以“學(xué)科+”的形式進(jìn)行指向核心素養(yǎng)的物理學(xué)科課程設(shè)計(jì)
——在單元設(shè)計(jì)視域下

姚建民

(無(wú)錫市輔仁中學(xué),江蘇 無(wú)錫 214023)

物理學(xué)科核心素養(yǎng)包含:物理觀念,科學(xué)思維,科學(xué)探究及科學(xué)態(tài)度和責(zé)任．在物理教學(xué)研究中,我們?cè)?jīng)主要關(guān)注課堂教學(xué)的研究,如何進(jìn)行每一節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)是長(zhǎng)期以來(lái)教研活動(dòng)的重點(diǎn)．現(xiàn)階段,旨在培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的教育體系下,從學(xué)科層面,如何進(jìn)行基于核心素養(yǎng)的物理課程設(shè)計(jì),如何一步步推進(jìn)課程的實(shí)施、實(shí)施的效果如何、應(yīng)采用何種機(jī)制來(lái)評(píng)價(jià)學(xué)科課程建設(shè)的成果,這是每個(gè)物理教師希望討論和應(yīng)該關(guān)注的問(wèn)題．

具體地說(shuō),課程設(shè)計(jì)既包含課堂教學(xué)設(shè)計(jì),又包含其他模塊,如與物理學(xué)科相關(guān)的活動(dòng)或項(xiàng)目的設(shè)計(jì)．物理課程設(shè)計(jì)首先是基于物理教學(xué)單元設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上的,在物理學(xué)科教學(xué)中,按照學(xué)科框架內(nèi)的模塊式的學(xué)習(xí)內(nèi)容來(lái)組織教材單元,把“單元設(shè)計(jì)”概括為兩種不同的單元編制: (1) “計(jì)劃型課程”的單元編制以“目標(biāo)—達(dá)成—評(píng)價(jià)”方式來(lái)設(shè)計(jì); (2) “項(xiàng)目型課程”的單元編制以“主題—探究—表達(dá)”的方式來(lái)設(shè)計(jì)．蘇科版初中物理教材在編制上已將“學(xué)科單元”與“項(xiàng)目單元”進(jìn)行了有機(jī)的融合．

“學(xué)科+”,是指在學(xué)科教學(xué)的基礎(chǔ)上,增加一些模塊,豐富學(xué)科教學(xué)的內(nèi)涵．以“學(xué)科+”形式進(jìn)行課程整合,可以理解為學(xué)科融合課程,或者跨學(xué)科課程的初始形態(tài)．在單元設(shè)計(jì)的視域下,輔以“學(xué)科+”的形式進(jìn)行物理學(xué)科課程設(shè)計(jì),可以讓物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培育目標(biāo)落到實(shí)處．“學(xué)科+”的內(nèi)容可以包括項(xiàng)目產(chǎn)品的制作與評(píng)價(jià),綜合實(shí)踐活動(dòng)的開(kāi)展與體驗(yàn)(含學(xué)生課外小實(shí)驗(yàn)的提煉歸納)，研究性學(xué)習(xí)活動(dòng)等等．

1 “學(xué)科+”的形式之一:物理課程增加項(xiàng)目產(chǎn)品的制作與評(píng)價(jià)

對(duì)于8年級(jí)的學(xué)生,首次接觸物理學(xué)習(xí),實(shí)際處于物理學(xué)科學(xué)習(xí)的啟蒙階段.這個(gè)時(shí)期,物理教師必需認(rèn)真思考這樣的問(wèn)題:物理課程具體怎樣實(shí)施,才能夠促進(jìn)學(xué)生形成物質(zhì)觀念、運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念、能量觀念等,進(jìn)而能用其解釋自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問(wèn)題．

校本物理課程除了物理教學(xué)之外,可以開(kāi)展物理相關(guān)的項(xiàng)目產(chǎn)品制作與評(píng)價(jià),把跟學(xué)生生活聯(lián)系密切的問(wèn)題、社會(huì)熱點(diǎn)中的物理問(wèn)題、現(xiàn)代科技成果等有實(shí)踐情境的教學(xué)內(nèi)容引進(jìn)課堂;創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境,用物理規(guī)律分析和解決真實(shí)情境中的問(wèn)題．

以蘇科版8年級(jí)上冊(cè)聲現(xiàn)象第3節(jié)“噪聲及其控制”為例,可以開(kāi)發(fā)如下的項(xiàng)目.

(1) 提出問(wèn)題:“音樂(lè)是什么?噪音是什么?兩者差別有哪些?”

借助生活經(jīng)驗(yàn),認(rèn)識(shí)噪聲、噪聲的來(lái)源及其危害．

(2) 進(jìn)一步思考:“如何檢測(cè)聲音大小?測(cè)量聲音大小的工具如何使用呢?”(事先讓學(xué)生上網(wǎng)查找資料,可以讓學(xué)生介紹一下“噪聲分貝儀”的使用方法)

介紹減少噪聲的減少噪音3種途徑: ① 聲音源頭; ② 聲音傳播過(guò)程; ③ 聲音接受端.

(3) 創(chuàng)設(shè)一個(gè)問(wèn)題情境:你爸爸摩托車消聲器壞了,平時(shí)路過(guò)別人家門口時(shí),噪音特別大,影響了居民的生活,為了節(jié)省開(kāi)支,希望能修復(fù)或者制作個(gè)消聲器使用, 為此,你打開(kāi)了消聲器內(nèi)部,發(fā)現(xiàn)了里面的零件全部擠在出聲口．

簡(jiǎn)介兩種消聲器原理，如圖1、圖2所示.

圖1 阻式消聲器

圖2 抗式消聲器

(4) 每個(gè)人的任務(wù):根據(jù)現(xiàn)有的兩大類消聲器原理圖,設(shè)計(jì)你要做的消聲器吧,先畫出來(lái)瞧瞧吧．

每組的任務(wù):融合每位小組成員的設(shè)計(jì)理念,畫出你們小組的設(shè)計(jì)圖吧.

(5) 分享與展示.

① 每組不得超過(guò)2min;

② 每組只有一名同學(xué)介紹作品;

③ 想出自己作品一個(gè)以上缺點(diǎn)．

(6) 評(píng)價(jià)與反思:請(qǐng)說(shuō)一說(shuō)在活動(dòng)過(guò)程中遇到了哪些問(wèn)題?通過(guò)什么方式解決的?并思考你制作的消聲器為什么能夠消聲?有哪些物理原理?

2 “學(xué)科+”的形式之二:物理課程重視綜合實(shí)踐活動(dòng)的開(kāi)發(fā)和體驗(yàn)

通過(guò)綜合實(shí)踐活動(dòng),增添物理知識(shí)與實(shí)踐情境相關(guān)聯(lián)的教學(xué)內(nèi)容,培養(yǎng)學(xué)生對(duì)物理學(xué)科的興趣和關(guān)注度．綜合實(shí)踐活動(dòng)是一種很有特色的學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)方式,對(duì)學(xué)生核心素養(yǎng)的養(yǎng)成有重要意義和獨(dú)特價(jià)值．它比常規(guī)教學(xué)更耗時(shí)、更費(fèi)力,綜合實(shí)踐活動(dòng)能否取得預(yù)期的教學(xué)效果,在很大程度上取決于教師對(duì)活動(dòng)的重視程度和指導(dǎo)水平的高低．

以蘇科版8年級(jí)上冊(cè)物理教材第3章光現(xiàn)象綜合實(shí)踐活動(dòng)“探究樹(shù)蔭下的光斑”為例,綜合實(shí)踐活動(dòng)可以分為3個(gè)階段:第一階段,確定課題階段．(1) 發(fā)現(xiàn)問(wèn)題:學(xué)生們雖然經(jīng)常從樹(shù)蔭下經(jīng)過(guò),但很少有人意識(shí)地注意地面的光斑,引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)觀察,學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象和問(wèn)題:有的光斑是不規(guī)則的,有的光斑近似為原形．原形光斑比不規(guī)則光斑小,且比較暗．哪些因素會(huì)影響光斑的形狀和亮度．(2) 提出猜想:地面光斑的形狀由樹(shù)葉間的縫隙或者小孔的形狀決定的還是由物體的形狀決定的．(3) 設(shè)計(jì)方案:圍繞“如何用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證猜想”和“需要哪些器材”兩個(gè)問(wèn)題來(lái)討論．通過(guò)討論,由學(xué)生自己確定如何在卡片上開(kāi)孔,寫出實(shí)驗(yàn)方案,設(shè)計(jì)中要考慮如何更好地記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象．第二階段,課題研究階段．取較大的孔,孔的長(zhǎng)寬都是1 cm,形狀不同,觀察光斑的形狀和亮度;取較小的孔,尺寸約3 mm,形狀大小不同,進(jìn)行實(shí)驗(yàn),觀察孔的形狀與光斑形狀是否有關(guān)．第三階段,成果整理和交流階段．整理實(shí)驗(yàn)過(guò)程收集的各種信息,撰寫研究論文,包括問(wèn)題的提出、研究方法和計(jì)劃、實(shí)驗(yàn)情況和記錄,待研究的問(wèn)題等等．最后一個(gè)環(huán)節(jié)就是交流匯報(bào),這個(gè)環(huán)節(jié)可以采用分工的方式,并綜合運(yùn)用各種多媒體手段,匯報(bào)交流時(shí),其他學(xué)生可以進(jìn)行評(píng)價(jià)和提出質(zhì)疑,由匯報(bào)人進(jìn)行答辯．

從樹(shù)蔭下光斑的現(xiàn)象,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步思考,樹(shù)葉的縫隙較小時(shí),類似于小孔,那么小孔成像的性質(zhì)與哪些因素有關(guān)呢?這里其實(shí)就是一個(gè)物理建模的過(guò)程,從生活中的現(xiàn)象得到啟發(fā),用其他物體來(lái)代替太陽(yáng),學(xué)生自發(fā)研究小孔成像的形狀與像的大小與哪些因素有關(guān),設(shè)計(jì)課外小實(shí)驗(yàn)進(jìn)行進(jìn)一步的探究活動(dòng)(附學(xué)生設(shè)計(jì)的部分實(shí)驗(yàn)報(bào)告).

實(shí)驗(yàn)報(bào)告:探究像的大小和哪些因素有關(guān).

選擇其中成像最清晰的一個(gè)小孔,改變光屛和小孔的距離(像距)和LED光源(物體)和小孔的距離關(guān)系(物距),觀察像的大小有怎樣的變化,記錄成縮小、放大及等大的像時(shí)像距和物距數(shù)值,并比較像距和物距的大小關(guān)系，如表1所示．

表1

實(shí)驗(yàn)結(jié)論:

① 當(dāng)____________時(shí),成縮小的像;

② 當(dāng)____________時(shí),成等大的像;

③ 當(dāng)____________時(shí),成放大的像．

在綜合實(shí)踐活動(dòng)中,學(xué)生的發(fā)現(xiàn)往往令人驚喜,比如當(dāng)學(xué)生使用“F”形狀的LED光源(如圖3甲)作為發(fā)光物體時(shí),光屏看到了倒立的像,進(jìn)一步仔細(xì)觀察,發(fā)現(xiàn),小孔的形狀是圓形時(shí),組成實(shí)像的每一個(gè)小光斑是圓形的(如圖3乙);小孔的形狀是三角形時(shí),組成實(shí)像的每一個(gè)小光斑是三角形的(如圖3丙);這使學(xué)生產(chǎn)生了新的困惑．這時(shí),教師可以進(jìn)一步指導(dǎo),讓學(xué)生去測(cè)量“F”形狀的LED光源外觀尺寸,組成LED光源每一個(gè)小光源的尺寸,還有小孔的尺寸,讓學(xué)生去認(rèn)真思考研究形成這種現(xiàn)象的原因,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行新的課外探究活動(dòng)．

精心設(shè)計(jì)與物理相關(guān)的綜合實(shí)踐活動(dòng),在這樣的探究活動(dòng)中培養(yǎng)科學(xué)思維及科學(xué)態(tài)度,促進(jìn)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的形成．

(甲)

(乙)

(丙)

3 “學(xué)科+”的形式之三:物理課程加入學(xué)科相關(guān)的研究性學(xué)習(xí)

物理學(xué)科核心素養(yǎng)中包含科學(xué)態(tài)度和責(zé)任這一要素,這里的責(zé)任其實(shí)就指社會(huì)責(zé)任,這是學(xué)生核心素養(yǎng)的重要組成部分．核心素養(yǎng)中所指的社會(huì)責(zé)任又分為責(zé)任擔(dān)當(dāng)和實(shí)踐創(chuàng)新兩個(gè)方面,通俗地講,這一素養(yǎng)可以理解為人文精神或者人文關(guān)懷．人文精神的核心包含了3個(gè)方面: ① 關(guān)注個(gè)體自身的發(fā)展; ② 關(guān)注人與自然的和諧發(fā)展; ③ 關(guān)注全人類的發(fā)展．②在物理課程中如何積極倡導(dǎo)人文精神呢?這就需要在物理課程設(shè)計(jì)中加入相應(yīng)的研究性學(xué)習(xí)環(huán)節(jié),讓學(xué)生去了解社會(huì)發(fā)展動(dòng)態(tài),了解國(guó)家現(xiàn)階段科技發(fā)展的水平,我們面臨的能源危機(jī)與環(huán)境污染等等問(wèn)題,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和責(zé)任．研究性學(xué)習(xí)包括資料的收集、閱讀和調(diào)查,實(shí)地考察等形式,是學(xué)生自主學(xué)習(xí)的一種方式,物理學(xué)科相關(guān)的研究性學(xué)習(xí)可以從以下3個(gè)方面入手.

(1) 關(guān)注科技發(fā)展的動(dòng)態(tài)．例如在進(jìn)行“望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡”課堂教學(xué)之后,可以布置閱讀調(diào)查的任務(wù):現(xiàn)階段世界上最先進(jìn)的望遠(yuǎn)鏡有哪些?他們能觀察到宇宙空間的哪些范圍?學(xué)生在收集資料,進(jìn)行閱讀調(diào)查之后,有學(xué)生會(huì)進(jìn)一步了解到我們所熟知的哈勃空間望遠(yuǎn)鏡,在1990年升空時(shí),這個(gè)當(dāng)時(shí)觀測(cè)項(xiàng)目中規(guī)格最大(1萬(wàn)人參與制作,耗時(shí)10年),投資最多(最初是30億美元),最受公眾矚目的空間設(shè)備,它的安裝和制作充滿波折．當(dāng)時(shí)在人們期待它向地面發(fā)送清晰圖像時(shí),卻發(fā)現(xiàn)成像效果很不盡人意．通過(guò)圖樣缺陷分析顯示,問(wèn)題來(lái)源于主鏡的形狀被磨錯(cuò)了,鏡面和需要的位置只差了微不足道的2μm,但這個(gè)差異卻造成了災(zāi)難性的球面誤差．對(duì)這一段歷史的回顧,學(xué)生們會(huì)意識(shí)到:科學(xué)的發(fā)展,技術(shù)的進(jìn)步是永無(wú)止境的,科學(xué)家也會(huì)犯錯(cuò),在探索未知世界的進(jìn)程中,人類總是在不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,不斷犯錯(cuò),不斷改進(jìn),可見(jiàn),科技的發(fā)展進(jìn)步從來(lái)不是一帆風(fēng)順的,而是在波折中曲折前進(jìn)的．還有學(xué)生會(huì)注意到:我國(guó)建成世界上最大口徑射電望遠(yuǎn)鏡(FAST), 該望遠(yuǎn)鏡口徑為500m、占地約30個(gè)足球場(chǎng)大小．2016年9月,在貴州省平塘縣的喀斯特洼坑中落成啟用,開(kāi)始接收來(lái)自宇宙深處的電磁波,成為世界上最大“天眼”．除了閱讀相關(guān)資料以外,也可以組織實(shí)地考察:如參觀集成電路工程設(shè)計(jì)院,到國(guó)家超級(jí)計(jì)算中心開(kāi)展尋訪活動(dòng),參觀了世界上首臺(tái)峰值運(yùn)算性能超過(guò)每秒十億億次浮點(diǎn)運(yùn)算能力的超級(jí)計(jì)算機(jī)——“神威·太湖之光”．了解現(xiàn)階段國(guó)家科技發(fā)展的水平,有益于學(xué)生社會(huì)責(zé)任意識(shí)的形成.

(2) 關(guān)注人與自然的和諧發(fā)展．在蘇科版“能源和可持續(xù)發(fā)展”一章中,介紹了各種能源及其優(yōu)缺點(diǎn)之后,提出了3個(gè)思考問(wèn)題: ① 能源與社會(huì)發(fā)展有什么關(guān)系?② 人類應(yīng)該怎樣和自然界共處?③ 你能為節(jié)約能源做些什么?學(xué)生們利用所學(xué)的知識(shí),聯(lián)系實(shí)際作出生動(dòng)回答,答案豐富多彩,讓教師感動(dòng)．假期組織物理興趣小組的學(xué)生開(kāi)展小隊(duì)活動(dòng),比如,參觀污水處理廠,了解城市污水的處理方法,去城市環(huán)境監(jiān)控中心開(kāi)展了“一滴水,一生命”主題活動(dòng),培養(yǎng)學(xué)生珍惜水資源,愛(ài)護(hù)環(huán)境的意識(shí),在這樣的研究性學(xué)習(xí)中潛移默化中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和責(zé)任．

(3) 關(guān)注全人類的發(fā)展．人利用科學(xué)和技術(shù)可以改造自然,造福人類,也可以憑借科學(xué)技術(shù)的力量,破壞自然,危害世界．可以讓學(xué)生查閱資料后,分享自己了解到的與物理相關(guān)的歷史故事．如當(dāng)愛(ài)因斯坦獲知匈牙利科學(xué)家根據(jù)質(zhì)能轉(zhuǎn)換的關(guān)系發(fā)現(xiàn)核聚變以后,主動(dòng)寫信給美國(guó)總統(tǒng)羅斯福,要求制止此項(xiàng)技術(shù)用于戰(zhàn)爭(zhēng)．信件雖未能起作用(此事成為愛(ài)因斯坦的終身遺憾),但他作為一個(gè)科學(xué)家的良知一直為世人所稱頌．

人類創(chuàng)造的文化,包括科技文化和人文文化,它們分別發(fā)揮著工具理性和價(jià)值理性的作用,但是到了現(xiàn)代社會(huì),由于科學(xué)技術(shù)成為第一生產(chǎn)力,創(chuàng)造了巨大財(cái)富,于是,使得人們對(duì)它的作用過(guò)分“高估”,以為人類社會(huì)的所有問(wèn)題,都可以由它來(lái)解決,而人文文化卻被忽視,其實(shí)科技決非萬(wàn)能,因?yàn)槿祟惖那楦?意志,審美等意識(shí)層面的問(wèn)題需要通過(guò)感受,體驗(yàn)?zāi)酥林庇X(jué),頓悟等發(fā)揮作用加以解決,科學(xué)技術(shù)是“價(jià)值中立”的,技術(shù)具有兩面性,行善和威懾,所以它必須依賴人文精神的指引．教育的目的是培養(yǎng)人的核心素養(yǎng),在物理課程設(shè)計(jì)中,教師更加需要對(duì)人的價(jià)值和人生意義給予關(guān)注,對(duì)人類命運(yùn)的給予關(guān)注．

綜上,在“單元設(shè)計(jì)”的視域下,以“學(xué)科+”的形式進(jìn)行指向核心素養(yǎng)的初中物理課程的設(shè)計(jì),進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生逐步形成適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展與社會(huì)發(fā)展的人格品質(zhì)與關(guān)鍵能力,這是作為物理教師理想與目標(biāo)．