(1. 北京師范大學(xué)物理學(xué)系，北京 100875；2. 北京師范大學(xué)附屬實(shí)驗(yàn)中學(xué)，北京 100875)

自20世紀(jì)末以來，多個(gè)國(guó)家、地區(qū)或組織均根據(jù)各自需求和傳統(tǒng)，從理論和實(shí)踐兩方面確立起信息時(shí)代核心素養(yǎng)的內(nèi)涵和框架。[1]在我國(guó)，林崇德先生提出了中國(guó)化的學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)，具有豐富而深刻的內(nèi)涵。[2]現(xiàn)如今，對(duì)于物理學(xué)科核心素養(yǎng)的研究不斷深入，部分中學(xué)物理教師已經(jīng)開始有意識(shí)地將核心素養(yǎng)理念運(yùn)用于教學(xué)中，對(duì)于有廣闊研究空間的基于核心素養(yǎng)的中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課堂研究可以說是非常有必要的。

1 指標(biāo)體系的建立

筆者建立的基于核心素養(yǎng)的中學(xué)物理科學(xué)探究教學(xué)課例分析指標(biāo)體系(下稱指標(biāo)體系)以“問題”“證據(jù)”“解釋”“交流與合作”等4個(gè)要素作為一級(jí)指標(biāo)，涵蓋了“提出科學(xué)問題”“形成猜想和假設(shè)”“設(shè)計(jì)與制定方案”“獲取和處理信息”“基于證據(jù)得出結(jié)論”“基于證據(jù)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果做出解釋”“對(duì)科學(xué)探究過程和結(jié)果進(jìn)行交流、評(píng)估、反思”等7個(gè)二級(jí)指標(biāo)[3]，完整地描述了探究實(shí)驗(yàn)的過程(如表1)。

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》指出：物理核心素養(yǎng)包含物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任[3]，對(duì)于教師而言，培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)能力應(yīng)作為教學(xué)目的，滲透在物理教學(xué)的整個(gè)過程。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師的作用是為學(xué)生創(chuàng)設(shè)問題情景，引導(dǎo)學(xué)生從情境中發(fā)現(xiàn)和提煉問題，對(duì)問題的可能答案做出假設(shè)；根據(jù)問題解決的需要，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用已有知識(shí)，考慮各方面因素制訂實(shí)驗(yàn)方案；引導(dǎo)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，規(guī)范學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作；在處理數(shù)據(jù)時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)物理事實(shí)、運(yùn)用現(xiàn)有知識(shí)，推理、確立物理量之間的關(guān)系，進(jìn)行科學(xué)論證；引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過程與結(jié)果進(jìn)行總結(jié)、反思，撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

基于以上原則，以科學(xué)探究水平劃分為基礎(chǔ)，筆者構(gòu)建出如表1所示的指標(biāo)體系。其中，每個(gè)二級(jí)指標(biāo)包含四個(gè)三級(jí)指標(biāo)，四個(gè)三級(jí)指標(biāo)的級(jí)別從上到下呈遞進(jìn)的關(guān)系，教師具體行為符合的三級(jí)指標(biāo)級(jí)別越高，教學(xué)內(nèi)容就越能體現(xiàn)提升學(xué)生核心素養(yǎng)的要求。

表1

以二級(jí)指標(biāo)“提出科學(xué)問題”為例，指標(biāo)中將“提出科學(xué)問題”劃分為四個(gè)層次，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，如果教師直接提出問題，那么學(xué)生只是被動(dòng)地接受教師傳遞的信息，對(duì)問題的提出并沒有自己的思考，容易只專注于回答問題，而忽視了探究實(shí)驗(yàn)的本意。這種做法不僅難以達(dá)到發(fā)展學(xué)生問題意識(shí)和探究能力的目的，更無法幫助學(xué)生真正理解科學(xué)探究的精髓。[4]而如果能恰當(dāng)?shù)貫閷W(xué)生創(chuàng)設(shè)問題情景，引導(dǎo)學(xué)生分析生活經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)象、基于實(shí)際生活來提出問題，那么這樣的問題更具有現(xiàn)實(shí)性，也更能使學(xué)生體悟到學(xué)習(xí)的意義與切實(shí)性。[4]這里說的引導(dǎo)當(dāng)然不是教師把發(fā)現(xiàn)問題的工作簡(jiǎn)單地拋給學(xué)生，而是要求教師在學(xué)生的問題選擇方向及深度上做出指點(diǎn)，啟發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題。[5]

2 優(yōu)秀中學(xué)物理教師訪談結(jié)果

為確保指標(biāo)的合理性，筆者設(shè)計(jì)了一份關(guān)于中學(xué)物理教師運(yùn)用探究實(shí)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué)的問卷，對(duì)數(shù)位優(yōu)秀教師進(jìn)行訪談，了解他們?cè)谔骄繉?shí)驗(yàn)教學(xué)各環(huán)節(jié)的做法，并依此進(jìn)一步印證指標(biāo)。

在訪談中，教師們對(duì)于探究實(shí)驗(yàn)在中學(xué)物理教學(xué)中的作用給予肯定，如Z老師注重引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)，“經(jīng)過自己的思考，去探索、發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律”，T老師則“教給學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)工具去解決物理問題的方法”。因此探究實(shí)驗(yàn)在中學(xué)物理教學(xué)中不僅起到傳遞知識(shí)的作用，更是引導(dǎo)學(xué)生提升學(xué)習(xí)能力、培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)不可或缺的手段。

總體來說，受訪的優(yōu)秀教師在探究實(shí)驗(yàn)各環(huán)節(jié)的做法與指標(biāo)建議的做法基本吻合。例如，在“形成猜想和假設(shè)”環(huán)節(jié)，幾位教師會(huì)引導(dǎo)學(xué)生“從實(shí)驗(yàn)或者從生活經(jīng)驗(yàn)和理論兩個(gè)方面，結(jié)合現(xiàn)有的知識(shí)進(jìn)行廣泛的猜想”。而在此過程中，教師可以通過學(xué)生提出的想法來判斷學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)掌握的熟練度，“理解到他們以后(實(shí)驗(yàn)中)可能遇到的一些問題”，對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程做到全面的掌握。如M老師還會(huì)根據(jù)學(xué)生的假設(shè)“制造一些認(rèn)知沖突”，以推進(jìn)教學(xué)進(jìn)行?？傮w上，老師們?cè)谠摥h(huán)節(jié)會(huì)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行有根據(jù)的猜想和假設(shè)，并對(duì)學(xué)生的表現(xiàn)做出反饋，以加強(qiáng)教學(xué)效果。

再以“設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制定方案”環(huán)節(jié)為例，受訪教師們往往會(huì)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行以達(dá)成實(shí)驗(yàn)?zāi)康臑榛A(chǔ)、理解實(shí)驗(yàn)原理為導(dǎo)向的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，并根據(jù)學(xué)生能力給出一些細(xì)節(jié)或者選項(xiàng)，“建議他們?nèi)ビ懻摲桨傅膬?yōu)劣，然后確定一個(gè)比較好的”。T老師指出：這一環(huán)節(jié)“涉及用物理的基本原理去設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，如果學(xué)生是對(duì)于原理理解特別到位，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)會(huì)特別清楚”。

受訪的優(yōu)秀教師在七個(gè)二級(jí)指標(biāo)范疇內(nèi)的表現(xiàn)與指標(biāo)展示的做法大致是吻合的，種種教學(xué)手段最終均指向培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。此外，縱觀訪談結(jié)果，受訪教師在指標(biāo)體系衡量下各環(huán)節(jié)表現(xiàn)可以用“普遍優(yōu)秀，個(gè)別突出”來形容，對(duì)不同的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，M老師指出：“受課時(shí)的限制會(huì)根據(jù)學(xué)生不同的收獲情況，加強(qiáng)某一實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)而相對(duì)淡化其他環(huán)節(jié)。”對(duì)于不同環(huán)節(jié)的側(cè)重并無高下之分，應(yīng)根據(jù)學(xué)生水平、課程目標(biāo)等實(shí)際情況而定。

3 中學(xué)物理探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)課例分析

筆者對(duì)全國(guó)各地的三十五節(jié)中學(xué)物理課例錄像進(jìn)行了分析，運(yùn)用指標(biāo)體系評(píng)估教師在探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中各個(gè)環(huán)節(jié)的表現(xiàn)，得到如表2所示的結(jié)果。

表2

為方便展示，將表格中各三級(jí)指標(biāo)由從低到高的級(jí)別以1到4賦值，并分別計(jì)算各二級(jí)指標(biāo)中級(jí)別1到4的平均出現(xiàn)頻次及時(shí)間的總和(如圖1)。由圖1可知，物理教師在中學(xué)課堂運(yùn)用探究實(shí)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué)時(shí)，各環(huán)節(jié)的表現(xiàn)評(píng)價(jià)主要集中于1、2級(jí)，出現(xiàn)級(jí)別3的情況很少，沒有出現(xiàn)過級(jí)別4。這說明教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中往往將自身放在知識(shí)傳遞者而非學(xué)生學(xué)習(xí)引導(dǎo)者的位置上，這對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神、實(shí)踐創(chuàng)新等核心素養(yǎng)是不利的。

圖1

由表2可看出：在四個(gè)一級(jí)指標(biāo)中，“問題”環(huán)節(jié)每節(jié)課平均出現(xiàn)1.06次，用時(shí)1.53分鐘，其包含的兩個(gè)二級(jí)指標(biāo)“提出科學(xué)問題”“形成猜想和假設(shè)”在每節(jié)課中的平均次數(shù)均小于1次。在分析的課例中，不少教師往往把兩個(gè)環(huán)節(jié)混為一談，在提出問題后，沒有引導(dǎo)學(xué)生對(duì)結(jié)果做出假設(shè)便直接開始實(shí)驗(yàn)，或在講解實(shí)驗(yàn)條件后直接給出實(shí)驗(yàn)方案和可能的結(jié)果。引導(dǎo)學(xué)生“提出問題”“形成猜想和假設(shè)”是實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的初始環(huán)節(jié)，這一環(huán)節(jié)的模糊不清，往往會(huì)導(dǎo)致學(xué)生不能明了實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，可能做完?shí)驗(yàn)之后還是懵懵懂懂的。

一級(jí)指標(biāo)中“解釋”環(huán)節(jié)平均出現(xiàn)2.62次，用時(shí)5.05分鐘，其用時(shí)甚至大于其他一級(jí)指標(biāo)平均時(shí)間的總和，更大于“證據(jù)”環(huán)節(jié)的2.80分鐘/節(jié)。教師在“解釋”環(huán)節(jié)用時(shí)較長(zhǎng)，說明教師格外注重學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的解釋和結(jié)論的分析，但若過于注重實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，會(huì)忽視學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作能力等的培養(yǎng)。[6]

一級(jí)指標(biāo)中“交流與合作”環(huán)節(jié)的平均頻次僅有0.06次/節(jié)，在35節(jié)課例中僅出現(xiàn)2次。引導(dǎo)學(xué)生撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告以總結(jié)和反思實(shí)驗(yàn)過程是十分重要的，課程標(biāo)準(zhǔn)在對(duì)于學(xué)生的學(xué)業(yè)要求中明確提到學(xué)生應(yīng)能夠撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。只有引導(dǎo)學(xué)生不斷反思、研究實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題，才能真正培養(yǎng)學(xué)生的探究能力，提升學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，[6]要求學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)報(bào)告的形式對(duì)科學(xué)探究過程和結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)、反思及交流是十分有必要的。

總的來看，教師在課堂中運(yùn)用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué)時(shí)，存在的不足之處有：

(1) 對(duì)教師課堂引導(dǎo)者的定位不夠明確；

(2) 提出問題、做出假設(shè)兩環(huán)節(jié)經(jīng)常出現(xiàn)混淆或缺失的情況；

(3) 在“解釋”環(huán)節(jié)的用時(shí)過長(zhǎng)；

(4) 對(duì)“交流與合作”環(huán)節(jié)不夠重視。

基于上述不足之處及優(yōu)秀教師訪談內(nèi)容，針對(duì)教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的做法，筆者提出以下建議：

(1) 引導(dǎo)學(xué)生自主思考實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，做好課堂的引導(dǎo)者；

(2) 明確實(shí)驗(yàn)中提出問題、形成猜想和假設(shè)兩個(gè)環(huán)節(jié)，使學(xué)生對(duì)問題和假設(shè)有明確的認(rèn)識(shí)；

(3) 根據(jù)實(shí)際教學(xué)情況，調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)教學(xué)側(cè)重點(diǎn)與各二級(jí)指標(biāo)占用時(shí)間；

(4) 重視“交流與合作”環(huán)節(jié)。