试论物理学科核心素养的内在逻辑

【专家介绍】

于海波（1973-），男，东北师范大学物理学院教授、博士生导师，教育部义务教育物理课标修订组成员、教育部国培专家、吉林省物理学会物理教师教学专业委员会主任委员。近年，主持全国教育科学规划课题、教育部人文社会科学重点研究基地重大课题、吉林省社科基金重点课题等研究项目20余项。在《求是》《教育研究》《课程·教材·教法》《Physical Review Physics Education Research》《物理教师》等刊物上发表学术论文140余篇，出版学术专著3部，主编教材2部。曾获宝钢优秀教师奖，吉林省社会科学优秀成果奖、吉林省教育科学优秀成果奖等多项奖励。

摘  要：自《普通高中物理课程标准（2017年版）》颁布以来，物理学科核心素养成为近年物理课程改革的一个关键词。如何理解和落实物理学科核心素养成为国内基础物理教育理论研究者和实践探索者共同关注的问题。如何在理论上进行阐释、在观念上进行升级、在实践上予以落实，成为新课程将理念和要求转化为行动和结果的关键。而其重要前提就是对物理学科核心素养的深层理据予以澄清和解读。从逻辑的视角来看，物理学科核心素养基于并体现着其背后的价值逻辑、结构逻辑和发展逻辑。循此思路的深入挖掘和讨论，不仅对深入理解新课程标准有所启发，而且对教师相关PCK的发展，甚至物理课程标准的改进都有所裨益。

关键词：物理学科核心素养;价值逻辑;结构逻辑;发展逻辑

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2021）3-0001-4

《普通高中物理课程标准（2017年版）》（以下简称“课标”）明确将物理学科核心素养作为指引高中物理课程与教学活动的基本目标。课标中虽未对物理学科核心素养进行明确界定，但依照学科核心素养的定义[1]，物理学科核心素养应是物理学科育人价值的集中体现，是学生通过物理学科学习而逐步形成的正确价值观、必备品格和关键能力。物理学科核心素养包括物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个方面。要对物理学科核心素养进行深度理解，首先要深入挖掘和剖析物理学科核心素养的逻辑体系。正如“大多数的科学发现，都不是那些天才科学家的偶然神来之笔，而是有目的有计划的艰苦探究和敏锐的逻辑推演的产物”[2]一样，逻辑既是衡量物理学科核心素养科学性的基本依据，也是理解物理学科核心素养合理性的重要抓手。利用逻辑对物理学科核心素养进行检视，首先，因为逻辑的取向和依据的差别，逻辑有不同的类型，也即审视物理学科核心素养的逻辑并非一个逻辑而是一个逻辑簇;其次，因为分析系统的层级和边界的不同，对物理学科核心素养进行分析，实际要涉及其与上下位概念的关系，因此不仅要讨论其内在逻辑，还要分析其外在联系;再次，逻辑关系在时间上的展开便是历史逻辑，分析物理学科核心素养的逻辑问题，不仅会涉及静态的逻辑联系，还会涉及动态的逻辑演进。对物理学科核心素养进行逻辑分析，不仅有利于我们深入理解物理学科核心素养体系的科学性、合理性，还有利于我们反思物理学科核心素养体系的缺憾和不足。同时，对物理学科核心素养的完善和落实也大有裨益。表面来看，物理学科核心素养就是物理课程目标。深入剖析，我们会发现，物理学科核心素养的确定和理解是理想与现实、未来与当下、整体与局部、客观与主观等因素以及矛盾纠缠与博弈的结果，对其厘析与澄清可以从价值逻辑、结构逻辑与发展逻辑三个维度展开。

1    价值逻辑

对基础教育物理课程与教学的价值澄清是物理学科核心素养建构与理解的价值前提。无疑，基础教育物理课程与教学的价值集中体现在育人价值上，但在具体价值认识上会出现两种不同的理解。一种理解认为，物理课程与教学的价值在于培养学生与物理知识学习、实践操作、问题解决、价值判断等活动密切相关的独特素养，也就是说物理课程与教学的目标是为了培养学生进一步学习物理、应用物理、研究物理的本领;另一種理解认为，物理课程与教学的价值在于培养学生的知识、态度和能力等素养，这些素养虽然因为物理课程与教学活动得到了发展，但这些素养的作用和价值却不会局限在物理学科活动之内，它具有很强的外溢性、迁移性和普适性。因此，物理课程与教学的价值远远超乎培育物理学科核心素养之外。持第一种观点的开发者，必然努力挖掘学生在物理学科学习后能够获得的独特素养，同时寻找物理课程与教学在学生这些独特素养发展方面的独特功能。持第二种观点的开发者，更多关注的是学生发展过程中物理课程与教学能够提供的助力，但并不在助力与发展之间寻找和建立严格的因果关系。相应的，持第一种观点的开发者在建构物理学科核心素养时必然以凸显学科性为第一要务，而第二种观点的坚持者更倾向于充分挖掘物理学科的教育价值。于是，不同价值逻辑的持有者将会构建出不同的物理学科核心素养。

在现实中并不存在纯粹的学科本位坚守者和素养本位守护者，但两种观念的博弈却无处不在。纵观科学教育的发展历史也能发现，科学课程或是物理课程的目标就是在学科本位和一般素养之间不断摇摆，并呈现出一种“钟摆效应”。即便从静态来看，也能发现物理学科核心素养在学科本位素养和一般素养之间进行两难选择的困境。课标规定，物理学科核心素养包括物理观念、科学思维、科学探究和科学态度与责任四个方面。其中，物理观念是“从物理学视角形成的关于物质、运动与相互作用、能量等的基本认识”，是“物理概念和规律等在头脑中的提炼与升华”，是“从物理学视角解释自然现象和解决实际问题的基础”[1]，具有一定的物理学科特色。而科学思维、科学探究和科学态度与责任三个素养，仅仅是做了领域和对象上的限定，并没有明确与其他自然科学学科相关素养的本质差别。

如此看来，物理学科核心素养的四个方面，有的具有明显的学科特点，有的学科特点并不那么明显。即便具有明显学科特点的“物理观念”也和其他自然科学具有千丝万缕的联系。其实，这也符合唯物主义辩证法普遍联系的观点。在理解和落实物理学科核心素养时，需要注意四个问题：第一，形成整体意识。自然科学和学生的头脑都是一个不可分割的整体，这要求我们构建和理解物理学科核心素养要有整体意识、全局观念。在一定意义上来讲，教师不是在讲物理学，而是在用物理学培养学生。物理课程与教学的目标在于从整体上促进学生全面、可持续地发展。这样物理课程与教学的应然价值和现实努力的愿景与路径可能会更清晰。第二，明确学科特质。分科教育前提下，需要明确不同学科的教育价值，只有如此才可能有更好的跨学科协同。物理学科的特质主要体现在物理观念中的物理概念、规律、理论、学说等。这是物理观念的基础，也是学科特色中最鲜明的部分，这部分内容特色的彰显需要在比较、深挖中实现。比如，物理学视角下的“能量”观念与化学、地理学、生物学中的有哪些不同。只有课程的设计者和教师了然于胸，教学中才能有体现，在学生的素养上才能有反映。第三，加强分层理解。随着抽象水平的提升，学科特点势必不断被弱化，比如“物质”观念，在基本的知识层面，物理、化学都有独特的研究范畴，但随着抽象程度的提升，物质观之间被抽象为“形态观”“守恒观”“转化观”时，学科之间的界限渐渐就被打破了。因此，思考和落实物理学科核心素养的要求，将物理学科核心素养作为一个具有复杂内部层次结构的存在来看待，这样才能理解得更准确。第四，促进科际协作。既然物理学科核心素养与其他学科核心素养之间存在复杂的连接、交错与重叠关系，那么就有必要积极开展学科间协作，通过高质量的学科间协作来提高教育教学效率。

2    结构逻辑

对于学生的物理学科核心素养是一个结构，人们不存在异议，只是在不同时期对这个结构的认识有所不同。其实，不同的结构设计反映了其背后不同的结构逻辑，“双基”强调的是教育教学活动中最基本、最核心，培养起来也相对容易的素养，这与建国初期教育事业刚刚起步受各种条件的限制有关，也与教育教学相关理论发展的不完善有关。2000年开始的新课程改革提出的三维课程目标，不仅关注基础性目标、发展性目标，还关注了手段性目标。该课程目标兼顾了基础与高阶、短期与长期、目的与手段等多重需求。这反映了社會经济发展对新型人才的要求，同时也是国际科学教育理论与实践新成果的本土转换。2017年版课标中所提出的物理学科核心素养，是对“正确价值观、必备品格和关键能力”的学科化和具体化，突出体现了整体性、关键性、高阶性和前瞻性等特点，这既是适应国家经济社会转型升级的主动作为，也是顺应国际人力资本培养大趋势和应用国际科学教育研究最新成果的积极探索。表面来看，物理学科核心素养就是课程目标，是对物理课程活动及其结果的指引和设定，但是其背后却蕴含着对当前学生素养整体状况的评估、未来社会人力资源需求的预测、物理文化育人价值的全面认知和基础物理教育条件的判断，是对四者之间的统筹、兼顾、平衡的结果。这也是物理学科核心素养设定的决定因素和展开的逻辑依据。

具体而言，2017年版课标中物理学科核心素养的得出既有理论依据、政策依据，也有实践依据。从理论上看，教育学、心理学一般都将人的素养划分为知、情、意、行四个方面，而物理学科核心素养虽未与知、情、意、行一一对应，但在深层次上是吻合的，也就是符合主流教育和心理学理论的要求;从政策上来看，早在2014年教育部印发的《关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见》中明确指出“要明确学生应具备的适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力”[3]，而物理学科核心素养是对其的细化和学科化;从实践上来看，物理学科核心素养的研制既吸取了国际科学教育、物理教育近年来的实践经验，同时也是建立在国内广泛调研和经验总结的基础上。因此，物理学科核心素养是理论研究、政策研究和调查研究三者的结晶，同时也是理论推演逻辑、政策规范逻辑和现实实践逻辑的集中体现。

具体到物理学科核心素养的内部结构，它是由物理观念、科学思维、科学探究和科学态度与责任四个方面构成。这四个方面既相对独立又密切联系。首先，物理学科核心素养各内容之间相对独立。虽然四个内容之间构成一个整体，彼此之间联系紧密，但是它们之间还是存在比较明确的差异。只有明确物理学科核心素养的内在差别，我们的课程和教学行为才可能更有指向性。其次，物理学科核心素养各内容之间相互联系。每个核心素养内容都会与其他三个核心素养之间保持着不同程度的联系。这种联系会因为要素、水平、任务类型的不同而有所差别。每一种素养内容都是在整个物理学科核心素养网络中存在、发展和发挥作用的。再次，物理学科核心素养各内容之间相互支撑。相互支撑是一种联系，但它是一种不一样的联系，具有现象学意义、发生学意义以及功能学意义，所以我们把这种特殊的联系单独界定。也就是说，这四个要素缺一不可，缺一个要素就会使得核心素养整体结构难以形成。从整体来看，物理学科核心素养构建的结构逻辑符合素养结构的自洽性、完备性、整体性和开放性，这也保证了物理学科核心素养本身具有一定的描述力、解释力、预测力和自我优化能力。

3    发展逻辑

物理学科核心素养既是课程的目标也是对学生未来的预期，其实现过程就是学生的发展过程。通过对物理学科核心素养的分析，能够体会到其背后隐含的发展逻辑。物理学科核心素养的发展具有整体性特点，而不同的素养内容又具有不同的功能。比如，科学思维属于能力型素养，科学探究属于功能型素养，物理观念属于思想型素养，科学态度与责任属于情意型素养。同时，物理学科核心素养的发展可以从构成要素、基本类型和发展机制三个方面切入。第一，在课标中已明确指出了不同核心素养内容的构成要素，这是对核心素养内容的进一步明确，也是对物理课程与教学活动的指引和提醒;第二，核心素养内容虽然已经比较明确、具体，但仍然有必要进行更精细的类型划分，让课程与教学活动更具指向性和计划性;第三，不同物理学科核心素养发展的机制存在差异，在课程与教学活动中应予以明确。

下面我们以“科学思维”为例进行简要讨论。首先，课标中规定科学思维的基本要素包括“模型建构、科学推理、科学论证和质疑创新”[1]，这四个基本要素就是课程与教学活动中培养学生科学思维需要关注的关键点和着力点。其次，科学思维是一个“复数”，需要进一步分解和细化才能让课程和教学活动的目标更明确。比如，科学思维从不同角度来看包括演绎思维和归纳思维、理论思维和日常思维、证实思维和证伪思维、复杂思维和简单思维等。也有人将科学思维按照思维方式分为归纳、演绎、类比、分析、综合等类型，这种类型划分相对而言比较粗放，有以哲学的抽象方式回答教学的具体问题的嫌疑。科学思维培养的教育起点是教师首先要对科学思维有一个细致、明确、充分的了解。最后，科学思维是一个问题解决的过程，科学思维能力就是这个过程中展现出来的问题解决能力。当然，这里的“问题”不是简单的“习题”，而是相对综合、开放、没有既定答案、对学生具有一定的智慧挑战性的问题。学生的科学思维只有在问题解决的过程中才能逐渐得到发展。

本文对物理学科核心素养的价值、结构、发展的逻辑问题进行了简要的分析，一些理解观点远未成熟甚至偏颇。但笔者作如上思考的原因有两个：第一，包括物理学科核心素养在内的物理课程标准的研制和理解，需要加强理论研究的深度参与。要建构体现中国经济社会文化特色、反映中国教育现实状况、为未来中国教育育人指明方向的物理课程标准，就需要建构具有中国特色的物理课程标准的相关理论，而这些都需要我们不断提升理论自觉和研究水平。本研究权作一个尝试和抛砖引玉的“砖”。第二，物理课程标准能不能落地，影响因素有很多，其中一个因素就是教师对课程标准的理解情况。促进教师对课程标准的理解、把握有很多路径，其中的一个策略就是在深层的道理上说清楚，以理服人，让老师们在理性和情感上都能接受新课标的理念、主张和要求。而以理服人，首先就要求我们建构课程标准的立体解释理论，显然这是一个浩大的工程。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版2020 年修订）[S].北京：人民教育出版社，2020.

[2]雷良.科学发现的本质及其逻辑机制的再发现[J].自然辩证法研究，2006（07）：18-22+27.

[3]中华人民共和国教育部.教育部关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见.教基二〔2014〕4号（2014-03-30）. http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A26/jcj_k

cjcgh/201404/t20140408_167226.html.

（栏目编辑    廖伯琴）