夯实物理核心素养的课堂教学取向与实践

周金中

摘 要：现阶段，关于落实物理学科核心素养的教学存在素养“表面化”“形式化”问题.夯实物理学科核心素养的课堂教学可以从问题情境、思维可视化、科学论证、体验感悟等方面入手，教师的教学实践应该着力于概念与问题情境、思维可视与认知结构、科学论证与知识建构、态度责任与情感体验的融合.

关键词：情境;思维可视化;论证;情感

中图分类号：G633.7     文献标识码：B     文章编号：1008-4134（2021）16-0002-04

作者简介：周金中（1978-），男，湖北黄冈人，硕士，中学高级教师，研究方向：高中物理教育教学.

物理学科核心素养主要包括“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面.审视当前关于核心素养的教学研究，很多专家学者对于夯实物理核心素养的背景、意义、策略等方面都有详细的论述，但是，能在课堂实践中开花结果，甚至是生根发芽的教学案例却是凤毛麟角.布鲁姆将认知领域的目标分为识记、理解、运用、分析、综合和评价六个层次，当前一线物理教学对“夯实物理核心素养”的“认知”更多只是停留在“识记”“理解”层面，对于“运用”“分析”层面，更多只是穿“核心素养新鞋”走“应试题海老路”.在基于核心素养的长期教学实践中，笔者发现夯实核心素养可以分别从问题情境设计、思维显性化、论证探究、情态体悟等“操作”取向切入，实现夯实核心素养的课堂教学目标.

1 物理观念情境取向——概念规律与问题情境融合

常见的概念教学都是大篇幅的知识结构，板书（PPT）关于概念的描述都是单向的文本式知识链，学生对于概念的理解都是基于条目式的记忆.这种教学呈现的好处是“条理清晰”，便于教师控制课堂和学生做笔记.但是缺少概念规律的情境载体，难以激发学生的认知基础和认知想象，导致学生无法深刻理解概念的内涵与外延，课堂教学效果仅仅停留在学生“整齐的笔记”上.然而，在物理概念的教学中，关键是教师创设体现概念本质特征的情境[1].学生在学习物理概念之前，基于生活经验形成大量的经验性常识，教师要在此基础上建構物理概念，必须对所观察的现象重新加工，在诸多客观情境中概括事物的共同属性，抽象事物的本质特征，带领学生完成从经验性常识向物理概念的转变.

物理观念素养的夯实需要以问题情境为载体，只有把概念规律与情境融合在一起，才能形成有生命力的物理观念.例如在电动势的教学中，关于电动势的概念，常见的教学都是如图1所示的条目式呈现，但是学生多数都会在“非静电力”这个节点概念上被卡脖子.笔者尝试用两种电源（干电池和手摇发电机）创设情境，以加深学生对非静电力来源的认识;用抽水机提升水的高度，类比非静电力的作用效果，如图2所示，既能帮助学生突破对非静电力概念的理解，还能强化比值定义、标量单位（类比高度差）等内容.必须指出，物理观念的理解不是一蹴而就的，任何情境都有其局限性，很难展示某个观念的全部内涵.电池电动势的概念在后面闭合电路欧姆定律中还可进一步加深，通过如图3所示的滑梯模型，完善电动势与内电压、路端电压关系的观念外延.

概念规律与情境融合需要关注两者的“同质”“同频”问题，这是目标观念与问题情境共振的物理基础.“同质”要求两者不仅仅是形似，还需要神似.某教师为了提出电阻阻值的影响因素（长度、截面积、电阻率），提出道路通行的影响因素（长度、宽窄、平整度），使得学生对电阻定律的理解非常顺畅.“同频”要求情境背景与学生生活经验的同步调. 某教师把条形磁铁的磁感线比喻成“梅超风”的头发，下面学生一脸茫然，梅超风是谁？教师可能觉得很有画面感，但是现在的学生看过《射雕英雄传》的不多，更别说电视剧里面的角色了.在同质同频的教学中发现，学生更认同把“静电场”与电子游戏中的“能量场”进行比较，以此来感受“场的客观物质性”;把“尖端放电”与米开朗基罗创作的“亚当的创造”（如图4所示）中上帝与亚当的“指尖”间“一股即将引发火花的电流”进行类比.

2 科学思维可视取向——思维可视与认知结构融合

按逻辑性可将思维方式分为逻辑思维与非逻辑思维[2].逻辑思维是人脑的一种理性活动，是思维主体从感性认识出发，将事物的信息材料抽象成概念，运用概念进行判断，并按一定逻辑关系进行连续推理，从而产生新认识的线性思维方式.逻辑思维主要有分析与综合、比较与分类、归纳与演绎等基本形式.与之相对，非逻辑思维则是一种跳跃式的具有突发性的思维方式.非逻辑思维主要包括形象与抽象、发散（想象）与辐合、求同与求异、直觉与批判、灵感与顿悟等基本形式.不可否认，物理概念和规律都是运用逻辑思维的方法从物理现象、物理事实和实验中抽象出来的，并以此来表征物质属性，表述物质运动状态.可能正是如此，传统高中物理教学几乎把科学思维教学全部放在逻辑思维能力的培养上.但是，纵观物理学发展史，从某种意义上讲，只有依赖于非逻辑思维，才能作出重大的猜测、探索和发现，才能从根本上推进科学发展.

高中生与初中生相比，包括形象思维、抽象思维的非逻辑思维和逻辑思维都得到大幅度的提升，这为模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等要素的科学思维素养的培养奠定坚实基础.科学思维素养打破了思维逻辑性的界限，也更全面地完善学生思维能力的培养内容和目标.在当前教育活动中教师应该积极转变只重视推理、分析等逻辑思维形式的传统教学，重视思维过程的显性化，在教学过程中实现逻辑与非逻辑的思维活动融合.

因此，科学思维素养培养我们主张思维可视化教学取向，其基本理念是教师在教学中运用一系列工具，把发生在大脑中原本处于混沌的、看不见、摸不着的思维过程，以可视化的形式清晰地呈现出来，变得形象、具体、直观.夯实科学思维素养的教学应把握思维显性化取向，借助拟人化或拟物化的图形方式，将物理公式、定理或某一特定知识模块中原本看不见的、抽象的学科知识的逻辑关联、结构脉线以及思维路径，转化成为具象化的[3]、贴切的图形表达，从而达到物理知识架构与物理思维逻辑架构的高效融合.例如“原子的核式结构模型”思维素养教学方面，笔者结合认知流程，基于思维可视化的建构分成如图5所示的四个环节.

显性化思维方法教育——不切开，如何研究西瓜的内部结构.（铺垫思维流程：现象——建模——验证）

推理：基于“α粒子散射实验”现象的分析否定假设的“西瓜模型”.（逻辑思维：分析推理感受逻辑的力量）

联想“行星模型”建模“核式结构模型”，并且基于实验现象推理其合理性.（非逻辑思维：直觉、形象、同求;逻辑思维：推理、归纳）

批判：交流讨论，是否这是唯一的结构？核式结构模型的局限性.（质疑、创新）

当然，思维导图只是思维可视化的一种常见表达方式.教师在教学中不仅可用思维导图实现思维活动可视化，还可以根据思维素养目标基于网络技术、思维游戏、体验活动显化思维方法，让非逻辑思维和逻辑思维有机、生动、深度融合.

3 科学探究论证取向——科学论证与知识建构融合

关于科学探究，从上一轮课改开始就把它列为“新理念”的标志，但是实际教学中模式化的探究程序、形式化的探究过程依旧不脱机械应试教学的窠臼[4]. 缺少“问题、证据、解释、交流”要素的形式化探究造就了很多虚假的“高效探究”：学生对探究的问题可以轻易从教师的声色中读懂预设答案.在实验探究中，学生读的不是实验数据而是教师的需要理想数据;探究的不是未知的物理规律而是“猜想的结论”.这种“科学探究”短平快、一晃就过，貌似高效，实则低效甚至是负效，学生收获的只有僵化的结论和形式化的探究习惯，缺乏高价值的探究素养.毫无疑问，这种理想化、形式化、表面化的探究是伪探究，背离实事求是的科学探究精神.

建构主义认为，知识是建构的产物，而不是发现的结果.“发现”意味着，不管你发没发现，它都存在着，具有客观的独立性，而“建构”则意味着，知识是人渗透着主观立场而创造出来的产物，具有主观性、暂时性、可变性、相对性和多样性，这意味着一切可以质疑，可以修正，甚至可以推倒重来.形式化的探究，由于省略了重要的“建构”过程，窄化、异化了科学探究，把可能的結论唯一化、绝对化，显然有碍于培养学生的质疑、批判和创新精神.

由此可见，“伪”科学探究的关键问题在于问题探究过程中科学论证的缺失导致知识发现性“建构”的虚无.例如在“通电导线在磁场中受到的力”这节课中，探究安培力方向实验，一般都是用如图6所示的装置来演示，学生都是根据金属棒的运动情况快速得出受到安培力为水平向左或向右，进而教师总结左手定则.但是，金属棒运动的方向就是安培力的方向吗？显然，这种“探究”“窄化”了探究、默认“安培力是水平方向”，而金属棒水平方向运动不代表安培力水平（与水平成某一角度也能使得金属棒运动），此处探究论证的目标是安培力“水平”.教学中应主动“挑起”学生的质疑，基于科学论证探究取向，设计改进探究实验装置（加电子秤、悬挂转动等）才能让建构的探究成果“左手定则”更稳固.

4 科学态度与责任体悟取向——态度责任与情感体验融合

高中物理新课标学科素养中明确指出：科学态度与责任是指在认识科学本质，理解科学、技术、社会、环境（STSE）关系的基础上逐渐形成的探索自然的内在动力，严谨认真、实事求是和持之以恒的科学态度，以及遵守道德规范，保护环境并推动可持续发展的责任感.但是，在具体的物理教学中科学态度和责任的内容往往沦为生硬的“课堂口号”或者干瘪的“谢幕词”，缺少情感体验的短暂的“情绪反应”很难让学生在态度与责任素养方面有收获.

普通心理学认为：“情绪和情感都是人对客观事物所持的态度体验，只是情绪更倾向于个体基本需求欲望上的态度体验，而情感则更倾向于社会需求欲望上的态度体验.”物理教育也有共识：科学态度与责任离不开情感的“润物细无声”.情感根据反映的社会内容不同分为三大类，分别为道德感、理智感、美感，物理课堂教学可以在问题情境、探究过程、习题延伸等多方面实现态度责任素养与三大类情感的融合，具体融合的教学范例见表1.

在教学实践中，科学态度与责任在不同的教学节点中可以与三大类情感的各个部分有机融合.基于体悟取向的融合课堂探索还可以在优化教学活动的组织形式、灵活处理教学广度与深度、拓展物理学科德育视野等方面助力科学态度与责任素养目标的达成.

5 结语

笔者在更多的教学实践中发现：对照核心素养“学业质量标准”，基于笔者提出的取向与融合教学中能看到更多学生对具体素养的良好表现，能在较高水平上把握物理学科核心素养的整体性和综合性.随着新课改的纵深推进，夯实物理核心素养的课堂教学也在核心素养内容与物理知识结构的联系、核心素养培育途径与物理学习方式的磨合、核心素养评价与物理学科能力考核评价的契合等方面下真功夫.笔者提出夯实核心素养四个维度的课堂教学取向，也只是有针对性的探索攻克当前实践的痛点、难点，也只是以实践者的视角在“摸着石头过河”中摸到的石头罢了，在取向的全面性和实践的融合度等方面还有很大优化空间.

参考文献：

[1]应发宝，田玮.管窥物理科学（思维）方法的教育[J].物理教学，2017，39（02）：2-6+45.

[2]毛吓梅.浅谈新思维具象法在高中物理课堂教学中的尝试[J].中学理科园地，2019，15（04）：21-22.

[3]罗国忠.凸显物理思想 去探究形式化[J].物理教学探讨，2016，34（04）：1-4.

[4]周金中.提升情境价值优化情境应用的实践探索——以“探究感应电流的产生条件”的教学为例[J].教学月刊·中学版（教学参考），2019（09）：8-12.

（收稿日期：2021-04-08）