摘要：《普通高中物理課程標準（2017年版）》指出：課程實施的關(guān)鍵是基于物理核心素養(yǎng)的“物理觀念、科學思維、科學探究、科學態(tài)度與責任”四個維度，發(fā)展學生的關(guān)鍵能力、必備品格和價值觀。物理教學應(yīng)遵循物理教學規(guī)律，讓教學基于核心素養(yǎng)，立于元問題，引領(lǐng)學生思維進階，內(nèi)化物理觀念，發(fā)展科學思維，深度感悟探究，行于“做中學”，讓學習進入真實實踐。

關(guān)鍵詞：元問題;做中學;物理核心素養(yǎng)

中圖分類號：G633.7 文獻標志碼：A 文章編號：1673-9094（2019）04A-0018-06

《普通高中物理課程標準（2017年版）》指出：物理核心素養(yǎng)主要包含物理觀念、科學思維、科學探究、科學態(tài)度與責任四個維度，其中物理觀念代表知識的內(nèi)化，是其他核心素養(yǎng)的基礎(chǔ);科學思維和科學探究是關(guān)鍵能力;科學態(tài)度和責任是必備品格?！镀胀ǜ咧形锢碚n程標準（2017年版）》一經(jīng)發(fā)布，就引起一線教師的廣泛關(guān)注，中學生學物理學什么？讓中學生怎樣學物理？怎樣讓中學生學物理？中學生學習物理的路徑是怎樣的？如何實現(xiàn)學科教學的知識技能目標走向三維目標達成，最終走向發(fā)展學生學科核心素養(yǎng)？等新舊問題再一次被推到前臺。筆者基于近10年的學科實證研究和近30年的一線教育經(jīng)驗總結(jié)認為：廣大物理教師必須用追問反思來引領(lǐng)教學實踐，基于物理學科特點，以認知科學理論、學習進階理論和學習路徑分析為指導(dǎo)，從認知理論、物理思維論、教學論、方法論、多元智能理論、實驗論和課程論的視角，對學生物理學科的關(guān)鍵能力形成和必備品格培養(yǎng)進行系統(tǒng)思考，在行動和實證研究中，分析研究物理教學的核心要素，糾正教學行為偏差，追尋物理教學規(guī)律，讓教學基于核心素養(yǎng)，立于抽象問題、原始問題、元問題引導(dǎo)思維進階，以內(nèi)化形成物理觀念，深化發(fā)展科學思維，深度感悟科學探究，行于“做中學”探究，讓學習進入真實實踐，實現(xiàn)物理學習方式和學習行為的最優(yōu)化。

一、立足“元問題”思考，培養(yǎng)學生物理核心素養(yǎng)

基于物理核心素養(yǎng)的教學，教師必須深刻理解“物理觀念”“科學思維”“科學探究”“科學態(tài)度與責任”是對物理教學的綱領(lǐng)性要求?！拔锢碛^念”是對物理現(xiàn)象的基本認識，是學習物理概念與規(guī)律后形成的具有穩(wěn)定心理特征的認知結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)化認知可以讓學生在遇見需要解決的真實的問題時，能與所學的物理知識與技能進行迅速匹配，從而快速地找到問題解決的路徑和方法。即當學生的物理觀念形成后，學生能正確理解物理概念和規(guī)律，會對概念和規(guī)律深信不疑，懂得用物理的方法對概念和規(guī)律進行應(yīng)用遷移。“科學思維”是物理學習與探究所需要的模型抽象、分析綜合、推理論證、質(zhì)疑批判等認知方式或思維方式，教學就要構(gòu)建學習內(nèi)容中與模型抽象、分析綜合、推理論證、質(zhì)疑批判等四個維度相匹配的思維（問題、實驗等）載體，為教學鋪設(shè)清晰的思維進階路徑，讓學生在不同的實際情境過程中思考與應(yīng)用?！翱茖W探究”是指對一個現(xiàn)象進行研究的能力，是一種研究問題的程序與過程，如提出問題和假說，設(shè)計驗證方案，依據(jù)證據(jù)來驗證假說，得出符合邏輯與證據(jù)的結(jié)論等，教學中要搭建指向問題、證據(jù)、解釋與交流等探究活動的平臺，使教學能體現(xiàn)探究程序與過程?！翱茖W態(tài)度與責任”是指在探究科學的學習過程中，對科學本質(zhì)等形成基本認識態(tài)度和社會責任感[1]。綜上所述：物理觀念代表知識的內(nèi)化，是其他核心素養(yǎng)的基礎(chǔ);科學思維和科學探究是關(guān)鍵能力;科學態(tài)度和責任是必備品格。

1.對關(guān)鍵能力與必備品格的再認識

華東師范大學崔允漷教授在研究世界各國及相關(guān)國際組織關(guān)于核心素養(yǎng)的定義的基礎(chǔ)上，對“核心素養(yǎng)”做了這樣的界定：個體在知識經(jīng)濟、信息化時代面對復(fù)雜的、不確定性的現(xiàn)實生活情境時，運用所學的知識、觀念、思想、方法，解決真實的問題所表現(xiàn)出來的關(guān)鍵能力與必備品格。對物理學科核心素養(yǎng)而言，就是學生在物理學科學習后形成的一種行為習慣和思維慣性，外在行為表現(xiàn)出來的就是物理學科的關(guān)鍵能力與必備品格，它是相互依存的，并且交織在一起，如批判性思維、創(chuàng)造力、主動性、解決問題、風險評估、決策和建構(gòu)性的感情管理等。

為了一致地描述關(guān)鍵能力和必備品格在物理教學和學習環(huán)境中的作用，可從知識創(chuàng)造、技能獲取和態(tài)度培養(yǎng)三個不同的教學和學習視角表達。在建構(gòu)主義領(lǐng)域，知識的創(chuàng)造被理解為一個過程。在這個過程中，學生作為行為的實體，總是在原有經(jīng)驗知識的基礎(chǔ)上學習。他們擁有大量直接參與學習物理學的知識要素（日常概念），但往往都是經(jīng)驗性的、零碎的或片面的，需要廣泛重建他們的直覺知識才能創(chuàng)造出新的系統(tǒng)知識“建筑”（科學概念）。知識創(chuàng)造是知識的重建，它一定是在一個特定物理問題情境中發(fā)生的，讓學生經(jīng)歷從日常概念到科學概念的建構(gòu)認知發(fā)展進階過程，才會對物理概念的意義和含義有深層理解。獲得技能的流程與知識有明顯的聯(lián)系，技能發(fā)展也與物理內(nèi)容密切相關(guān)，當學生對概念獲得更深層次的理解時，他們就會運用實用技能并能將所學知識遷移至真實情境。如學生在獲取加速度測量的實驗技能時，學生依據(jù)對瞬時速度的深層理解，并根據(jù)問題情境，運用已有知識（微元法或極限定義法）制訂探究計劃，選擇符合情境要求的方案，即利用打點計時器或光電門實驗裝置進行實驗，獲取客觀、真實的數(shù)據(jù)，通過對數(shù)據(jù)的分析，利用加速度定義或速度—時間圖像得出結(jié)論。在這里獲得技能的探究方法是符合建構(gòu)主義理論的。伴隨著創(chuàng)造知識和獲得技能的過程，學生認知科學的熱情和方式也得到了發(fā)展，促進了態(tài)度培養(yǎng)和價值觀的形成。

2.用元問題提高學生的問題水平和思維能力

物理學是一門實驗科學，觀察和實驗是獲取物理思維材料的重要手段，但如果觀察和實驗不引出物理問題，決不會導(dǎo)致探索和研究過程。如德國物理學家倫琴在（1895年11月8日）獲得X射線照片底板之前，美國物理學家古德斯比德和英國克魯克斯就早已（1890年2月22日）獲得，雖然他們都遇到了同樣現(xiàn)象，但后者并未從觀察到的物理事實中引出物理問題，這一從他們眼前閃過的“新事實”也就不能引起他們的研究。而倫琴則分析了“新事實”和舊理論間的矛盾沖突，引出了問題，并對此做出了研究，發(fā)現(xiàn)了X射線。這一事實啟發(fā)人們：物理學的研究始于問題，“問題”是點燃思維的火種，正如杜威所說“思維的過程是一種事件的序列鏈，這一發(fā)展過程從反思開始移動到探究，再到批判性思維，最后得到比個人信仰和想象更為具體的‘可以證實的結(jié)論。思維不是自然發(fā)生的，但是它一定是由‘難題和疑問或‘一些困惑、混淆或懷疑引發(fā)的。觀察者‘手頭的數(shù)據(jù)不會提供解決方案，它們僅僅能夠給人啟示;而正是對‘解決方案的需要，維持和引導(dǎo)著反思性思維的整個過程;問題的本質(zhì)決定了思考的結(jié)果，思考的結(jié)果控制著思維的過程。” [2]

問題始于思維，思維的發(fā)生就是反思—問題生成—探究、批判—解決問題的過程。立于問題又能促使思維向深度發(fā)展，“問題”是“思維”的載體，是培養(yǎng)“比較—概括—抽象”“分析—評價—創(chuàng)造”等深度思維的土壤，讓學生在高層次認知水平上，觸發(fā)發(fā)展高階思維驅(qū)動力[3]。

物理學的研究始于問題，物理教學也應(yīng)始于問題，針對物理問題對學生認知投入動機的激發(fā)、學生的元認知策略（包括完成任務(wù)時對目標的設(shè)定、計劃、監(jiān)控、評價以及對過程采取的必要的調(diào)整）、意志策略（指的是對注意的控制、影響的控制及努力地控制）調(diào)動的不同，可將物理教學中的物理問題概述為抽象問題、原始問題和元問題三類?！俺橄髥栴}”通常是指教學中學生所面對的大多數(shù)是教師通過對實際（原始）問題的合理分解、簡化和抽象后形成的“問題”。這類“抽象問題”往往是為鞏固物理概念、規(guī)律而人為加工出來的，與實際（原始）問題相距甚遠?；谶@種“抽象問題”的物理教學，只是為了鞏固雙基知識而設(shè)置的“記憶—理解—應(yīng)用”層級的問題，屬于低階思維能力的問題，不利于促進思維向深度發(fā)展和激勵學生的創(chuàng)新思維，更不利于培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題和轉(zhuǎn)化問題的創(chuàng)新能力?！霸紗栴}”是指自然界及社會生活、生產(chǎn)中未被抽象加工的典型現(xiàn)象問題。它具有以下特點：“是對現(xiàn)象的描述，沒有對現(xiàn)象做任何程度的抽象;基本是文字的描述，通常沒有任何已知條件，其中隱含的變量、常量等需要學生自己去設(shè)置;沒有任何示意圖，解決問題所需要的圖像需要學生自己畫出;對學生來說不是常規(guī)的，不能靠簡單的模仿來解決;來自真實生活情境;具有趣味和魅力，能引起學生的思考、向?qū)W生提出智力挑戰(zhàn)?！盵4]基于“原始問題”的物理教學，因面對的是真實的問題情境，需要學生更多的認知參與，需要他們自主調(diào)動分析、綜合、評價、創(chuàng)新等高階思維活動，可以幫助學生表征知識，了解知識技能的應(yīng)用情境，讓學生嘗試解決真實世界問題、完成真實情境任務(wù)，經(jīng)歷日常概念到科學概念建構(gòu)的認知發(fā)展進階過程，從而對概念的理解更深刻，發(fā)展更高的認知加工水平和高階思維能力?！霸獑栴}”是比普通問題（抽象問題和原始問題）進一層，通常涉及價值論、方法論層面的問題，是最根本、層次最高的問題，即為能引起問題的問題。正如物理學家理查德·費恩曼在打油詩所述問題：“我想知道這是為什么，我想知道為什么我想知道這是為什么，我想知道究竟為什么我非要知道我為什么想知道這是為什么”。在問題教學中引入元問題，就是利用以“問”引“問”策略設(shè)置“問題情景”，將“情景串”變成“問題串”，用元問題啟發(fā)學生問題思考的方向，不斷追問“問題”，激發(fā)認知的原動力，激活學生的思維。正如魯利亞所說：“在人有適當?shù)膭訖C而使課題變得迫切了，并且它的解決成為必要的了;當人要從他所處的情境中走出來，而又沒有現(xiàn)成的（先天的或習慣的）解決辦法時，只有在這種場合思維才出現(xiàn)?！盵5]元問題將會最大限度激發(fā)深度學習動機并維持認知投入，更大程度地提高學生認知投入的質(zhì)量，提升思維品質(zhì)的深刻性、獨創(chuàng)性、批判性和靈活性。

綜上所述，物理教學指向核心素養(yǎng)，基于抽象問題、面向原始問題、立于“元問題”，激發(fā)學生質(zhì)疑，給學生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題的機會，使學生既會“學”又會“問”，可避免單一抽象的問題教學。如“去兩頭重中間”，不能給學生提供真實的原始問題情境，只凸顯演算和推導(dǎo)過程，導(dǎo)致科學思維中直覺思維缺位。因此，讓“元問題”成為跟進發(fā)展物理學科的關(guān)鍵能力與必備品格的原動力、驅(qū)動力，用“元問題”引領(lǐng)學生內(nèi)化物理觀念、發(fā)展科學思維、實現(xiàn)科學探究、培養(yǎng)科學態(tài)度與責任，伴隨形成價值觀念，才是物理教學的核心要義。

二、行于“做中學”探究，讓學習進入真實實踐

物理學是基于觀察與實驗，建構(gòu)理想模型，應(yīng)用數(shù)學等工具，通過科學推理和論證，形成系統(tǒng)的理論體系和研究方法的一門自然科學領(lǐng)域的基礎(chǔ)學科。創(chuàng)設(shè)物理教學情境，讓學習進入真實實踐，對培養(yǎng)學生學科核心素養(yǎng)，發(fā)展學科關(guān)鍵能力、必備品格、價值觀念具有關(guān)鍵作用。如在物理規(guī)律的探究教學中，基于實驗資源創(chuàng)設(shè)情境，讓學生在情境中發(fā)現(xiàn)和提煉問題，對問題的可能答案做出假設(shè)（預(yù)測），并根據(jù)問題情境，運用已有知識制訂探究計劃，選擇符合情境要求的實驗資源進行實驗，獲取客觀、真實的數(shù)據(jù)，通過對數(shù)據(jù)的分析形成關(guān)于物理規(guī)律的結(jié)論。這與杜威《探究認識論》的內(nèi)核所提倡的探究相吻合，讓學生經(jīng)歷杜威所述的探究的幾個維度，即“由問題情境引發(fā)的‘解題需要（探究的動因），實驗性的‘親歷者認識論（探究的實質(zhì)），‘理智在場（探究的保障），‘思維五階段法（探究的模式），有根據(jù)的斷言（探究的結(jié)果）?！盵6]（如圖1）只有這樣的“做中學”，才能表現(xiàn)出具備“科學思維、科學探究”的“關(guān)鍵能力”，“有效思維的態(tài)度、融身實踐和個人發(fā)展與時代責任擔當”的“必備品格”，“尊重事實”的“價值觀念”。

1.“做中學”的界定

這里所謂的“做中學”是源于杜威（John Dewey）的“做中學”“原型”，發(fā)展于參與性認知、探究認識論這兩種教學思想。參與性認知認為，認知的獲得是認知者通過各種體驗活動與認知對象交互作用的結(jié)果，即基于個人的身體、經(jīng)驗、實踐、行動的參與以及情境、生活等互動基礎(chǔ)上生成知識的過程。認知是通過親歷參與而獲得的，知識就是一種參與行為，參與是一種認知手段。參與包括實驗參與、知識參與、道德參與和審美參與等。探究認識論認為，知識的對象是有指導(dǎo)的實驗操作所產(chǎn)生的后果，而不是充足存在于認知以前的東西，在物理教學中，主要體現(xiàn)為“探究是兒童對‘情境的探究，情境是兒童‘探究中的情境，知識是不斷被診斷的兒童活動的假設(shè)，三者統(tǒng)一于做中學?！盵7]“做中學”在于增進認知，也如杜威表述的“他怎樣獲得這種知識，這個問題為自然地學校教育方法提供了線索。這個答案就是，不是通過閱讀書本或傾聽關(guān)于火或事物性質(zhì)的說明，而是自己燒一下或自己吃東西，那就是做些事情?！?[8]也就是說，學習便是事件與兒童的相遇，學習的過程是兒童主動參與、積極探究的過程，“做”是手段，“學”既是目的也是過程，“做中學”便是參與性認知。“做中學”既可以看作是一種教學原則和教育理念，也可看作是一種教學內(nèi)容和方法，同時也是一個教育過程，其基本要義旨在以學生參與來架構(gòu)課程，以“親歷”經(jīng)驗的獲得為核心旨趣，在情境化的教學場域中，通過學生的各種“做”——觀察、實驗、探究、游戲等來組織實施教學。杜威的認識論是“探究認識論”，其學習觀是“探究學習觀”，從“做”中學、反思參與、理智指導(dǎo)等都是其內(nèi)涵的體現(xiàn)。

考慮到杜威對當代中國的巨大影響力，更要厘清我們所提倡的“做中學”，不是指追求淺薄興趣、偏重動手操作、放松學術(shù)標準等。如果是這樣，將會對物理教育帶來屏障，譬如：首先會給物理模型建構(gòu)帶來問題，因為生活中根本找不到“物體在不受外力影響的情況下，保持勻速直線運動”的實驗或?qū)嵗?，它只能通過伽利略斜面實驗加推理（即實驗+思維推理）來建構(gòu)。在教學中引領(lǐng)學生建模時，是無法通過實驗或?qū)嵗齺碇苯友菔净蛄信e實例說明，最多只能通過虛擬實驗（如用FLASH）模擬來豐富學生直觀思維素材。類似“勻速直線運動”這樣的簡化理想模型，在高中物理教學中還有很多，譬如質(zhì)點、彈簧振子、單擺、理想氣體、點電荷、勻強電場、理想變壓器、勻速直線運動、勻變速直線運動、平拋運動、勻速圓周運動、簡諧運動、彈性碰撞、等溫過程、絕熱過程等[9]。這些簡化的理想模型與實驗的真實情況大相徑庭，都需要“經(jīng)歷過程”“體會思維方式”，才能通過高度抽象思維做到“抽象”，學生才能認識物理模型在探索自然規(guī)律中的作用，實現(xiàn)對概念、規(guī)律的理解和把握。更為準確地講，筆者所提倡的“做中學”應(yīng)該擴展到杜威所提倡的“參與”，參與不僅僅強調(diào)行動，還強調(diào)思考，超越了“做”的范疇，著眼于關(guān)鍵能力、必備品格和價值觀念的教學統(tǒng)整。

2.“做中學”的運用

物理學是自然領(lǐng)域的一門基礎(chǔ)學科，研究自然界物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)、相互作用和運動規(guī)律。物理學基于觀察和實驗，物理模型的建立、物理概念的形成、物理規(guī)律的提出，物理學中許多重大的發(fā)現(xiàn)都是在觀察、實驗的基礎(chǔ)上進行思維的結(jié)果。在物理教學中，學生在對物理知識建構(gòu)之前往往已具備了一定的感性的前認知，只不過這些認知大多是純經(jīng)驗性、碎片化的，與科學概念表征之間仍然有一定距離。當教師以多種實驗資源為基礎(chǔ)，為學生創(chuàng)設(shè)真實的情境化學習和應(yīng)用環(huán)境，讓學生在特殊物理情境下對這些碎片知識進行解析、重構(gòu)，親歷物理問題的解決過程，并建構(gòu)相對完整的科學概念和觀念，這些重構(gòu)過程就為學生“做中學”勾勒出可能的學習路徑。這不僅遵從杜威教育思想，同時與皮亞杰的“發(fā)生認識論”、布魯納的“螺旋式的課程設(shè)計”、維果茨基的“最近發(fā)展區(qū)”和奧蘇貝爾的“有意義學習”理論觀點也是相統(tǒng)一，是對課程與教學論中“應(yīng)為學生設(shè)定怎樣的學習路徑”這一核心問題的回應(yīng)。學習路徑為學生提供學習圖景，刻畫出學生思維的發(fā)展過程，其課堂進階進程如圖2所示。學習進階的“進”是描述學生的認知發(fā)展方向，而“階”則是指發(fā)展過程中的關(guān)鍵點，也就是建立在進階變量基礎(chǔ)上的、學生認知發(fā)展的“腳踏點”。正是一個個連續(xù)的“階”將學習的起點和終點連接起來，形成學生在學習某一主題概念時，思維所遵循的連貫的、由簡單到復(fù)雜的、典型的學習路徑。幫助學習者找到認知發(fā)展過程中用于“踏腳”的具體“臺階”，為學習者的認知發(fā)展提供支撐，以進階為路徑實施教學，依循精心預(yù)設(shè)的“實驗之階”“問題之階”，可以快速甚至自發(fā)地讓學生觸景“生情”“生疑”“解惑”，提高學生“做中學”的效度，實現(xiàn)學生思維品質(zhì)的精致化發(fā)展，即讓學習進入真實實踐，實現(xiàn)學習的有效進階。

例如：進行《曲線運動的速度方向》教學時，依據(jù)圖2所示“做中學”課堂進階進程設(shè)計教學流程（如圖3），學生通過視頻觀察：（1）旋轉(zhuǎn)砂輪上的火星、觀察火星顆粒飛出;（2）鏈球運動，觀察飛出鏈球方向。激發(fā)問題：做曲線運動的物體運動速度是沿什么方向？為聚焦問題，設(shè)計演示實驗：向旋轉(zhuǎn)陀螺頂上滴紅墨水，觀察墨水飛出方向并描畫墨水飛出軌跡（為猜想提供依據(jù)）。通過觀察體驗提出猜想：曲線運動的速度方向可能沿曲線的切線方向（提出假設(shè)）。為了檢驗猜想，進一步設(shè)計實驗探究（設(shè)計可以任意改變長短的磁性塑條，實驗時可不斷改變磁性塑條長短，來改變沿磁性塑條做曲線運動的鼠標滾球出口位置，保留的磁性塑條位置示動，根據(jù)每次在鼠標滾球上涂上紅墨水標記，記錄實驗信息），分析現(xiàn)象得出：鋼球在任意曲線的導(dǎo)軌內(nèi)運動，離開導(dǎo)軌時沿切線方向飛出。同時理智理論分析，佐證得出結(jié)論，最后進行實踐關(guān)聯(lián)和實踐應(yīng)用。

整個教學過程是在落實“做中學”教學策略中發(fā)生的，學生的學習是進入真實實踐，行于“做中學”探究，親歷知識建構(gòu)過程;是在真實情境中發(fā)現(xiàn)和聚焦問題并引發(fā)“解題”需要;是在“親歷”實驗中獲取結(jié)論的。在這一“做中學”的知識建構(gòu)過程中，更為重要的是著眼于讓學生體驗把情境中的一段經(jīng)歷轉(zhuǎn)化為一個物理過程，進而把情境的故事情節(jié)轉(zhuǎn)化為某種物理現(xiàn)象，并把描述情境的文字轉(zhuǎn)化為具體的物理量，把情境中需要完成的工作轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的物理問題要求來表征，把問題中的實際情境轉(zhuǎn)化為解決問題的物理條件。正如杜威所言：“一切反省的探究都是從一個問題的情境出發(fā)的，而且這種情境不能用它本身來解決它自己的問題。只有把這個情境本身所沒有的材料引入這個情境之后，這個發(fā)生問題的情境才轉(zhuǎn)化而成為一個解決了問題的情境?！盵10]進而提高學生物理學科的關(guān)鍵能力和必備品格，同時伴隨內(nèi)化形成穩(wěn)定的物理觀念的“副產(chǎn)品”。

通過觀察、比較、分析、綜合、抽象、概括、判斷、推理、類比、歸納等物理思維方法，實施對實驗“階”引發(fā)沖突的問題“階”的思考，從而引領(lǐng)學生主動思維，促進學生靈感生成，培養(yǎng)科學思維。教學設(shè)計將知識融入實驗“階”的情景，情景隱含問題“階”，通過有效的設(shè)疑與引思，展開求知的生動過程，將“情景串”變成“問題串”，用一個個連續(xù)的實驗情境和問題“階”將學習的起點和終點連接起來。用問題“階”為學生思維定向，在真實實踐的情景中（做中學）激活學生的思維;用問題“階”幫助學生妙悟知識的真諦，用問題“階”對教與學進行及時診斷與反饋，基于物理學科特點，用實驗“階”激發(fā)“問題”，用問題“階”引領(lǐng)思維，使物理教學立于“元問題”，行于“做中學”，為學生深度學習物理鋪設(shè)有效的學習路徑。

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