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[转载]聚焦核心素养编好新教材

(2020-01-13 08:22:55)
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聚焦核心素养 编好新教材

彭前程 管窥物理 2019-12-23

 本文发表于《中学物理》(高中)

2017年底教育部颁布了修订后的《普通高中物理课程标准(2017年版)》,人民教育出版社根据新课标编写了相应的新教材,2019年秋季这些教材将在全国部分省市开始使用。为了帮助广大教师更好地了解新教材,这里我谈谈对新课标有关理念的理解及教材是如何体现的。

一、核心素养的理解

《普通高中物理课程标准(2017年版)》(以下简称《标准》)中对学科核心素养的界定为:“学科核心素养是学科育人价值的集中体现,是学生通过学科学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力。物理学科核心素养主要有‘物理观念’‘科学思维’‘科学探究’‘科学态度与责任’”四个方面。

核心素养是在个人发展及未来社会对人的要求新的视角下,提炼出的课程目标,它与上一轮课程改革中提出的“三维目标”中提到的知识、技能、态度等有着非常重要的联系,但又不完全相同,是对三维目标的传承与超越。在物理学科核心素养的四个方面中,科学观念、科学思维和科学态度与责任是物理科学教育中的不同方面,而科学探究则与以上三个方面有所不同,它即是学生要学习和掌握的一种探究能力,包括提出问题、问题解决、实验能力、论证能力、交流合作等,同时也是学习物理观念、发展科学思维、形成科学态度与责任的手段和途径。

物理观念的形成要依托概念、规律的准确把握,所以在物理观念的教学中首先要注意物理概念、规律的准确学习,促成学生对概念、规律的深度理解;同时要注意在学生有了一定的概念、规律基础后,要适时地将有关概念、规律加以提炼和升华,形成科学的物理观念。

物理学不仅以其概念、规律揭示了自然界基本运动的诸多真理,它还在建立这种知识体系的过程中发展了科学思维和研究方法,推动了科学的进步。因此在物理学习中,注意学生的科学思维培养是关键。所以说,突出核心素养教育的教学设计应该是“思维型教学”。思维型教学的大致流程是:创设情景----提出问题----自主探究----总结反思----应用迁移,这一流程的主要目标是:激发学生学习的动机、引起学生的认知冲突、学生自主构建新的认知。所以核心素养理念下的物理学习应该是:学生通过探究活动,建立概念、发现规律、形成观念、发展思维、学会方法、养成态度。

 二、教材对核心素养理念的落实

为了体现核心素养教学的理念,教材从多个方面进行了设计,这里择要进行说明。

1.物理观念的建立

“物理观念”是《标准》中提到的四个物理学科核心素养的第一个。物理观念主要包括物质观念、运动与相互作用观念、能量观念三个要素。 

对于物理观念的理解,关键要把握“是物理概念和规律等在头脑中的提炼与升华”这里概念和规律是基础,把握住了概念和规律,就把握住了主体。教学中对物理观念的学习要注意两个方面,一是要注意物理概念、规律的准确学习、深度理解和灵活应用,二是要注意将有关概念、规律与核心概念建立联系,适时加以整合提升,形成科学的物理观念。例如,瞬时速度、加速度、动量等概念的建立对多数学生来说是比较抽象的,教材在这些概念的建立过程中都不惜笔墨,注重打好基础。例如关于瞬时速度,教材在学过平均速度之后,向学生提出“平均速度描述物体在一段时间内运动的平均快慢程度及方向。那么,怎样描述物体在某一时刻运动的快慢和方向呢?”的问题,给学生时间与空间,引导学生积极思考,先让他们发表自己的看法。然后,教材再和学生一起分析如何处理这类问题,渗透“极限”的思想,建立瞬时速度的概念。

在学生有了一定的基础之后,教材在不同的地方有计划地对一些物理概念、规律、观点等进行归纳、提炼和提升,形成相应的物理观念。例如,教材在必修第一册“质点参考系”部分,特意设置了一个这样的批:“我们生活的客观世界是物质的,物质由分子、原子等组成,我们所看到的物体是物质的聚集状态。机械运动描述的是物体位置随时间变化的规律”以加强物质观和运动观的学习;在整个运动学完了第二章之后,特意安排了:“世界是物质的,物质的运动有多种形式,例如机械运动、热运动和电磁运动等。这些不同的运动形式有着不同的运动规律,我们将陆续学习。”的旁批,从不同的侧面来进一步认识物质观和运动观;在必修第三册“电场电场强度” “电磁波的发现及应用”等处又安排了“场像分子、原子等实物粒子一样具有能量,因而场也是物质存在的一种形式”“实物粒子是物质存在的一种形式,场是物质存在的另一种形式,它们都是客观存在的。”等旁批,以深化对物质观念的理解。

物理观念的学习,概念、规律是基础,但概念规律不等同于观念,教学中只有在概念、规律教学的基础上有意识地将其中的观念归纳、提炼出来,才能使物理观念的学习扎扎实实地落到实处。

2.科学思维的培养

《标准》对科学思维的界定是:科学思维是从物理学视角对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系的认识方式;是基于经验事实建构物理模型的抽象概括过程;是分析综合、推理论证等方法在科学领域的具体运用;是基于事实证据和科学推理对不同观点和结论提出质疑、批判、检验和修正,进而提出创造性见解的能力与品格。可见科学思维的内涵是十分丰富的,它是近年来国际物理教育中非常关注的一个方面,也是此次高中物理课程改革的重点。为了更好地培养学生的科学思维,我们在教材中采取了如下一些主要的作法。

1)重视模型建构能力的培养

科学思维中分析、抽象、概括等思维方法是物理学习中非常重要的方法,这些方法在模型建构中体现得最为充分。用建模的思想处理实际问题是物理学中重要的手段和方法,可以说,在某种意义上物理学是:用模型描述自然,用数学表达模型;用实验检验模型。为了加强模型建构能力的培养,教材一是在相应的正文中突出模型建构的思想,二是在适当的地方用“旁批”的形式对模型建构的思想加以提示。例如,在分析物体是否可以看成质点时,课文就从:1.物体上各点的运动有差异,差异是否可以忽略;2.物体虽然各点运动的差异不能忽略,但是所研究的问题关注的是整体还是细节;3.物体虽然不能忽略大小和形状,但是物体各点的运动情况是否完全一样,三个方面来分析,看物理是否可以被看作是质点。

教材不仅在正文直接阐述如何在实际问题中用模型的思想来解决问题,同时注意在适当的地方以旁批的形式对模型建构的思想来加以总结和提升。例如,在正文“质点”概念有关叙述处,特意增加了“在物理学中,突出问题的主要因素,忽略次要因素,建立理想化的物理模型,并将其作为研究对象,是经常采用的一种科学研究方法。质点这一理想化模型就是这种方法的具体应用。”的旁批;在伽利略理想实验处加了“伽利略理想实验的本质是想象着把实际中存在、影响物体运动的摩擦力去掉,抓住事物的本质。这种依据逻辑推理把实际实验理想化的思想也是研究物理问题的重要方法之一。”的旁边批。这种正文与批相结合,以阐述理想模型的思想的方法,教材还在许多处做了同样的安排

2)加强科学推理、论证等科学思维的培养

科学思维中科学推理和科学论证也是物理学习与研究中非常重要的思维方法,物理学习和研究中许多地方要用到推理与论证,中学物理中常用到的推理方法有归纳、演绎、类比等。教材在许多地方都有意识地采用相应的方法进行学习。例如,教材库仑定律的学习中渗透的是一种类比的推理方法;在楞次定律的学习中教材渗透的是一种归纳推理的方法。

除了上面说到的一些思维方法外,物理中常用到的一些学科方法,也应归到科学思维方面。例如,等效的方法、控制变量的方法、用物理量之比定义新物理量的方法、极限的方法等。这些方法课标中均有要求,应该让学生了解和学习。

为了加强科学思维的学习,教材在每册书中都安排了一个“科学方法”栏目,较为详细地介绍一种科学方法,包括:必修第一册“控制变量”,必修第二册“演绎推理”,必修第三册“物理量之比定义新物理量”,选择性必修第一册“分析与综合”,选择性必修第二册“抽象与概括” ,选择性必修第三册“理想模型”。

3)设置开放性问题 加强质疑创新思维的培养

《标准》将质疑创新作为科学思维的四个要素之一。质疑创新说的不是某一种思维形式,而是说在科学思维中要包含质疑和创新的品质因素,要提倡创新。为了加强质疑创新思维的培养,教材打破原来以陈述为主的编写方式,而是通过提出问题、创设情景等引发学生的思考,对有矛盾的地方产生质疑,提出自己解决问题的方法。在分析问题、探究规律时,不是指定某一种方法,而是或给出开放的解决问题的方法,或给出开放性的课题让学生自主探究,或提出问题,让学生从正反两方面来阐述。

3.科学探究的设计

关于科学探究,教材编者主要想突出的是,让探究者主动参与到发现问题、解决问题的过程中来,突出科学探究的本质,而不是形式。为此,教材采取了一系列的做法,主要的方面如下。

1)  问题导向

教材在每节课的开始,都提出一个侥有兴趣、联系实际的问题,目的是引发学生的主动思考,提出解决问题的办法,培养学生的问题意识、思维习惯。这样的安排既可以培养学生“提出问题”的能力,又可以使学生带着问题进行概念的建构、规律的探究。例如,学生在初中学过“物体间的作用是相互的”,到高中后再学习牛顿第三定律内容时,多数学生不重视、不能积极参加到学习中来,教材就设计了“大人小孩掰手腕”的问题,这类问题看似简单,但是让学生分析、说明时,许多学生脑子里又有许多的错误概念,教材很好地选取这类问题进行分析,能帮助学生澄清问题、提高学习的兴趣与质量。

为了将这种从问题引入探究的思想贯彻始终,教材在整个编写过程中注意适时设置“思考与讨论”“做一做”栏目,使学生在“动脑”与“动手”两个维度,进一步展开讨论与探究。

2)设置专门的实验探究

为了避免对探究产生歧义,教材没有专门设置“探究”栏目,但是对于一些较大型的、需要通过实验来探究的内容,教材则用“实验探究…”这样的写法来加以标识,如“实验:探究小车速度随时间变化的规律”,这是一类以实验为手段来引导学生探究的内容。而对于有些不是以探究为主的演示实验、验证性实验和测定性实验等,则不出现“探究”的字样,例如,“演示观察做曲线运动物体的速度方向”“实验 验证机械能守恒定律”“实验:导体电阻率的测量”。为了突出上面提到探究性实验探究性,教材不是平铺直叙讲如何来实现这些研究,而是引导学生思考如何才能来完成实验所要求的任务。在引导学生对思路讨论清楚后,为了充分体现探究的思想,教材并不是给出一个确定的操作方案,而是给出2~3 个参考案例,以体现完成同样的探究任务,可以有不同的方法。

3)增加“课题研究”中联系实际的内容

修订前的教材每册后也有“课题研究”栏目,但栏目中的内容多数是拓展性、学术性的,和学生生活联系紧密的内容不多。为了加强联系实际的意识,教材更换了课题研究栏目中的主题,所研究的主题均是与学生生活实际紧密相关或与本册所学知识紧密相关的内容。例如,共同必修及选择性必修六册书的课题“研究样例”的主题分别是:球形物体空气阻力大小与速率关系的研究、关于甩手动作的物理原理研究、充电宝不同电量时的电动势和内阻研究、单摆周期与重力加速度定量关系的实验研究、半导体薄膜压力传感器特性的实验研究、燃气灶火力对烧水效率的影响。另外,为了更有效地发挥学生的自主研究,教材在每个研究样例后均给出了“参考选题”,并且提出学生还可以根据实际情况,自己确定研究主题。六册参考选题的主题分别是:橡皮筋弹力与伸长量关系的研究、掷标枪动作的物理原理研究、手机耗电因素的研究、弹簧振子运动周期的实验研究、热敏电阻特性的实验研究、家用燃气热水器不同加热温度时的热效率研究”。这些课题的开展,需要比较综合的研究问题的能力,对学生整体探究能力的提高有很好的作用,同时也会加强学生关注科学、技术、社会间联系的意识。

4.态度与责任的渗透

新修订的课程标准在态度与责任中增加了科学本质的内容,这对学生形成科学的认识观非常重要。为此,教材注意在适当的地方体现科学本质的相关内容。例如,为了使学生认识“科学研究是人类有目的的探究活动”的科学本质,教材在序言开始就指出:“人类自古以来就对自然界充满好奇。。。这种好奇心和人类提高生产力水平的需求,构成了自然科学发展最主要的两个动力。在它们的驱使下,人类对自然规律进行着不懈的探索。”;为了使学生认识“物理学的成果具有相对稳定性及普适性,但同时具有发展性和局限性。” 的科学本质,教材在必修第二册相对论等内容部分专门指出:“相对论与量子力学都没有否定过去的科学,而只认为过去的科学是自己在一定条件下的特殊情形。”。

态度与责任的教学不能生硬地说教,要自然地融入到科学内容的学习中。例如,科学家在研究相关问题时所表现出的严谨、求实、坚忍不拔的精神,要适时地提醒学生进行学习。为此,教材或在相关的内容处特别阐述,例如教材特意将物理学的目的是求真,客观事实是判断对错的标准,对就是对,错就是错。猜想和论断必须能经受得住实验的检验和逻辑的推敲。”写在绪言中;或者在专门的栏目中对科学家所表现出的优秀品质加以介绍;有些需要提醒学生注意的内容则放在旁边批中。

应该说明的是,核心素养的四个方面是物理教育中有机的整体,不能割裂开来。物理观念教学中肯定会涉及科学思维的训练、科学态度的培养、科学探究的运用等。在这四个核心素养中, 物理观念是基础, 科学思维是核心, 科学探究是方式, 科学态度与责任是必备品格、育人的最终目标。教学中要注意这四位一体的全面设计, 不能只重视某一个方面而忽视其他方面。

三、教材对学习方式多样化的考虑

新课程强调学习方式的多样化,为此教材采取了一系列的做法,以促使学生学习方式的转变,激发学生学习的积极性,使学生主动参与到学习中来。

1)创设情景,引发思考

如前所述,每节课前教材都以一个能引发学生思考的问题开始。这样学生就可以在老师的组织下,或自主思考,或小组讨论,展开本节课的学习。

2)  设置问题,引发思考

每节课前的问题多半是这节课的主要问题,或者是这节课学完后才能解决的问题。而围绕本节的主要问题,许多情况需要解决一个一个的小问题。例如,必修第一册第2节开始的问题“要讨论物体位置随时间的变化,就要涉及位置、时间等概念。如果要想准确地描述一辆行驶在北京长安街上的汽车所处的位置,你认为应该采用什么方法?你对时间是怎样认识的?”就是这节课要讨论的主要问题之一。而要讨论物体位置随时间的变化”首先要知道如何描述位置;在学完如何描述位置后,教材又紧接着提出:“物体位置的描述我们清楚了,那么,物体位置的变化该怎样描述呢?”引导学生围绕这一问题的学习及思考,得出“位移”的概念。在学习过位移的概念及如何在数轴上表示位移后,教材接着又提出:“若物体从点A运动到点B,坐标xA5 m,xB2 m,物体的位移大小等于多少?方向如何?”。在这些问题串的引导下,学生的思维层次会不断深化,科学思维的习惯也会不断养成。

3)  设置“思考与讨论”,深化思考

随着学习的深入,为了使学生适时进行小组讨论、合作学习,教材专门安排了“思考与讨论”栏目。例如,加速度是比较抽象的概念,生活中没有相应的用语与之对应,为了使学生能更好地体会、理解加速度的概念,教材在学习过加速度后安排了思考与讨论:对运动的物体而言,可以问‘它运动了多远’这是路程或位移的概念;也可以问‘它运动得多快’这是速度的概念。然而,在生活用语中,却没有与加速度对应的词语。日常生活中一般只有笼统的‘快’和‘慢’这里有时指的是速度,有时模模糊糊地指的是加速度。你能分别举出这样的例子吗?这样的思考与讨论可以深化学生对加速度概念的理解。若学生、教师能很好地利用这一栏目,便可以更好地深入思考、展开讨论。

“思考与讨论“栏目外,教材还设计了 “做一做”栏目,让学生或动手体验,或自主探究;在有些“科学漫步”“STS”栏目中,提出一些开放性的问题,以便学生思考、讨论或进一步自学。

四、加强与生产、生活实际的联系

培养学生的创新意识和实践能力最有效的途径应该是理论联系实际。只有理论联系实际,才能使学生将已有的生活经验同物理问题紧密结合,才能使学生感到物理是生活的、有趣的、有用的。为了加强理论和实际的联系,教材从以下几方面做了安排。

1.引入的问题联系实际

要想真正地启发学生的思考,就要想办法引领学生发现实际有用的问题。为了使学生一开始就带着有意义的问题进行学习,教材在每一节的开始部分都设置了学生在实际中可能遇到的、可以引发他们积极主动思考的问题。例如必修第一册第一章前4节的问题分别是“如何描述玩耍的孩子、翱翔的雄鹰的运动”“如果描述行驶在长安街上汽车的位置”“如何描述类似操场赛跑运动的快慢”“如何比较火车与汽车加速快慢”等问题。这些问题都与学生的生活实际紧密联系,学生会感到比较熟透、亲切,愿意进行探讨。

2.分析的实例联系实际

教材在分析具体问题、学习相关概念和规律时,尽可能举一些学生常见的实例,以便激发学生的学习兴趣、增强他们对科学的亲切感、培养他们将已有知识迁移到实际问题中的能力。例如,在必修第一册学习“力的合成和分解”时,教材特意安排了学生提水和吊灯的两个实例;在必修第二册学习“运动的合成与分解”内容时,教材特意分析了人在电梯中行走或静止时,如何看待人的运动问题;在圆周运动线速度与角速度的学习中,分析了学生常见到的自行车齿轮的运动问题等。

3.概念、规律的应用联系实际

概念、规律的习得要分析实际的问题,同样,概念规律的应用也应该是研究实际的问题,而且应该是学生熟悉的,或者是听过、见过的实际问题,这样学生才会觉得所学的内容有意义、有亲近感。为些,教材在应用所学内容解决问题时,尽可能安排学生较为熟悉的实际问题。例如,在应用运动学规律研究实际问题时,教材特意安排了分析航空母舰上般载机起降的问题;在应用共点力平衡的知识来解决实际问题时,教材特意安排了如何根据实际需来设计小孩滑梯的问题。这些概念、规律在实际问题中的应用,设计得好,有利于学习进一步理解相关的物理观念,有利于解决问题能力的提高。

4.练习题联系实际

由于高中物理所涉及的研究对象比较简单,例如,研究只可以看成质点的物体、物体的运动不涉及转动等。这就导致学生所见到和研究的问题多半是物块、小球等,这类经过抽象的问题过多,就会导致学生自己建模、解决实际问题的能力低下,也会影响学生学习的兴趣。为克服这类问题,教材想尽办法,尽可能地选择那些中学可研究的实际问题。例如,必修第一册安排了“嫦娥三号”登月探测器落月末速度问题、航母舰载机起飞问题、空调受力问题等。教材在共同必修三册书的整个练习题中,设计了大约一半以上的联系实际的题目。

五、关于弘扬中华文化的考虑

中华文化包括中华人文文化和科学文化,我国科技文化的发展,既有着悠久的历史,同时在近代也做出了卓越的贡献。教材编写中应该合理地反映这些贡献。为此,教材在此次修订中,特意增加了相关的一些内容。例如,在“科学漫步全球导航卫星系统”中增加了我国的“北斗”导航卫星系统的相关内容;特意在必修三安排了有关我国射电望远镜“天眼”的相关内容,同时专门介绍了科学家南仁东如何克服困难、献身科学事业的事迹;特别增加了我国科学家在相关领域所做研究的介绍,并配了我国科学家的照片。例如,在绪言中,安排了3位华裔科学家,在其他部分介绍了钱学森、赵忠贤、吴健雄等科学家。教材中有意识地反映我国科技成果和我国科学家的事迹,既可以使学生真切地感受到科技的发展就在身边,同时也会增强民族自豪感,有利于学生树立献身我国科学事业的情怀。 

关于教材的编写还有许多方面应该进一步说明,但限于篇幅仅择其主要方面做了说明。另外,还想说明的是,教材只是众多教学资源中的一部分。从教材演变成实际教学的过程,其中有教师再创造的广阔空间。这将是展现教师对物理学的理解及对教育的理解的多彩舞台,也是师生情感交流、智力交汇的轻松和谐的场所。通过这种富含智力与非智力因素的教学活动,使固化在书本中的内容在学生的心中和手中活起来,这是教师的光荣使命。

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