論物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)

方貴榮

作者簡(jiǎn)介：男（1964-），云南陸良人。云南省教育科學(xué)研究院副院長(zhǎng)，中學(xué)物理特級(jí)教師，云南師范大學(xué)碩士研究生導(dǎo)師。教育部課程教材專家委員會(huì)第一、二屆委員，教育部“國(guó)培計(jì)劃”第一批入庫(kù)專家，中國(guó)教育學(xué)會(huì)物理教學(xué)專業(yè)委員會(huì)常務(wù)理事，云南省教育學(xué)會(huì)物理教學(xué)專業(yè)委員會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)。參與審定了現(xiàn)行各版本初中物理教科書(shū)和《高中課程標(biāo)準(zhǔn)（物理）》，參與人教版高中物理教材與初中物理教師教學(xué)用書(shū)編寫(xiě)工作。發(fā)表過(guò)《怎樣培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)習(xí)興趣》《反思變革可入大道——課程改革的思考》等文章。長(zhǎng)期從事課程教學(xué)與學(xué)校管理研究，參與云南省基礎(chǔ)教育發(fā)展問(wèn)題咨詢研究和評(píng)估工作，曾受邀到全國(guó)多地進(jìn)行教學(xué)指導(dǎo)。

摘 要：高中物理課程改革的亮點(diǎn)之一就是要形成和發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)，物理學(xué)科核心素養(yǎng)大致由物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任構(gòu)成，通過(guò)真實(shí)物理情景為載體，延緩物理概念的形成過(guò)程，追尋物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)足跡，培養(yǎng)學(xué)生的推理論證能力，有利于培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：高中物理；核心素養(yǎng)；培養(yǎng)

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2017）10-0001-4

1 引 言

從教育部所給的高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)的征求意見(jiàn)稿大致可以判斷，下一輪物理課程改革最大的亮點(diǎn)之一，就是提出了物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四個(gè)維度的高中物理學(xué)科核心素養(yǎng)，并把核心素養(yǎng)四個(gè)維度進(jìn)行五級(jí)分層，從而形成了學(xué)生的學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。這就意味著，培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)成為下階段物理教學(xué)改革的主要目標(biāo)。換句話說(shuō)，怎樣形成和發(fā)展學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)，是當(dāng)下物理教學(xué)亟待研究破解的重要課題。

2 物理學(xué)科核心素養(yǎng)的解析

2.1 物理學(xué)科核心素養(yǎng)與教學(xué)目標(biāo)的關(guān)系

物理學(xué)科與其他學(xué)科一樣，從上世紀(jì)60年代開(kāi)始，教學(xué)目標(biāo)經(jīng)歷從“雙基”時(shí)代過(guò)渡到“三維目標(biāo)”時(shí)代。從現(xiàn)在的態(tài)勢(shì)看教學(xué)目標(biāo)必然要進(jìn)入“核心素養(yǎng)”時(shí)代。

從雙基到三維目標(biāo)是對(duì)物理教育教學(xué)本質(zhì)與精髓在認(rèn)識(shí)上的一次飛躍。一是，讓學(xué)生經(jīng)歷物理概念與規(guī)律的形成過(guò)程，就是跟隨科學(xué)家們經(jīng)歷科學(xué)探索的過(guò)程。感受物理學(xué)方法就是讓學(xué)生體會(huì)和領(lǐng)悟科學(xué)家們“點(diǎn)石成金”的秘訣，使自己真正掌握科學(xué)的真諦，牛頓曾說(shuō)過(guò)“我是站在巨人的肩上”就是這種思想最精密的詮釋。二是，通過(guò)物理學(xué)科的學(xué)習(xí)，了解科學(xué)家們的崇高精神與高貴品質(zhì)，從而熱愛(ài)物理學(xué)習(xí)，立志攀登物理科學(xué)高峰，形成為國(guó)家、為世界作出積極貢獻(xiàn)的品質(zhì)，應(yīng)該是物理學(xué)科教育的重要目標(biāo)。因此，三維目標(biāo)的提出，是物理教學(xué)從應(yīng)試教育向素質(zhì)教育轉(zhuǎn)軌的重要標(biāo)志。

物理學(xué)科核心素養(yǎng)目標(biāo)是對(duì)物理三維目標(biāo)的升華。首先，核心素養(yǎng)具有綜合性。三維目標(biāo)所涉及的內(nèi)容要素?zé)o一不被核心素養(yǎng)目標(biāo)所包含。第二，核心素養(yǎng)具有整體性。核心素養(yǎng)是就一個(gè)“人”這一客體應(yīng)該具有的某種屬性的直接描述，但三維目標(biāo)則不是對(duì)一個(gè)人所具有的某種屬性的直接描述。換句話說(shuō)，我們肯定某人具有物理核心素養(yǎng)，但從來(lái)不說(shuō)某人具有三維目標(biāo)。當(dāng)然，也未見(jiàn)把三維目標(biāo)分開(kāi)描述，說(shuō)某人物理知識(shí)與技能好，過(guò)程與方法強(qiáng)……第三，核心素養(yǎng)具有高階性。三維目標(biāo)體現(xiàn)了對(duì)教學(xué)目標(biāo)的整體要求，對(duì)學(xué)科本身的內(nèi)容并無(wú)具體指向，而核心素養(yǎng)從四個(gè)維度進(jìn)行了內(nèi)涵確定的描述，特別是物理觀念的提出，突出了物理學(xué)科特征，四個(gè)維度要素的界定，提高了認(rèn)知度，也有利于教學(xué)的把握。

可以說(shuō)，形成和發(fā)展學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)作為新時(shí)代的物理教學(xué)目標(biāo)是物理學(xué)科教育的正本清源、返璞歸真，也意味著物理教學(xué)的品質(zhì)升華。

2.2 物理學(xué)科核心素養(yǎng)的理解

物理學(xué)科核心素養(yǎng)從學(xué)術(shù)層面進(jìn)行研究，內(nèi)涵豐富，要素較多。為了有利于培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)，可以在操作層面進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化表述。

例如，我們?cè)噯?wèn)什么樣的學(xué)生具有物理學(xué)科核心素養(yǎng)呢？設(shè)想有這樣的場(chǎng)景：

老師：“我剛買(mǎi)的保溫杯，昨天感覺(jué)保溫效果很好，今天怎么感覺(jué)就不是太保溫，真煩人。我該怎么辦呢？”

學(xué)生A說(shuō)：“老師，扔掉，換一個(gè)新的、好的、名牌的！”

學(xué)生B說(shuō)：“老師，問(wèn)問(wèn)商家杯子是不是‘三無(wú)產(chǎn)品，如果有問(wèn)題，退貨?！?/p>

學(xué)生C說(shuō)：“老師，我想想，這個(gè)杯子為什么它就不保溫了？”

老師說(shuō)：“怎樣分析它不保溫呢？”

學(xué)生C說(shuō)：“那要先分析保溫杯里的水溫變化與哪些因素有關(guān)。然后，通過(guò)實(shí)驗(yàn)或者推理論證逐一排除影響因素，就能找到原因……”

顯然，學(xué)生C具有較好的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。具體說(shuō)來(lái)，具有較好的物理學(xué)科核心素養(yǎng)，除了具備物理學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)與基本技能外，更為重要的是，首先要有質(zhì)疑的精神。就是對(duì)學(xué)習(xí)、生活等各種社會(huì)實(shí)踐中司空見(jiàn)慣、習(xí)以為常的現(xiàn)象，進(jìn)行刨根問(wèn)底式探究緣由或?qū)ふ掖鸢傅木?，即事事都?wèn)為什么。如“正午晴朗的天空呈藍(lán)色，為什么？”有對(duì)學(xué)習(xí)、工作等各種社會(huì)生活中長(zhǎng)期接受、從無(wú)疑問(wèn)的現(xiàn)象，進(jìn)行懷疑式的再追問(wèn)、再驗(yàn)證的精神，即事事都問(wèn)“真的嗎？”如“在勻速運(yùn)動(dòng)的船中跳遠(yuǎn)不能提高成績(jī)。真的嗎？”

其次，是思考的習(xí)慣。通俗地說(shuō)，有不斷追問(wèn)影響一個(gè)事物變化的原因的習(xí)慣。從物理上說(shuō)，有不斷追問(wèn)一個(gè)物理量（變化）與哪些其他物理量（變化）有關(guān)，有什么關(guān)系的習(xí)慣。

再次，是科學(xué)的方法。物理學(xué)中最基本的研究方法如圖1所示。

從圖中可以看出，物理學(xué)最基本的研究方法就是科學(xué)探究的方法，所以有人說(shuō)，物理學(xué)發(fā)展史就是一部探究史。因此，要把探究的方法作為物理學(xué)最基本的方法進(jìn)行確認(rèn)，引導(dǎo)學(xué)生感知、領(lǐng)悟，直至靈活運(yùn)用。當(dāng)然，還有物理學(xué)中更加具體的實(shí)驗(yàn)的方法、模型的方法、假設(shè)的方法、類(lèi)比的方法等，同樣需要重視。

最后，是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度。第一，崇尚實(shí)踐。堅(jiān)持物理知識(shí)（真理）來(lái)源于實(shí)踐，即實(shí)踐出真知，實(shí)踐是檢驗(yàn)理論正確與否的判據(jù)。第二，獨(dú)立思考?？朔嗽埔嘣频膹谋娦睦恚瑘?jiān)持相信自己所見(jiàn)、所聞以及自己感官所感知，進(jìn)而理解領(lǐng)悟的物理知識(shí)、思想和觀點(diǎn)，不唯書(shū)本，不唯權(quán)威。第三，遵守規(guī)范。物理學(xué)習(xí)的一切行為，從現(xiàn)象觀察、問(wèn)題表達(dá)、猜想假設(shè)、方案設(shè)定、實(shí)驗(yàn)與推理論證、數(shù)據(jù)分析、總結(jié)結(jié)論、練習(xí)、課題研究等，都要有證據(jù)意識(shí)，遵守邏輯的規(guī)范。endprint

3 物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)路徑

我們認(rèn)為，受應(yīng)試教育的影響，物理教學(xué)中最突出的問(wèn)題是教學(xué)模式化（概念規(guī)律+訓(xùn)練）和試題結(jié)構(gòu)化（固定模式+結(jié)構(gòu)良好）的相互作用，導(dǎo)致題海戰(zhàn)術(shù)，不利于培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。因此，應(yīng)以下述路徑進(jìn)行破局，提高學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

3.1 以“真實(shí)”物理情景為教學(xué)載體

以真實(shí)的情景性問(wèn)題展開(kāi)教學(xué)，避免直接從抽象模型進(jìn)入，有利于激發(fā)學(xué)生的興趣，有利于啟迪學(xué)生思維，有利于學(xué)生建模體驗(yàn)。如加速度教學(xué)中，緊緊抓住課本給出的引導(dǎo)性問(wèn)題：一輛小汽車(chē)在10 s內(nèi)，速度從靜止達(dá)到100 km/h，一列火車(chē)在300 s內(nèi)，速度也可以從靜止達(dá)到100 km/h，但是它們的運(yùn)動(dòng)情況顯然不同。你覺(jué)得用“速度大”或“速度變化大”就能表示它們的不同嗎？如果不能，怎樣才能說(shuō)明它們的不同呢？引導(dǎo)學(xué)生層層深入、逐步逼近加速度的概念。又如，在進(jìn)行伏安法測(cè)電阻的教學(xué)時(shí)，用表1的信息進(jìn)行課題引入。

教學(xué)時(shí)，表中第2列、第3列的數(shù)據(jù)，先提問(wèn)，后實(shí)驗(yàn)測(cè)量填入。填完后，追問(wèn)：從表中信息，你得到什么啟示？逐步展開(kāi)后面的教學(xué)，學(xué)生必定思維激活、興趣倍增。

以“真實(shí)”物理情景為教學(xué)載體，對(duì)于學(xué)生的質(zhì)疑精神、思考習(xí)慣、科學(xué)探究等要素的培養(yǎng)無(wú)疑是有效的。當(dāng)然，所謂真實(shí)，可以直接來(lái)自于對(duì)自然現(xiàn)象的觀察，也可以是實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，還可以應(yīng)用多媒體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，甚至可以通過(guò)VR技術(shù)來(lái)創(chuàng)設(shè)，以達(dá)到以情激趣，以景生疑的作用。

3.2 延緩物理概念的形成過(guò)程

物理概念的形成過(guò)程需要對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行觀察、實(shí)驗(yàn)，解剖、分析，尋找共同屬性，進(jìn)行抽象、概括，從而確定描述的物理量。這一過(guò)程需要強(qiáng)烈的科學(xué)思維活動(dòng)，需要合理的方法，還需要科學(xué)的態(tài)度。應(yīng)試教育背景下，快速得出概念與規(guī)律，強(qiáng)化解題訓(xùn)練的教學(xué)模式，淡化了物理概念形成過(guò)程的育人價(jià)值，忽視了學(xué)生物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，應(yīng)該予以糾正。例如，電場(chǎng)強(qiáng)度概念的教學(xué)，可以按下述思路進(jìn)行：

首先，根據(jù)圖2所示教材演示實(shí)驗(yàn)，可以得知，離場(chǎng)源電荷遠(yuǎn)近不同的點(diǎn)，電荷所受電場(chǎng)力大小不同。能否用電場(chǎng)力的大小來(lái)描述電場(chǎng)強(qiáng)弱呢？顯然不行，因?yàn)殡妶?chǎng)力的大小不僅與電場(chǎng)強(qiáng)弱有關(guān)，還與試探電荷量大小有關(guān)。因此，必須尋找新的物理量來(lái)描述電場(chǎng)強(qiáng)弱。這一物理量在電場(chǎng)中同一點(diǎn)應(yīng)該是一確定值，且該值應(yīng)該與試探電荷無(wú)關(guān)。

為了尋找該物理量，試想在電場(chǎng)中某一點(diǎn)放置一試探電荷Q，其所受靜電力F，可以猜想Q與F的對(duì)應(yīng)關(guān)系應(yīng)該如表2所示。通過(guò)分析關(guān)系表，可以得到：=恒量。

顯然，該恒量滿足前述的同一點(diǎn)有確定值，且與試探電荷量無(wú)關(guān)的要求?？磥?lái)大致可以用此恒量來(lái)描述電場(chǎng)強(qiáng)弱。能否進(jìn)一步證實(shí)這一觀點(diǎn)呢？我們考慮用庫(kù)侖定律去分析點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)。試探電荷在點(diǎn)電荷Q的電場(chǎng)中一點(diǎn)所受力滿足以下關(guān)系：

觀察（2）式可知，（F/q）能夠滿足上述要求。另外，盡管（2）式是從點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)中推導(dǎo)出來(lái)，但任何一個(gè)電場(chǎng)都可以看成大量點(diǎn)電荷的電場(chǎng)的集合，因此可以推廣到任意電場(chǎng)。至此，可以判斷前述的分析完全正確。因此，物理學(xué)中就定義：E= F/q為電場(chǎng)強(qiáng)度，用于描述電場(chǎng)強(qiáng)弱，F(xiàn)為試探電荷所受電場(chǎng)力，q為試探電荷的電荷量。

該思路從模型建立，猜想假設(shè)，分析歸納，到推理論證，一環(huán)緊扣一環(huán)，充分體現(xiàn)科學(xué)探究思想。同時(shí)，從一般電場(chǎng)的猜想，到特殊（點(diǎn)電荷）電場(chǎng)的論證，又從特殊（點(diǎn)電荷）電場(chǎng)到一般電場(chǎng)的推理，實(shí)現(xiàn)了認(rèn)識(shí)上的二次飛躍，對(duì)學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)是全面的，也是深入的。

物理概念的形成過(guò)程方法不一而足，但思維過(guò)程卻是相通的，充分挖掘其育人價(jià)值，著意進(jìn)行延緩?fù)卣?，?duì)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)一定大有裨益。

3.3 追尋物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)足跡

每一條物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程既蘊(yùn)含著物理學(xué)家們光輝的科學(xué)思維和研究方法，同時(shí)物理學(xué)家們?cè)诤诎抵忻髑靶械钠D難歷程、千百次探索失敗的沮喪心情，甚至成功后的不安與名譽(yù)之困，無(wú)不成為對(duì)學(xué)生物理核心素養(yǎng)培養(yǎng)的重要素材。例如，法拉第電磁感應(yīng)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)過(guò)程就是一個(gè)典型例子。因?yàn)椋ɡ谟小耙磺凶匀滑F(xiàn)象都是相互聯(lián)系著”的堅(jiān)強(qiáng)信念，才會(huì)在奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)后，立即就能產(chǎn)生磁能生電的創(chuàng)新猜想。而后歷經(jīng)十年的艱難歷程，“偶然”觀察到了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，進(jìn)而通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼撟C，總結(jié)出了電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生的條件。其過(guò)程跌宕起伏，引人入勝。在發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象后，對(duì)實(shí)驗(yàn)的不斷追問(wèn)：

（1）鐵環(huán)是必須的嗎？鐵環(huán)的作用是什么？

（2）線圈A是必須的嗎？線圈A的作用是什么？

（3）感應(yīng)電流大小取決于磁場(chǎng)大小還是磁場(chǎng)變化快慢？

（4）線圈B的匝數(shù)多少有什么影響？

（5）磁棒不動(dòng)，線圈動(dòng)行嗎？為什么？

讓學(xué)生“身臨其境、感同身受”。

在進(jìn)行這一內(nèi)容教學(xué)時(shí)，不應(yīng)過(guò)分渲染法拉第這位鐵匠的兒子的天才和發(fā)現(xiàn)的偶然，而重點(diǎn)要突出由于法拉第有著自然現(xiàn)象是相互聯(lián)系著的堅(jiān)強(qiáng)信念，才會(huì)產(chǎn)生磁生電的閃光思想，有了對(duì)對(duì)稱思想的深入思考與探究，才會(huì)出現(xiàn)必然中的偶然，有了科學(xué)探究的方法和嚴(yán)謹(jǐn)作風(fēng)，才能進(jìn)行理性分析總結(jié)出電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生的條件。

同理，有的物理學(xué)家在作出重大發(fā)現(xiàn)后，對(duì)其應(yīng)用的擔(dān)憂，反映出科學(xué)家的理性與良知，也是對(duì)學(xué)生態(tài)度、責(zé)任與價(jià)值觀的極好教育，理應(yīng)得到重視。如1945年7月，美國(guó)率先試爆了原子彈。美國(guó)原子彈之父奧本海默表示，在看到原子彈爆炸場(chǎng)景時(shí)，他想起了古印度史詩(shī)《摩訶婆羅多》中的一段話：“漫天奇光異彩，猶如圣靈逞威，只有千只太陽(yáng)，始能與它爭(zhēng)輝。現(xiàn)在我成了死神，世界萬(wàn)物的毀滅者?！?/p>

物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程閃耀著物理學(xué)家的光輝足跡，我們?cè)谧穼ぶ?，在物理大家們的引領(lǐng)下，模仿而創(chuàng)新，感悟而升華，難道還有更好的教學(xué)之道嗎？

3.4 培養(yǎng)學(xué)生的推理論證能力

所謂推理論證能力是指根據(jù)給定的物理情景，利用已知的物理知識(shí)和科學(xué)方法，針對(duì)問(wèn)題進(jìn)行邏輯推斷、歸納和論證，并得出正確結(jié)論的能力。顯然培養(yǎng)科學(xué)推理論證能力是學(xué)生物理核心素養(yǎng)形成和發(fā)展的重要內(nèi)容。如兩同學(xué)分別測(cè)得同一導(dǎo)體的伏安特性曲線如圖3所示，怎樣分析兩同學(xué)的測(cè)量結(jié)果？

該問(wèn)題就是要學(xué)生推理論證兩位同學(xué)的測(cè)量結(jié)果誰(shuí)是誰(shuí)非，也就是分析兩位同學(xué)的測(cè)量結(jié)果誰(shuí)滿足歐姆定律。這種推理論證能力對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)，就是物理核心素養(yǎng)的一種表現(xiàn)，應(yīng)該給予重視。但由于受大規(guī)模紙筆測(cè)試的限制，考試中明確考查學(xué)生的推理論證能力的試題很少，教學(xué)中也普遍被弱化，這種傾向應(yīng)該予以糾正。好在一些自主命制的試題已明確考查學(xué)生的推理論證能力，相信這一趨勢(shì)會(huì)發(fā)揚(yáng)光大 。如2016年北京市的考試題中有：

某同學(xué)想用下述方法研究機(jī)械能是否守恒：在紙帶上選取多個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，測(cè)量它們到起始點(diǎn)O的距離h，計(jì)算對(duì)應(yīng)計(jì)數(shù)點(diǎn)的重物速度v，描繪v2-h圖像，并作如下判斷，若圖像是一條過(guò)原點(diǎn)的直線，則重物下落過(guò)程中機(jī)械能守恒。請(qǐng)你分析論證該同學(xué)的判斷依據(jù)是否正確。

4 反 思

物理學(xué)科核心素養(yǎng)的提出，并不意味著物理教學(xué)將進(jìn)行一場(chǎng)新的革命，理論上說(shuō)一切符合物理教學(xué)規(guī)律的方法都能夠?qū)W(xué)生進(jìn)行核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，上述分析是針對(duì)現(xiàn)實(shí)提出來(lái)的。

參考文獻(xiàn)：

[1]龔燕江.物理新課程教學(xué)與教師成長(zhǎng)[M].北京：中國(guó)人民大學(xué)出版社，2011.

[2]陳時(shí).物理學(xué)漫談[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2012.

（欄目編輯 廖伯琴）endprint