等某一角度或多角度，进行猜想假设，提出解决问题的模型;然后再运用科学推理、论证和质疑，以及设计实验，收集数据，根据数据作出解释等要素，完善模型本征、规律和条件等）.

模型运用过程：呈现情景（事实、现象、实验结果等）;提出问题（能用已有的模型解决）;应用模型解释、解决问题.包括应用单一模型（识别模型、假设模型、模型评估）解决;综合应用多个已知模型，构建综合模型解决，可划分为简单综合和复杂综合，是再创新能力.

案例3 比值法定义物理量的教学步骤

比值法就是用两个物理量的比值定义一个新的物理量，有两种教学步骤.

第一种：①需要建构一个新的概念（物理量）.例如，描述机械运动需要描述位置变化快慢.②需要涉及两个已建立的概念.例如，比较相同位移所需时间和比较相同时间发生的位移，都需要两个概念，位移和时间. ③需要这两个概念的比值.例如，不同位移，不同时间，怎么比较快慢？需要比值.④用比值下定义.例如，把位移和时间的比值叫作速度.

第二种：①探究两个已建立的概念（物理量）的关系（规律）.例如，电容器电量与电压关系;②发现两个量是正比关系.例如，电容器电量与电压成正比;③思考两者比值的意义.例如，思考电容器电量与电压的比值意义，是常数，或反映属性？④用比值定义.例如，把电容器电量与电压的比值定义为电容.

案例4 运用演绎举例

学生有意义习得动能及动能定理，运用演绎推理的信息加工机制，需要显性化呈现以下三个逻辑层次：

①动能和质量、速度有关;

②功是能量变化的量度，据此关系定量研究能量;

③根据已有知识，功的定义、牛顿第二定律和速位公式得到关系“合力功等于一个新的组合量的变化”，这个“组合量”等于质量和速度二次方乘积的一半.

学生根据以上逻辑层次，演绎推理得到动能公式和动能定理.[4]

三、教学活动的教和学关系设计

从教和学的角度，教学活动划分为教师活动和学生活动.教师活动指教师的一切行为，包括采用的教法和具体的教学行为;学生活动指学生的一切行为，包括学法和具体的一切行为总和.教师行为如告知、解释、讲解、概括、提问（启发、点拨）、评价、布置任务、创设情境、设置问题、演示等;学生行为如听、读、看、记、思考、模仿、说（概括、描述）、做、讨论、合作、交流、自主探究、自学等.

从形式上，教和学的关系表现为：先教后学，先学后教，教学同步（边教边学，边学边教）等.从教、学的主次关系上，教和学的关系表现为：以学为中心，以学定教;以教为中心，以教定学;以学生为主体，教师为主导;以讲为主，讲授法，启发式;以学为主，自主学习，自主探究等.

从教和学的行为外显与内在表现角度看，教学活动可划分为外在活动和内在活动.外在活动就是指人的五官四肢和躯干的活动，内在活动指人的心理、情绪和思维等内心活动.

外在活动与内在活动有联系，但联系是复杂的.要把教学行为的外显与内在相统一起来，通过调动外显行为，激活内在行为，透过外在表象，判断内在状态.

教和学的关系，是教学活动中一对最基本的关系，对这一对关系的认识却并不统一.表现为同一时期不同观点的争论和不同时期占主导的观点转变.笔者认同的教学关系是，教师为主导，学生为主体，教和学是对立统一的关系，是相辅相成的关系，保障学生主体地位必需充分发挥教师主导作用.首先，教师要在精准把脉学生基础和认知规律，深度分析教学内容逻辑，深刻理解物理核心素养内涵基础上，认知化教学逻辑顺序，细腻化教学逻辑层次.其次，教师要基于精心创设情境，精心设置问题，精准确定教学目标基础上，合理配置教学法，达成主导与主体相辅相成，深度融合教与学，促成行为外显与内在高度统一.

从宏观层面看，教学有法，教无定法.关键在于知法善用，贵在得法.教学法配置合理，才能有效发挥教师主导作用.从微观角度看，充分发挥教师主导作用，必须深度融合教师的教的行为和学生学的行为，避免教和学两张皮.

如案例1中，落实目标“理解匀速运动速度图像线下面积对应位移”的教学活动，如果我们采用的方法是教师讲授（告知），学生听，学生类比的思维能力就没有得到实质性训练.有的采用先学后教，如果先学是让学生看书预习，学生看书就顺着教材编写的顺序，能看懂这个结论，但学生没有自己体验类比推理的关键思维步骤，其类比推理的科学思维素养就没有有效发展.不少学生学习物理，一看就明，一聽就懂，一点就通，但一做不会，原因在于“看明、听懂和点通”的过程是被动地重复教师的科学思维，而没有主动地进行科学思维，所以科学思维素养没有得到有效发展，即没有发展能力，所以一做不会.进一步追究原因，就是教学关系设计有问题，没有保障学生主体地位.所以，发展学生学科素养，必须选择合适的教学方法.好的教学方法标志之一就是学生是否经历了关键的科学思维具身体验，关键在于问题设计、情境创设和目标定位.

深度融合教与学，既要以教学理论为指导，更要在实践中求证，真正搞清楚教师这样教，学生会怎样学，或学生这样学，需要教师怎样教.