深挖教材科学研究方法 探寻核心素养落实途径——以苏科版义务教育物理教科书为例

许光曙，李俊永

1.吴江经济技术开发区实验初级中学，江苏 苏州215200

2.仁怀市周林高级中学，贵州 仁怀564500

《义务教育物理课程标准（2011年版）》[1]在课程性质中指出：“物理学不仅含有探索大自然的知识成果，而且含有探索者的科学思想、科学方法、科学态度和科学精神等”，在课程目标中指出：“让学生学习终身发展必需的物理基础知识和方法，养成良好的思维习惯，在分析和解决问题时尝试运用科学知识和科学研究方法”“学习物理学家在科学探索中的研究方法，并能在解决问题中尝试应用科学研究方法”。

然而，由于教育惯性，课堂教学重知识和技能、轻思想与方法的现象依然存在。在素养为导向的今天，注重科学方法教育是物理教学应当关注的重要方面，如何在知识、技能、思想方法中进行取舍以适应教学改革，是物理教学实践需要认真回答的问题。

笔者以江苏凤凰科学技术出版社出版的义务教育物理教科书[2]为例（以下简称苏科版），与广大同行探讨物理科学研究方法、科学思想、物理核心素养培育的相关问题。

1 物理学科思想方法

1.1 核心素养与物理思想方法

初中物理学科核心素养划分为概括理解、实验探究、实践应用、求实创新四个维度[3]，四个维度的结构关系如图1所示。

图1 初中物理学科核心素养四个维度的结构关系

处于基础性地位的实验探究既是教学情境，又是学习方法，在探究活动中伴随着概括理解、创新、应用等高阶思维品质。概括理解指向思维的概括性，求实创新指向思维的创造性，实践应用指向学习的迁移本质，它们互为表里，相互支撑，思想方法则处于统摄性地位。可见，实验探究是基础，概括理解、求实创新、实践应用是中间要素，三者相互促成，彼此形成不同水平等级的学科核心思维，思想方法则是物理核心素养的内核与灵魂。

1.2 物理思想方法分类及栏目设计

初中物理思想方法主要有：控制变量思想、等效思想、转化思想、数理思想（图像法、比值定义法、乘积定义法、近似估算法、放大思想、逆向法、累积法、平均值法、比例系数法、微元法等）、比较思想、物理模型、理想实验、类比思想、守恒思想、对称思想、科学假说、归纳演绎等[4]。同时，为了便于教师教学和学生探索物理知识，苏科版教材设计了特色栏目（表1），通过这些栏目将学科思想方法融入其中，图文并茂，脉络清晰。

表1 教材栏目设置

1.3 物理思想方法在教材中的体现

基于初中物理思想方法的分类，笔者对苏科版义务教育物理教科书中的思想方法，从章分布、简要内容和所在栏目三个角度进行了挖掘，并作了统计汇总。物理思想方法在每一章的数量统计如表2所示，在教材中栏目分布的数量统计如表3所示。

表2 物理思想方法在每一章的数量统计

表3 物理思想方法在栏目中分布的数量统计

2 物理思想方法长期被边缘化的原因简析

学科思想对学科方法起调控作用，学科方法则是学科思想的外显，很多学科方法是学科思想的具体体现。一般情况下，强调指导性时称为学科思想，强调工具性时称为学科方法。为研究方便起见，本文对物理科学研究方法与物理思想方法不做严格区分。物理思想方法是比具体物理概念、规律更为隐蔽的内容，通过梳理，我们对以下几个问题进行思考。

2.1 教材编写——隐性化的编写方式为教学设置了障碍

物理知识作为被实践验证了的、正确的科学结论和现象，可以通过文字推广、交流和传承，与物理教学关系最为直接，也最容易被教师、学生理解和接受。通过对教材的深入分析，我们发现物理思想方法大量存在于物理问题解决过程、物理实验、学习活动和物理分析过程。比如：物理实验经常要采用控制变量法，物理分析过程中经常用到等效法和数理分析法，物理问题解决过程中经常用到假设法、理想化法和比较法等，这些科学研究方法都不能够独立存在于教材之中，需要和一定的知识发生稳定的联系[5]。正如物理教育家乔继平先生所指出的物理知识和物理方法存在着对应关系。正是这种原因才使得物理思想方法难以直接进行教授，这是物理科学法教育被物理教学实践忽视的最主要原因。

2.2 专业能力——教师对教材与课标的解读水平参差不齐

课程标准要求物理教学体现物理学科本质，培育物理学科核心素养。但是，物理学科思想方法都是蕴含在教材之中的，有的教师仅仅是用教材教，缺少对课程标准的解读，没有从培养学生的核心素养出发，对教材的挖掘和钻研不够。很多教师对于讲授教材中的学科知识非常清楚，但是教材并未明示科学方法如何教授，导致教师无法发现教材中的物理思想方法。教师的专业能力限制了教学视野，教师也逐渐沦为“教书匠”。为此，如何提升教师的专业研究能力，将教师的专业研究能力转化为教学生产力，是教育工作者应重点关注的问题。如果教师对于教材中隐含的物理思想方法不能有效理解，又如何实施物理课堂教学？所以，梳理上面的表格，在一定程度上为广大教师提供了可进一步深入研究的依据，降低了科学研究方法的神秘感。

2.3 评价体系——识记式的机械训练违背了方法教育规律

旧有的教学评价体系更多地从考试分值的角度评价教学效果，绝大多数学校和教师为追求高分不断增加考试的次数，弱化知识得来的过程，重结果应用，轻知识习得过程。有的教师尽管知道物理思想方法，但是不愿意在课堂上花费时间和精力，认为即使考试题目涉及到这方面的内容，到时候只需要讲解和训练即可，因为这样见效快。这样的教学现状将科学方法教育再一次推向了尴尬境地，食之无味，弃之可惜。另一方面，物理知识在教材中处于显性化的地位，教师容易把握，而且各类教学用书、教辅用书、参考资料很多。从评价的角度看，物理思想方法也无法像知识和技能那样容易作出定量的评价。

3 物理思想方法在教学实践中的落实途径

教材编写方式、教师专业能力和应试教育是影响物理思想方法显化的三大因素，但是物理教学实践不能也不应该因噎废食，有效的教学实践策略有助于物理教师在课堂教学实践中对学生进行科学研究方法教育。

3.1 挖掘栏目中思想方法是落实科学方法的源泉

初中学生的感性认识相对丰富，对自然界以及科学的认识更多的是基于经验。在物理概念和规律的学习中，从学生的经验出发，运用归纳法更适合初中学生[6]。此外，数理方法中的图像法、累积法、比值定义法、近似法、放大法等，随着学习难度和深度的不断增加，理性的成分越来越多。

由表3中的归类统计可描绘出学科思想方法栏目分布的柱状图（图2）和学科思想方法占比柱状图（图3）。由图2可知，教材中的物理思想方法体现在“活动”“WWW”“学生实验”“综合实践活动”等栏目中的比例约占四分之三，即提示教师在教学中加以渗透，特别是在科学探究活动过程中加以合理运用，促进学生对科学思维方法的理解和内化；但是，图2也显示，约占五分之一的科学思想方法没有出现在教材固定的栏目中，需要教师解读和挖掘。由图3可知，基于初中学生的认知经验，归纳法、数理方法（比值定义、图像、放大等）、比较思想、控制变量法等运用的频率较高、占比较大，教师需要在教学中不断强化，以期熟练运用。

图2 物理学科思想方法栏目分布

图3 物理学科思想方法占比

3.2 发展教师专业能力是物理思想方法落地的保障

首先，物理教师要重视物理学史所蕴含的极其丰富的物理思想，用物理思想引领课堂教学，培养学生的科学探究能力和科学思维。其次，教师要加强对课程标准的研读，挖掘内涵。第三，加强对教材和实验的研究。无论是教材的编写，还是实验的设计，都有助于学生形成应有的科学态度和社会责任感，逐步形成适应个人终身发展和社会发展需要的正确价值观念、必备品格和关键能力。

物理思想方法之于科学思维犹如大树之于枝干，科学方法构成了科学思维的重要内容，让物理思想方法落地在很大程度上就是培育物理科学思维，就是培育物理核心素养。问题在于我们是否认识到教师专业能力在这个过程中所起的保障性作用，是否视科学思想方法为“鸡肋”，有没有能力挖掘思想宝库让其惠及物理教学实践，并在实践中展现方法的魅力。除了思想引领外，学校教研组对教师的专业引领同样重要。

3.3 显化科学方法是落实物理核心素养的有效途径

如前所述，隐性化的编写方式为教学设置了障碍。首都师范大学邢红军教授认为，方法才是核心，是对能力起决定性作用的因素，在物理学的范畴之中，科学方法与科学知识是相互平行的。与科学知识不同的是，科学方法涉及的不是物质世界本身，而是人类认识物质世界的途径与方式，是高度抽象的，隐藏在知识背后。因此，初中物理的各版教材和教学参考书都应该依据教育部颁布的《义务教育物理课程标准》，从物理知识与科学方法相对应的角度，将科学方法的内容具体化。教师在进行科学方法教育时，也应把隐藏在物理知识背后的科学方法挖掘出来，向学生揭示科学方法，帮助学生借助科学方法获取知识。

掌握科学方法是获取物理知识的重要途径，学生只有掌握科学方法，才能更快捷地获取物理知识。虽然科学方法很抽象，不容易理解，教学上会有一定难度。但是，把那些意义明确、应用广泛、符合学生认知水平的科学方法，作为典型的、主要的科学方法，在初中的重点物理概念和物理规律教学中加以渗透、显化，具有真实性和可操作性[7]。每一个物理概念和物理规律的教学中要结合科学方法教育，并将其显化，学生在学习过程中才能真正掌握科学方法。

3.4 出现频次比较多的科学方法是进行教学的着力点

初中学生的观察能力和动手能力逐步增强，而抽象能力还在不断完善中，因此这个阶段应把观察实验的科学方法作为着力点。其次，初中学生接触物理的时间较短，许多物理概念（如质量、力等概念）都是直接给出的，而速度、密度、压强、功率等贯穿初中物理始末的基础核心概念，都要运用比值定义法。因此，实验归纳法、比值定义法等此类的科学方法出现的频次多，教师在教学过程中要作为教学的重点，要明确地、有计划地、循序渐进地开展教学，随着频次的增加，多次讲解，逐步深化，学生才能领会和运用，强化科学方法的重要意义。此外，对于出现频次较少的科学方法，要结合学生的已有经验、身心特点、思维水平，提高学生对科学方法的认识水平。