从科学探究到跨学科实践：初中物理教学的新变革——基于新旧课标的比较分析

罗 莹 蔡天娇

(北京师范大学物理学系，北京 100875)

随着基础教育改革的不断深入，教育部于2022年4月发布了《义务教育课程方案(2022年版)》和相应的16个学科的课程标准，为初中课程教学提供了改革的方向标.围绕核心素养修订的《义务教育物理课程标准(2022年版)》(以下简称“新课标”)，不仅指明了初中物理教育教学改革的方向与目标，更对初中物理教学提出了新任务和新要求.如何围绕核心素养开展中学物理教学实践，使新课标在教学中真正落地，成为当前初中物理教育教学领域亟待解决的热点难点问题.

长期以来，中学物理教学特别是初中物理教学多采用班级授课制.尽管《义务教育物理课程标准(2011年版)》(以下简称“旧课标”)中明确强调科学探究，倡导自主、合作、探究等多种教学方式，但初中物理课堂教学的落实情况却难尽人意，与预期尚存差距.当前，常规的初中物理课堂大多为教师按照教材讲解，学生听讲和做练习.这样以知识为本，以教材、课堂、教师为中心的教学方式，显然不能全面地促进核心素养发展，尤其不利于核心素养中创新精神、实践能力、合作意识等的发展.要想使新课标在初中物理教学中真正落到实处，有必要通过对新旧课标的比较分析，弄清初中物理教学需要怎样的变革，探索针对初中物理教学现状的、能促进物理核心素养全面发展的、能使新课标真正落地的教学方式.

1 新旧课标的比较

课程标准是国家颁布的、对教育教学起决定性影响的纲领性文件，是教材编写、教师教学、学生学习和教学评价的依据，是实现教育目标的重要航标和载体.作为纲领性文件，尽管不同时期的课程标准(或教学大纲)内容不尽相同，但课程目标、课程内容、课程实施等方面是其必备的组成要素.对课程目标、课程内容和课程实施给出明确清晰的要求与说明，是保证课程顺利实施并达成教育教学目标的基本前提.就如同一艘即将远航的货轮，出发前必须明确目的地、确定承载货物、做好航线规划和人员物资准备一样，这样才能保证货轮顺利到达目的地.

1.1 课程目标比较

课程目标是课程标准的重要组成部分.旧课标从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观3个方面提出课程目标，即通常所说的三维目标.与此不同，新课标从物理核心素养的物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任4个方面提出课程目标.

比较新旧课标中课程目标的内涵与表述可以发现：新课标的物理核心素养并非对旧课标三维目标的替代与否定，而是整合与提升.例如，物理核心素养中科学探究的4个要素是对旧课标科学探究七要素的整合凝练，将其中的“提出问题”和“猜想与假设”整合为“问题”，将“设计实验与制订计划”“进行实验与收集证据”“分析与论证”整合提炼为“证据”和“解释”，形成了新课标科学探究的问题、证据、解释、交流四要素.又如，新课标的社会责任与科学态度不仅包含旧课标的情感态度与价值观，还对其进行拓展，增加了科学本质、社会责任等，并将旧课标科学探究“交流与合作”要素中的“合作”纳入其中，使科学态度包含学习兴趣、实事求是和合作精神等内容.总之，物理核心素养是三维目标的整合、提升与发展.

可见，对于初中物理课程这艘轮船来说，新课标中的课程目标可以让其航域更为广阔、目的地更远.

1.2 课程内容比较

课程目标的改变必然伴随课程内容体系的变化.图1展示了新旧课标的课程内容体系，为新旧课标共有.

图1 新旧课标课程内容体系比较

从层次上看，旧课标的课程内容体系共分3个层次.第1个层次由科学探究和科学内容组成，其中规定了科学探究的7个要素，并提出科学探究既是学生的学习目标也是重要的教学方法.科学内容中又细分出第2、第3层次，第2层次含有物理内容的一级主题——物质、运动和相互作用、能量，第3层次含有归属于一级主题的14个二级主题.而新课标的课程内容体系仅有2个层次，由物质、运动和相互作用、能量、实验探究与跨学科实践5个一级主题和下属的18个二级主题组成.从具体内容上看，新旧课标都设置了物质、运动和相互作用、能量3个一级主题，其中的二级主题基本相同，只是旧课标物质主题中的新材料及其应用二级主题被移至新课标跨学科实践的物理学与社会发展二级主题中.

新旧课标课程内容体系的不同主要体现在以下3个方面.一是课程内容体系层次不同.如前所述，旧课标课程内容体系分为3个层次，而新课标对其进行了简化，只有2个层次.二是新课标对既是学生的学习目标又是重要教学方式的科学探究进行了优化，将其分为2个部分，其中相对上位的要求提升至课程目标的物理核心素养之中，而与物理内容相关的要求则融入课程内容，以实验探究一级主题和相应的测量类学生必做实验与探究类学生必做实验2个二级主题呈现.尽管旧课标强调实验探究，但对物理实验的要求仅以附录形式呈现，而新课标直接将物理实验以实验探究一级主题的形式整合到课程内容体系中，突出了物理实验的重要地位.三是新课标增设了跨学科实践一级主题和对应的物理学与日常生活、物理学与工程实践、物理学与社会发展3个二级主题.

上述比较分析展示了初中物理课程这艘货轮在航行目标发生变化时其承载货物的变化情况.可见，在物理核心素养课程目标的引领下，新课标的课程内容体系不仅承载了与旧课标基本相同的物理内容，更承载了促进核心素养发展的、与物理内容密切相关的实验探究和跨学科实践主题.

1.3 课程实施比较

课程实施是实现课程目标、落实课程内容体系的关键，更是教师基于学情，创造性开展教学实践，促成初中生核心素养发展的航标和必要教学准备.尽管新旧课标对课程实施的表述形式略有差别，但其框架基本相同，均包括教学建议、评价建议、教材编写建议、课程资源开发与利用建议4方面内容.此外，新课标在课程实施部分增加了教师培训与教学研究的相关内容.

比较课程实施的各部分内容，新旧课标的最大差异体现为：旧课标在三维课程目标的统领下，倡导自主、合作、探究的学习方式，强调科学探究教学；而新课标在核心素养课程目标的统领下，倡导以学科实践为中心的新型育人方式，让学生“像学科专家一样思考和实践”，实验探究和跨学科实践贯穿整个课程，凸显“做中学”与“用中学”.这表明，当初中物理课程这艘货轮的目的地及其承载的货物都发生了变化时，保证航行顺利的航线规划和人员物资准备也必须随之变化.新课标将学科实践提升至新高度，使其成为培养核心素养的必要学习方式，替代了旧课标倡导的科学探究.

总而言之，上述分析不仅展示了初中物理课程目标、内容和实施三者之间的关联性、协调性和整体性，更展示出新课标对旧课标的继承与发展.要使新课标在教学中落到实处，探寻与其相匹配的初中物理教学方式是我们的首要任务.

2 从科学探究到跨学科实践的提升：初中物理课堂教学新变革

初中物理教学是新课标课程目标达成的关键.回顾与总结旧课标在初中物理教学中的落实情况，不仅可以获得成功经验，更能发现问题，为探寻符合新课标要求的初中物理教学提供思路.

2.1 当前初中物理教学的成绩和问题

2011年以来，旧课标倡导的科学探究在初中物理教学中取得了可喜的成就.在三维目标的引领下，初中物理课程通过探究教学，让学生主动获取物理知识，领悟科学探究方法，发展科学探究能力，体验科学探究乐趣，养成实事求是的科学态度和勇于创新的科学精神.相比以知识为中心的讲授式教学，旧课标的科学探究无疑是对初中物理教学的革新，改变了以传递知识为中心的被动接受的教学方式，实现了以学生为中心的，让学生经历发现、实现自主探究的教学方式.成就与问题如同硬币的两面，获得成就的同时也难免出现这样那样的问题.[1]

2.1.1 科学探究过程过于表面化、程序化

过去一段时间，对旧课标科学探究七要素的过度解读，导致一线教师在探究教学中常常忽视科学探究本身的目的与意义，出现为探究而探究的现象.教学中，科学探究的问题常常从知识视角提出，而非学生视角.学生多是被动参与探究，像是在“照方抓药”.教师常预先设计实验探究路径，学生小组依照指示去做，课堂以完成探究任务为目的，出现“科学探究”与物理内容主题相割裂的现象.师生在探究之初就预知了结果，甚至出现了探究结果或结论唯一，与之相符即为探究“成功”，不符则为探究“失败”的现象.这样的探究教学严重影响了判断、论辩、评价和创新等高阶能力的培养.

2.1.2 科学探究情境过于简单化、模型化

在以往的初中物理教学中，科学探究情境常常是教师为让学生掌握物理概念规律而专门设计的，并非真实生产、生活、社会中的情境.这些情境被教师简化或提炼为简单模型，以满足学生运用物理知识的需要.而真实情境中的问题往往是复杂的、结构不良的，需要运用多知识、多视角、多思维才能解决的.过于简单、模型化的情境不利于学生进行深度学习，阻碍了其解决真实复杂问题能力的发展.

上述问题并不是初中物理教学独有的，其他学科也存在相似问题，是初中教学普遍存在的问题.[2-3]为此，新课标着重从完善课程目标、优化课程内容、细化实施要求3个方面强调素养导向、学科育人，重组课程内容，创建学业质量标准，探索与素养目标和内容结构化相匹配的、学科典型的学习方式，推进以学科实践为标志的育人方式变革.[4]学科实践是具有学科意蕴的典型实践，是理论与实践相统一、知行结合的学习方式.[5]新课标力图通过学科实践，让学生在发现与解决问题的过程中，建构知识与运用知识，让认识基于实践，再通过实践得到提升，克服认识与实践“两张皮”的现象.[6]学科实践是深化教育教学改革，推进育人方式变革的重要抓手，不仅是新课标的亮点，也是新课标在教学中落实的难点，更是基础教育教学改革的方向.

2.2 新课标实现从科学探究到跨学科实践的提升

在新课标中，跨学科实践以一级主题的形式整合在物理课程内容体系中，旨在通过日常生活、工程技术、社会发展等真实情境，发展学生运用物理知识的能力，分析问题和解决问题的综合能力，培养学生积极认真的学习态度和乐于实践、勇于创新的精神，以期解决科学探究教学中出现的问题.新课标从科学探究向跨学科实践提升体现在两个方面.

2.2.1 跨学科实践是立足物理学科、促进核心素养发展的学生主动活动

为解决探究教学出现的问题，新课标通过核心概念、大观念、主题或任务群来结构化课程内容，以便为学生的主动活动(经验)提供前提.新课标将实验探究和跨学科实践以一级主题的形式引入课程体系，明确了物理课程中的学生活动要求.跨学科实践并非课程内容体系中的一个孤立主题，而是立足物理学科特点，使物质、运动和相互作用、能量3个主题的物理内容“跨入”日常生活、工程技术、社会发展领域.展开以物理学习为主，物理学科实践活动和涉及的其他学科内容的跨学科实践活动.新课标课程体系中5个一级主题之间的关系如图2所示.

图2 《新课标》课程体系5个一级主题关系

可以看到，跨学科实践与实验探究一样，都将对学生主动活动的要求贯穿在物质、运动和相互作用以及能量主题之中.前者明确在日常生活、工程实践、社会发展领域展开学科实践活动，后者则立足3个物理内容主题提出21个学生必做实验.可见，跨学科实践与实验探究共同构成了新课标对物理学习过程中学生活动、经验、过程与方法的要求.跨学科实践成为新课标指明的、促进初中生物理核心素养发展的育人方式，是基础教育改革的未来趋势.

在新课标中，与物理内容相关的一级主题变化不大，增加了实验探究和跨学科实践2个一级主题，且明确规定跨学科主题的课时不少于总课时的10%.在初中物理课程总课时基本不变的前提下，这不禁令人产生疑问：跨学科实践主题的增加是否会加重初中生的课业负担？仔细分析图2中5个主题之间的关系可以看到：跨学科实践属于学生主动活动，是对物理课程学习方式的要求，也是对物理内容的要求，要求学生将物理内容主题“跨入”日常生活、工程实践和社会发展领域进行学习，通过学科实践活动来理解物理概念规律，综合运用物理知识与方法，解决现实生活中的真实问题.这恰恰是发展物理核心素养的需要，不仅能拓展初中生物理课程学习的思维深度，更能减少机械的重复练习，真正实现减负增效.

2.2.2 跨学科实践是科学探究的迭代升级

新课标的跨学科实践活动不是在旧课标倡导的科学探究中增加“实践”“活动”的内容或比重，也不是以综合实践活动的形式对探究教学进行补充，而是以物理学科实践活动承载物理课程的学习内容与方式.[7]在真实的、具有物理学科特点的典型实践活动中，学生可经历与物理学家一样的物理概念规律建立过程，不是对物理内容进行机械记忆、重复练习，而是在多种多样的、典型的物理学科实践活动中学习理解物理概念规律，灵活并有创造性地运用物理知识与方法，通过“做物理”构建物理观念，提升提出问题、建模、获取与运用证据、推理、论证、分析、解释、交流、评价和创新等能力，形成科学态度与社会责任.

相比科学探究，跨学科实践必须在真实情境中进行，其外延更加广泛，拥有多种表现形式和存在方式.它不仅包括科学探究，还包括科学观察、科学制作、科学阅读等；既包括定量的理性活动、物理实验，也有生产生活中开放的物理实践(如科学辩论、思想实验等).跨学科实践超越了传统的知识学习和探究学习方式，是科学探究的迭代升级，是促进核心素养发展的必然方式，代表着学习方式变革的新方向，更是初中物理教学提升与发展的核心路径.

3 项目学习是初中物理跨学科实践的有效教学方式

探索落实跨学科实践要求，有效促进核心素养全面发展的初中物理教学方式，是新课标在初中物理教学中落地亟待解决的关键问题.纵观全球科学教育改革进程，变革教学方式，促进核心素养发展，已经成为科学教育领域的共识，项目学习已逐渐走入科学教育课堂，成为21世纪培养科学核心素养的重要教学方式.美国科学教育出版商霍顿·米夫林·哈考特(Houghton Mifflin Harcourt)和麦格劳·希尔(McGraw Hill)分别于2018年和2019年出版了基于美国国家课程标准(NGSS)的中小学科学课程项目学习教材《科学维度》(Science Dimensions)和《启发科学》(Inspire Science).上述教材推出后，成为美国中小学科学课程促进科学素养发展的首选教材.

与常规教学方式不同，项目学习彻底改变了以教师为中心、学生被动接受的教学方式，实现了学生在“做项目”中的主动学习.在真实情境中，学生通过实施与完成项目，像科学家一样主动探索现实世界的问题和挑战，理解与构建科学概念，有效促进多种能力的发展.[8-10]科学教育领域的研究者就项目学习的特征逐渐达成共识，[11]这些特征概括了项目学习实施的全过程.项目学习特征与物理核心素养要素的对应关系如图3所示.

图3 项目学习特征与物理核心素养要素的对应

可以看到，项目学习的特征1为提出真实科学问题或挑战，提供了符合新课标要求的、进行跨学科实践的教学情境，以保障跨学科实践得以在真实情境中展开.项目学习的特征2～5与问题、交流、质疑、创新等能力的培养要求一致，不仅涵盖了物理核心素养中科学思维、科学探究的全部要素，还包括使用数学计算、信息技术等物理实践必备的相关技术.这些能力要素的获得和必备技术的掌握，恰恰是新课标跨学科实践所期望的.可见，项目学习能够让跨学科实践攻克科学探究教学的困境，促进初中生高阶思维的发展，实现物理核心素养的全面提升.同时，项目实施过程为学生开展跨学科实践的主动学习活动提供了课上课下相结合的广阔教学空间.

因此，项目学习是实施跨学科实践教学的不二选择，完全能够担起促进物理核心素养全面发展的重任.然而，尽管项目学习在中学物理教学领域已初步达成共识，[12]一些研究者开展的项目学习实践也获得了较好的反馈效果，[13-14]但要使其大规模走入初中物理常规课堂，我们还需应对3大挑战.

项目学习强调以项目为中心.为满足项目需要，涉及的内容常常超出课标规定的范围.这也是项目学习长久以来只能在科技社团、研究性学习等课外领域开展的重要原因之一.项目学习走入初中物理课堂的前提是其涉及的物理学科内容与要求必须在课标规定的范围之内.现行的初中物理教材都是针对常规教学、依据物理知识体系开发研制的，由章节结构组成的教材.要满足项目学习在真实情境中由问题驱动实施并完成的要求，就需要在新课标内容要求范围内，基于项目组织教学内容、设计教学序列.因此，创编基于新课标的初中物理项目学习教材是我们必须面对的第1个挑战.

促进核心素养发展的教学必须从“为了知识的教学”转向“基于知识的教学”，让知识从教学的目的转变为教学的工具和资源，知识与知识教学要服从于核心素养的形成与发展.[16]促进核心素养发展的跨学科实践教学，也必须从传统的教材、课堂、教师3个旧教学中心，转变为学生、真实实践、物理大概念这3个新教学中心.以学生为教学中心是跨学科实践的基本要求.学生是教学主体，“学”既是教学的出发点，也是落脚点.跨学科实践必须围绕学生进行组织、设计、实施，让主动自学、设计论证、合作交流等学习活动成为教学常态.以真实实践为教学中心是培养学生高阶思维与能力的基本条件.只有在真实情境中开展学科实践，才能让学生在未知的、不确定的、复杂的环境下，自主构建与运用知识、发展能力.跨学科实践教学应努力实现知识怎样来就怎样教，知识怎样用就怎样教，做到“用中学”“做中学”.以物理大概念为教学中心是学生建构物理知识体系的基本保障.大概念是学科知识体系的精华所在，是最有价值的知识，是最能转化为素养的知识.[17]跨学科实践教学只有以大概念来组织与构建知识体系，才最有助于减少习题训练、减轻课业负担，达到事半功倍地培养物理核心素养的目的.项目学习进入初中物理常态课堂，就必须转向3个新的教学中心，并在教学过程中实现有机整合，使之共同促进物理核心素养发展.这是项目学习走入初中物理课堂要应对的第2个挑战.

“教育大计，教师为本.”在初中物理教学中有效落实新课标提出的跨学科实践，必须由真正理解它、执行它的初中物理“新”教师完成.一线物理教师是项目学习走入初中物理课堂、落实新课标对跨学科实践要求的关键要素.如何转变一线教师的教学观念，提高他们对项目学习的理解以及项目学习的教学设计与实施水平，有效落实新课标跨学科实践的要求，是必须应对的第3个挑战.