关于物理核心素养形成的有效途径思考

邹万全 陈梅

摘   要：由于核心素养的培养没有现成的操作模式可借鉴，因此，一线教师在如何培养和评价学生核心素养的问题上缺乏方向感。文章以学生的“学”为出发点，以培养学生物理核心素养为目标，着重思考物理核心素养形成的有效途径，并提出具体的操作方案，对一线中学物理教师在教学过程中有效培养学生的物理核心素养提供借鉴。

关键词：物理核心素养;形成;有效途径

1    前  言

近年来，核心素养成为了国内外教育界广泛关注的热点[1]。在我国，培养学生核心素养是落实立德树人根本任务的一项重要举措，也是顺应当今世界各国教育教学改革的发展趋势，还是提高我国民族科学素养和国际竞争力的迫切需要。在培养学生核心素养任务驱动下的教育体制改革、学科课程改革、教育教学改革、考试评价改革等一系列问题接踵而来，基于学科核心素养的课标研制工作、教材编写工作等都在紧锣密鼓地进行，同时对核心素养的争鸣声和质疑声也此起彼落。从长远看，要整体提升中华民族素质，核心素养培养工作必须从幼儿园抓起，对各类型、各层次学校的各学段学生实现全覆盖。如果说培养学生学科核心素养是低位目标，则培养学生核心素养就是中位目标，继而提升中华民族素质就是高位目标。物理核心素养是学生科学素养的重要构成部分，它包括物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个要素[2]，四个要素既彼此独立又相互关联。其中，物理观念、科学思维、科学态度与责任三者间的关系是属于同一层次的;而科学探究不同，它既是学生必须通过努力学习才能够逐步形成的一种科学探究能力，又是学生学习科学知识、训练科学思维、形成科学态度与责任等的重要桥梁和手段。只有科学探究这一要素落地生根，才能促成物理观念、科学思维、科学态度与责任三个要素达成相应目标[3]。物理核心素养是物理课程目标，而不是物理课题目标;它与三维目标既有区别，又有密切联系;它不仅包括三维目标，而且还高于三维目标，是三维目标的综合化体现。

本文运用文献梳理法[4]、调查研究法、经验总结法、理论联系实践法、分析归纳法等，以学生的“学”为出发点，以“物理核心素养”的培养为目标，着重思考物理核心素养形成的有效途径。

2    物理核心素养形成的宏观基础

2.1    培养具有物理核心素养的中学物理教师

高等师范院校物理学专业有责任和义务培养职前物理教师的物理核心素养;各级教育行政主管部门、教育研究机构、教研室有责任和义务培训职后物理教师的物理核心素养;无论职前物理教师还是职后物理教师，都有责任和义务采取自主学习、合作学习和探究学习等方式主动获取物理核心素养方面的知识。

2.2    认真解读渗透物理核心素养的中学物理课程标准

认真解读新版高中物理课标中的课程性质与基本理念、学科核心素养与课程目标、课程结构、课程内容、学业质量、实施建议等，重点关注新版高中物理课标对新版教材各章节内容在物理核心素养方面的具体要求，这对物理教师在进行物理教学设计和教学实践活动时有导航作用。

2.3    用心阅读渗透物理核心素养的中学物理课标教材

采用泛读与精读相结合的方式，用心阅读新版高中物理课标教材。首先泛读教材，其目的是在宏观层面上把控整体的“知识、方法、技能、素养”，谋划物理核心素养培养的大致思路。然后精读教材近期要组织学生学习、讨论、交流和评价的章节内容，其目的是在中微观层面上进一步理解和掌握各章节的“知识、方法、能力、素养”，着力思考物理核心素养培养的精细思路。

2.4    精细设计渗透物理核心素养的中学物理教学方案

教学方案分为整体设计、课前准备、教学过程三个部分。整体设计包括教学目标、教学重难点、教学模式、教学方法、教学媒体等;课前准备包括备齐教学用具以及实验热身等;教学过程包括课题导入、探究新知、巩固運用、归纳小结、布置作业以及教学评价等基本环节。无论是哪一部分，还是哪一环节，都应将物理核心素养培养思想渗透于其中，这为物理核心素养形成途径起到很好的铺路和搭桥作用。

3    物理核心素养形成的有效途径

物理核心素养形成的基本条件是物理知识的生成、物理能力的培养以及情感、态度与价值观的熏陶。物理核心素养形成的基本思想是在创设物理情境的基础上，引导学生在经历物理概念和物理规律的构建和形成过程中，训练学生用物理的眼光去观察世界，用物理的思维去思考世界，用物理的语言去表达世界。

笔者认为，物理核心素养形成的途径是从基于宏观层面的“中学物理教师培养、中学物理课程标准的制定、中学物理课标教材的编写”，到基于中观层面的“中学物理教学方案设计”，再到基于微观层面的“五环节式教学活动的开展”，要想使物理核心素养形成的途径有效，就必须将物理核心素养培养思想渗透于以上各层面和各环节中，而关键之处是设计好指向物理核心素养培养的整体教学设计和课堂教学活动设计。

3.1    指向物理核心素养培养的整体教学设计

3.1.1    制定指向物理核心素养培养的三维目标

在课程层面，郭玉英基于物理核心素养培养视域提出了物理课程三维目标，即物理观念的内容与要求、科学思维与科学探究能力要素、科学本质与社会责任。

在课题层面，朱德全在原教学三维目标的基础上提出了新教学三维目标，即学会“知识与方法”、感受“过程与情感”、形成“技能、态度、价值观”。

在课题层面的三维目标基础上，着力思考要创设什么样的物理情境，提出什么样的物理问题，运用什么样的教学方法，采用什么样的教学手段，才能够实现将物理概念和物理规律整理、内化、凝练、升华为物理观念，训练学生的科学思维，提高学生的科学探究能力，形成实事求是的科学态度和社会责任感。

3.1.2    明确渗透物理核心素养培养的教学重难点的判据

首先，明确渗透物理核心素养培养的教学重点的判据[5]。判断可以作为教学重点的内容是：属于关键性的基础知识;对掌握重点知识起重要作用的基础知识;对掌握后续知识必须具备的基础知识;在日常生活、社会生产和现代科技中应用频率很高的知识;对培养学生唯物辩证法与方法论起重要作用的知识;对学生进行思想品德教育、爱国主义教育起重要作用的知识;对提升学生能力起重要作用的知识;对培养学生物理核心素养起重要作用的知识。

其次，明确渗透物理核心素养培养的教学难点的判据[5]。判断可以作为教学难点的内容是：相关知识准备不足的知识;生活经验与物理知识之间存在认知冲突的知识;思维定势带来负迁移作用的知识;概念相近、方法相似而易混淆的知识;概念抽象、思维过程复杂而又缺乏感性认识的知识;现象复杂而文字概括性很强的知识;教学要求拔高与教学方法不当的知识;限于学生知识基础与认知水平以及课标要求不必要作深入阐述的知识;形成物理核心素养过程比较繁杂的知识。

3.1.3    合理选择指向物理核心素养培养的教学模式

好的教学模式能将教材中心、教师中心和课堂中心变为学生中心，能将学生被动地听变为学生主动地学，能把教师活动中的时空、仪器设备、话语权等按合理的比例适时归还给学生。“三环五学”教学模式[6]，“做上教与学”教学模式[7]，“导学讲评式”教学模式[8]等都能充分体现“教学做合一”的教学思想，其中，“做”是教与学的核心。这些教学模式都有助于学生主动感知知识、探究知识、构建知识、理解知识、应用知识和拓展知识;有助于学生形成物理思想，掌握物理研究方法，训练学生科学思维，提升学生终身发展所需的关键能力，促进学生形成物理核心素养。

3.1.4    科学运用指向物理核心素养培养的方法

这里谈到的“方法”指常用的教学方法和物理研究方法。常用的教学方法包括偏重于教师讲授的“教法”、偏重于学生学习的“学法”、偏重于师生相互作用共同协作完成教学任务的“教与学法”。而偏重于教师讲授的“教法”包括讲授法、演示法、（图片、视频）解说法等;偏重于学生学习的“学法”包括自主学习法、合作学习法、探究学习法、（生与生）讨论交流法、练习法、实习法、训练法等;偏重于师生相互作用共同协作完成教学任务的“教与学法”包括谈话法、读书指导法、引导探究法、（生与师）讨论交流法、（生与师）对话讲解法、（生与师）互评纠错法、测评讲法等。常用的物理研究方法包括常规物理研究方法和非常规物理研究方法。常规物理研究方法包括控制变量法、科学探究法、实验归纳法、理论推理法、对比法、类比法、比喻法、放大法（包括机械放大法、投影放大法）、累积法（包括累积测厚法、累积称重法）、背景衬托法、痕迹法、转换法、有效值测量法等;而非常规物理研究方法包括直觉、猜想、灵感等。

无论是教学方法还是物理研究方法，它们在培养学生物理核心素养的过程中都起着很重要的桥梁作用。基于物理核心素养培养，在实际的教学过程中，要科学搭配、混合使用以上“教法”“学法”“教与学法”，合理运用以上物理研究方法，才能达到最佳的教学效果，否则，物理核心素养的培养将成为泡影。

3.1.5    充分准备指向物理核心素养培养的教学资源

教学资源是指一切可以利用的教育教学自然条件、社会条件、物质条件以及媒体条件，是服务于教学活动的各种教学材料与信息的来源，是教学活动必不可少的重要组成部分。就物理学科而言，教学资源主要包括课标、教材、教参、教学仪器设备、教案、学案、课件、教学手段、教育政策和教学基础设施等。其中，教学手段包括传统教学手段和现代化教学手段。传统教学手段主要包括板书、板画、模型、挂图、图表等;现代教学手段是指各种电化教育器材和教材，即把幻灯机、投影儀、录音机、录像机、电视机、电影机、VCD机、DVD机、计算机等搬入课堂，并作为直观教具应用于各学科教学领域。因利用其声、光、电等现代化科学技术辅助教学，又称为“电化教学”。

有效的物理教学资源是达成物理核心素养培养的重要手段。在物理教学过程中，如果没有物理教学资源作为支撑，物理教学活动会很难开展，物理教学目标会很难达成，物理核心素养会很难形成。

总之，在教学准备阶段，应始终遵循“以学生为中心、以问题为导向、以活动为主轴、以教学资源为支撑、以情感交流为纽带、以能力培养为核心、以核心素养培养为抓手、以德育教育为先导”的教学原则[6]，并紧扣物理核心素养培养来设计教学方案，把物理核心素养培养过程抓细抓实。

3.2    指向物理核心素养培养的课堂教学设计

物理核心素养培养思想应渗透于课题导入、探究新知、巩固应用、归纳小结、布置作业以及教学评价等各个教学环节中，通过开展实实在在的有效教学活动，才能够使物理核心素养的培养落地生根。

3.2.1    课题导入环节

无论是物理概念教学，还是物理规律教学，在导入环节均需创设有利于形成物理概念或建立物理规律的物理情境，这对培养学生物理核心素养具有铺垫性作用。在该环节中，应充分利用“温故知新、演示实验、认知冲突、科学猜想、理论推导、设置悬念、求异联想、引经据典、课堂游戏、历史故事”等导入方式[9]，创设有利于形成物理概念或建立物理规律的物理情境，提出共性未知问题，形成生活经验与物理知识之间的认知冲突，以引起学生的学习兴趣，激发学生的求知欲望，让学生带着求知期待进入到下一环节的学习中，顺势引出课题。

举例：以“浮力”为例，导入环节的教学片段设计。

同学们，你们好！今天在讲新课之前，先举一例，后做一实验，最后讲一故事。

举例：一艘万吨巨轮能浮于水面，而一枚铁针却沉入水中，为什么？

实验：将废牙膏皮底部剪掉卷成团并置于水中，如图1甲所示，同学们会看到什么现象，为什么？紧接着，将废牙膏皮弄成空心筒状并倒置于水中，如图1乙所示，同学们又会看到什么现象？为什么？

废牙膏皮弄成空心筒状置于水中的浮沉情况

故事：传说，古罗马军队中有一位统帅叫狄杜，骁勇善战，战功显赫。一次出师打仗，大获全胜，并活捉了不少战俘。他命令手下士兵把所有俘虏捆绑起来并投入海水中处死。出乎意料的事发生了，战俘们不但没有沉入海水中，反而安全地浮出海面，并被海浪送回岸边。狄杜大怒，再次命令手下士兵将战俘捆绑起来并投入海水中处死，其结果相同。狄杜大惊，以为这是神灵在暗中保佑他们不死，于是命令手下士兵把他们全部释放[10]。请同学们认真思考，战俘两次被投入海水中，却两次都能安全地浮出海面，为什么？难道真有神灵在暗中保护他们吗？其实不然，神灵是不可能有的，只不过是大自然跟那些缺乏科学知识的古人开了一个大玩笑。

同学们，以上问题的答案都在本节课的学习中，今天，我们一起来学习“浮力”。

在这个过程中，学生倾听源于生活的自然现象、经典历史故事，同时观察实验现象，不仅能使学生产生求知期待，而且还能为探究新知环节作铺垫。

3.2.2    探究新知环节

（1）物理概念教学

选择恰当的实例、实验、模型、挂图、图片、视频等，创设具体的物理情境，引导学生充分利用对比分析法、抽象归纳法等，并借助于提出问题、互动交流、对话讲解、评价纠错、反思提炼等教学活动，寻求物理事物间的共同本质属性或共同特征，从而形成物理概念。其次，进行思维加工，理解物理概念。在对概念形成感性认识的基础上，去掉具体的物理情境，引导学生进行思维加工，理解物理概念的内涵及外延，实现概念从感性认识到理性认识的“飞跃”。在这个过程中，教师应促进学生科学思维的发展。

举例：以“力”为例，探究新知环节的教学片段设计。

首先，教师引导学生列举生活实例。“手提水桶”“马拉车”“推土机推土”等，以创设具体的物理情境，板书如下：

其次，教师引导学生纵向分析。第一，从“手—马—推土机”中抽象出事物间的共同本质属性——“物体”（板书）;第二，从“水桶—车—土”中抽象出事物间的共同本质属性——“物体”（板书）;第三，从“提—拉—推”中抽象出物理事实的共同特征——“作用”（板书）。

再次，教师引导学生归纳总结。要求学生将“物体”“作用”“物体”三个关键词连成句子并添加概念名。多数学生在没有预习的情况下会这样表述：“物体作用物体叫力”，其实这样说也对。但在物理学上表述为“物体对物体的作用叫力”。

在这个过程中，学生能亲历利用对比分析、抽象归纳等方法形成概念的过程，体会科学描述和解释自然现象的乐趣，提升科學思维能力。

（2）物理规律教学

物理规律的建立需要创设物理量之间具有因果关系、有利于物理规律建立的物理情境，这对培养学生的科学思维能力、科学探究能力具有重要作用。学生在观察和实验的基础上提出问题，猜想与假设，运用已有知识制订科学探究方案，选择符合物理情境要求的仪器设备进行实验，获取和处理有效信息，归纳、概括出结论并作出解释，而交流、评估、反思行为将贯穿科学探究始终[11]。

举例：以“探究加速度与力、质量的关系”为例，探究新知环节的教学片段设计。

第一步：提出问题

用多媒体播放视频。首先，播放两辆质量都相同的汽车，在水平路面同一起跑线上同时输出大小不同的牵引力（假设阻力相同）加速启动的视频。其次，播放两辆质量不同的汽车，在水平路面同一起跑线上同时输出相同的牵引力（假设阻力相同）加速启动的视频。引导学生发现问题并提出问题，通过观察视频1发现：质量相同的汽车，输出牵引力大的速度变化更快，为什么？通过观察视频2发现：输出相同牵引力的汽车，质量小的速度变化更快，为什么？

再列举人推小车的生活实例，如图2所示，引导学生观察、思考并提出问题。首先，通过观察图2（a）、图2（b），发现在物体质量相同时，人所施加的水平推力大的速度变化更快，为什么？其次，通过观察图2（c）、图2（d），发现在人所施加的水平推力相同时，物体质量小的速度变化更快，为什么？

第二步：猜想与假设

引导学生针对以上问题可能出现的答案提出猜想与假设：物体的加速度与物体所受的力成正比，与物体质量成反比，加速度的方向与力的方向相同。

第三步：制订探究方案

（1）如何使物体在力的作用下做匀加速直线运动？实验装置见教科版必修一P75图3-2-2（用带滑轮的长木板做实验）。

（2）如何测量被研究物体的质量及其所受的拉力？

（3）如何测量物体运动的加速度？实验装置见教科版必修一P75图3-2-3（用具有无线数据传输功能的传感器进行实验）。具体操作分两步：首先，保持物体质量不变，改变拉力大小，如何测量物体的加速度？其次，保持拉力不变，改变物体质量大小，如何测量物体的加速度？

第四步：实验操作与数据处理

首先，引导学生探究物体的加速度与物体所受拉力的关系。

保持物体质量不变，改变物体所受拉力的大小，进行实验，将测得的实验数据记录在自己设计的表格中（见表1）。

以a为纵轴，F为横轴，作出a-F图像（如图3）。

其次，引导学生探究物体的加速度与物体质量的关系。

保持物体所受拉力大小不变，改变物体的质量，进行实验，将测得的实验数据记录在自己设计的表格中（见表2）。

以a为纵轴，为横轴，作出a-图像（如图4）。

引导学生对表1中的实验数据进行分析。首先，引导学生横向分析，发现F↑？圯a↑。其次，引导学生纵向分析，求的比值，在不考虑实验误差或在实验误差允许的范围内，发现为一定值。综合横向分析与纵向分析的结果，得出结论：在物体质量保持不变时，物体的加速度与物体所受拉力成正比，即m一定，a∝F。再引导学生根据表1中的实验数据在图3上依次描点和连线，发现在不考虑实验误差或在实验误差允许的范围内，a-F图像是通过原点的一条直线，进一步证明：在物体质量保持不变时，物体的加速度与物体所受拉力成正比。

引导学生对表2中的实验数据进行分析。首先，引导学生横向分析，发现↑？圯a↑。其次，引导学生纵向分析，求a/的比值，在不考虑实验误差或在实验误差允许的范围内，发现a/为一定值。综合横向分析与纵向分析的结果，得出结论：在物体所受拉力保持不变时，物体的加速度大小与物体质量的倒数成正比，即F一定，a∝。再引导学生根据表2中的实验数据在图4上依次描点和连线，发现在不考虑实验误差或在实验误差允许的范围内，a-图像仍是通过原点的一条直线，进一步证明：在物体所受拉力保持不变时，物体的加速度大小与物体质量的倒数成正比。换句话说，物体所受拉力保持不变时，物体的加速度大小与物体的质量成反比。

在这个过程中，学生能亲历科学探究过程，体会科学探究和科学描述的乐趣，提升对科学本质的认识，提高科学探究能力。

3.2.3    巩固应用环节

应用物理知识解决实际问题也应结合具体的物理情境。在该环节中，教师应引导学生运用物理知识以主人翁的姿态去分析、解决实际问题，达到深化、活化知识，逐步形成物理观念的目的。而分析、解决实际问题能力的高低往往取决于学生将物理情境与物理知识相联系的水平，下面举例说明。

（1）把物理情境中描述性文字转化为物理语言表述的内容。比如，客车从车站出发，相对于车站越来越远，客车的位置发生了变化。说明了一个物体相对于另一个物体的位置发生了改变，这种运动叫机械运动。

（2）把物理情境中的一段经历转化为一个具体的探究过程。比如，平抛运动，把它分解为水平方向上的直线运动和竖直方向上的落体运动。分别加以探究，依次得出平抛运动的性质和规律。

（3）把物理情境中的某个故事情节转化为某种物理现象。比如，曹冲称象的故事。该故事告诉我们，浸在液体中的物体受到的浮力大小与它排开液体的多少有关。

我们常说某个问题很“活”，其“活”的本质之一在于情境的转化，继而建立相应的物理模型，这是应用物理知识分析、解决实际问题的关键[11]。在这个过程中，应设法让学生在实际物理情境中获得分析、解决物理问题的大量经验，提高物理知识源于物理情境且高于物理情境的认识能力，逐步形成物理观念。

3.2.4    归纳小结环节

引导学生自主梳理所学到的物理知识，形成知识结构，突出重点，凸显物理核心素养形成的有效途径，使物理知识高度系统化和物理核心素养深度融合化。

3.2.5    布置作业环节

教师应精心设计具有针对性、启发性、基础性、时代性的练习题。其目的之一，在学生完成课外作业之后，能促使学生去整理、内化、提炼和升华物理知识，逐步形成物理观念。同时，再现科学探究的步骤，巩固技能。其目的之二，教师在认真批阅学生作业之后，能进一步了解学生对物理知识的掌握情况，对物理核心素养的培养情况，再回头反思前面的教学过程，认真总结教学上的得失利弊，进一步完善教学设计方案，以便在将来开展同一课题的教学活动时，更好地发挥优势并克服短板，进一步提升教学效果、教学效率、教学效益、教学效能和教學效应。

3.2.6    课堂教学评价

教学评价是依据教学目标对教学过程及教学效果、效率、效能和效益进行价值判断并为教学决策服务的一项活动。教学评价一般包括对教学过程中教师、学生、教学内容、教学方法、教学手段、教学环境和教学管理等因素的评价，而学生学习效果以及教师教学活动设计和组织及实施过程是评价的重点。评价的方式侧重于定量评价和定性评价、形成性评价和总结性评价相结合的综合性评价。

新的教学评价应围绕物理核心素养背景下的物理课程三维目标、物理课题三维目标并结合物理核心素养五级水平进行评价[11]。理想的教学评价应是“整体性”有效、“长期性”有效和“特殊性”有效的统一体，并具备良好的信度、内在效度、外在效度、难度和区分度。聚焦课堂教学有效性标准，课堂教学有效性应是教学印象、教学规范、教学功底、教学水平和教学风格共同作用的结果，是教学境界、教学过程和教学状态的有机耦合[12]。

综上所述，物理核心素养形成途径有效的关键是看“物理教师的培养、中学物理课标的制定、中学物理课标教材的编写、中学物理教学设计、物理教学评价等”各层面、各环节内容是否赋予“物理核心素养”这一灵魂。一堂优质的物理课应立足于物理核心素养的培养，且必须内化于课堂教学之中。在教师的全程引导下，学生通过自主学习、合作学习和探究学习等学习方式，在感知、探究、构建、理解、应用和拓展的过程中，亲历科学探究过程、体验科学探究的艰辛、分享科学探究成果、感悟物理思想、积累物理活动经验，达成在获取物理知识和方法的同时，体验探究过程和情感，形成物理技能、态度与价值观，提升学生终身发展所需的关键能力和必备品格，促使学生逐步形成物理核心素养。

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（栏目编辑    邓   磊）