摘 要：問題解決是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的教學(xué)途徑，核心素養(yǎng)的缺失能在問題解決中凸顯.理解物理核心素養(yǎng)的構(gòu)成要素，按照“問題呈現(xiàn)—素養(yǎng)缺失表現(xiàn)—素養(yǎng)缺失診斷”的研究路徑，診斷學(xué)生的知識(shí)素養(yǎng)缺失、思維素養(yǎng)缺失，經(jīng)歷素養(yǎng)缺失和科學(xué)態(tài)度素養(yǎng)缺失.

關(guān)鍵詞：問題解決;物理核心素養(yǎng);素養(yǎng)缺失;診斷

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1008-4134（2021）03-0017-04

作者簡介：劉權(quán)（1980-），男，江蘇蘇州人，碩士，中學(xué)高級(jí)教師，研究方向：高中物理學(xué)科教學(xué).

1 物理核心素養(yǎng)的構(gòu)成要素

物理核心素養(yǎng)是學(xué)生在接受物理教育過程中逐步形成的適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力，是學(xué)生通過物理學(xué)習(xí)內(nèi)化的帶有物理學(xué)科特性的品質(zhì)，主要由物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四個(gè)方面的要素構(gòu)成，見表1.

2 問題解決和核心素養(yǎng)的關(guān)系

關(guān)于核心素養(yǎng)的內(nèi)涵和結(jié)構(gòu)，李藝等提出了一個(gè)三層架構(gòu)：第一層是“雙基”，以基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能為核心;第二層是“問題解決”，以解決問題過程中所獲得的基本方法為核心;第三層是“學(xué)科思維”，指在系統(tǒng)的學(xué)科學(xué)習(xí)中通過體驗(yàn)、認(rèn)識(shí)及內(nèi)化等過程逐步形成的相對(duì)穩(wěn)定的思考問題、解決問題的思維方法和價(jià)值觀[1].崔允漷教授強(qiáng)調(diào)核心素養(yǎng)中的關(guān)鍵能力是指在真實(shí)、復(fù)雜情境中的問題解決能力.問題解決是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的教學(xué)途徑.學(xué)生解決問題的過程其實(shí)就是學(xué)生提取頭腦中的物理觀念，運(yùn)用科學(xué)思維構(gòu)建模型、推理論證、質(zhì)疑批判，并通過科學(xué)探究收集證據(jù)、合作交流、解釋假設(shè)，交織著科學(xué)態(tài)度與責(zé)任心的過程.

3 問題解決的核心素養(yǎng)缺失診斷

3.1 知識(shí)素養(yǎng)缺失診斷

3.1.1 問題呈現(xiàn)

例題1 如圖1所示，重力大小為G的物體靜止在水平面上，要求建立直角坐標(biāo)系，求物體受到的支持力大??？

例題2 如圖2所示，演員正在進(jìn)行雜技表演，由圖估算出他將1枚雞蛋拋出的過程中對(duì)雞蛋所做的功？

3.1.2 素養(yǎng)缺失表現(xiàn)

題1中，學(xué)生建立如圖1的直角坐標(biāo)系，根據(jù)合力等于0，其表達(dá)式為：G-N=0，學(xué)生沒有考慮力的矢量性，矢量觀念缺失，正確的表達(dá)式為：N-G=0.

題2是典型的原始物理問題，由于沒有給出解題的物理量，沒有設(shè)定特定的物理模型，也沒有明確考查的物理規(guī)律和方法[2]，有相當(dāng)一部分學(xué)生不能把雞蛋的運(yùn)動(dòng)抽象成豎直上拋運(yùn)動(dòng)（或斜上拋運(yùn)動(dòng)），不能使用功能關(guān)系（或動(dòng)力學(xué)方法）來處理運(yùn)動(dòng)過程.甚至有不少學(xué)生不知道一枚雞蛋的質(zhì)量，也不會(huì)估計(jì)雞蛋上升的最大高度.

3.1.3 素養(yǎng)缺失診斷

物理具體知識(shí)充實(shí)、發(fā)展著物理基本觀念的內(nèi)涵，它們是形成物理觀念的基礎(chǔ)和源泉.物理基本觀念包括知識(shí)類的基本觀念、方法類的基本觀念和情意類的基本觀念[3].上述問題解決是學(xué)生物理觀念缺失的著力證明.

知識(shí)是形成學(xué)科素養(yǎng)的載體.學(xué)生的“自主建構(gòu)、意義生成”對(duì)知識(shí)素養(yǎng)的培養(yǎng)尤為重要.學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)新知識(shí)（特別是與生產(chǎn)生活相關(guān)的有生命力的知識(shí)），能動(dòng)地把知識(shí)融入自身的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，形成系統(tǒng)的知識(shí)網(wǎng)絡(luò).所謂知從識(shí)中來，識(shí)從悟中來，一切知識(shí)唯有成為學(xué)生探究和實(shí)踐的對(duì)象時(shí)，學(xué)習(xí)過程才有可能成為知識(shí)素養(yǎng)發(fā)展的過程.

3.2 思維素養(yǎng)缺失診斷

3.2.1 問題呈現(xiàn)

例題3 如圖3所示，豎直放置的等螺距螺線管高為h，該螺線管是用長為L的硬質(zhì)直管（內(nèi)徑遠(yuǎn)小于h）彎制而成.一光滑小球從上端管口由靜止釋放，求小球運(yùn)動(dòng)到底端的時(shí)間？

例題4 如圖4所示，細(xì)線的一端固定于傾角為45°的光滑斜面體的頂端P處，細(xì)線的另一端拴一質(zhì)量為m的小球.求當(dāng)斜面體以a=2g的加速度向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，斜面對(duì)小球的支持力大??？

3.2.2 素養(yǎng)缺失表現(xiàn)

例題3中，螺線管模型為非常見模型，學(xué)生認(rèn)知上出現(xiàn)困難，甚至無從下手.更不用說，能運(yùn)用物理方法（等效法）來簡化這個(gè)問題.若學(xué)生能將小球的螺旋線運(yùn)動(dòng)等效成小球沿高度為h、長度為 L的斜面運(yùn)動(dòng)（如圖3），這個(gè)問題便迎刃而解.

例題4中，小球與斜面模型為常見模型，學(xué)生認(rèn)知上易接受.幾乎所有學(xué)生都能運(yùn)用牛頓第二定律得到支持力FN=-2mg2.遺憾的是，學(xué)生缺乏驗(yàn)證答案的意識(shí)，沒有學(xué)生對(duì)結(jié)果的合理性作出判斷并提出質(zhì)疑、修正.

3.2.3 素養(yǎng)缺失診斷

傳統(tǒng)教育的痼疾，就在于教師過分看重知識(shí)的傳遞而輕視思維能力的培養(yǎng).知識(shí)被誤解為教育的目的，取代了“問題解決”.教育應(yīng)該為思維而教，教會(huì)學(xué)生思維，學(xué)會(huì)解決問題[4].物理問題解決由思維品質(zhì)、物理知識(shí)、物理科學(xué)方法共同起作用.學(xué)生通過對(duì)科學(xué)方法的不斷了解、積累和熟練，能形成一種借助于科學(xué)方法獲取物理知識(shí)的心理定式.還可以產(chǎn)生一種對(duì)問題的敏感性，并能夠用科學(xué)方法迅速地抓住問題的要害，找出解決問題的途徑[5].思維品質(zhì)是問題解決的基礎(chǔ)與起點(diǎn)，并且先有思維品質(zhì)的參與，然后才是物理知識(shí)和物理方法的參與.培養(yǎng)思維品質(zhì)是發(fā)展智力、提高教育質(zhì)量的有效途徑[5].

雖然“等效法”只是科學(xué)方法中的一種，卻能反映學(xué)生運(yùn)用科學(xué)方法的意識(shí)淡薄.教師對(duì)科學(xué)方法教育的不重視是學(xué)生思維素養(yǎng)缺失的原因之一：教師缺乏有針對(duì)性的顯化科學(xué)方法，也不引導(dǎo)學(xué)生在規(guī)律中滲透方法、過程中模仿方法、實(shí)驗(yàn)中體驗(yàn)方法、運(yùn)用中理解方法[6].學(xué)生的不自主是學(xué)生思維素養(yǎng)缺失的原因之二：學(xué)生沒有主動(dòng)建構(gòu)科學(xué)方法，理解上也不深刻;不能外化建構(gòu)科學(xué)方法，應(yīng)用中不自覺.

雖然“批判性”思維只是思維品質(zhì)中的一種，卻能反映學(xué)生思維的低品質(zhì).只有具有優(yōu)秀思維品質(zhì)的教師才能培養(yǎng)出優(yōu)秀品質(zhì)的學(xué)生，教師通過示范作用精選情境問題，以自己的思維火花去點(diǎn)燃學(xué)生的思維之火.教師頻繁地展現(xiàn)思維的過程與成功的結(jié)果，學(xué)生耳濡目染，深受啟迪，收獲了思維的種子，模仿教師思考的方式，摒棄不質(zhì)疑的心智習(xí)慣，感受“我思故我在”的意境，最終趨向批判自覺.

3.3 經(jīng)歷素養(yǎng)缺失診斷

3.3.1 問題呈現(xiàn)

例題5 如圖5所示，桿子OA通過輕繩AB和鉸鏈固定在豎直墻上，輕繩AB與水平方向成θ角.在A端掛上物體，物體重力大小為G，整個(gè)裝置處于靜止?fàn)顟B(tài)，桿子水平.求輕繩AB的拉力大?。?/p>

例題6 如圖6所示，a、b都是很輕的鋁環(huán)，a環(huán)是閉合的，b環(huán)是不閉合的.a、b環(huán)都固定在一根可以繞O點(diǎn)自由轉(zhuǎn)動(dòng)的水平細(xì)桿上，此時(shí)整個(gè)裝置靜止，現(xiàn)在使磁體一端靠近b環(huán)，請(qǐng)利用電磁感應(yīng)的相關(guān)知識(shí)判斷b環(huán)會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？

3.3.2 素養(yǎng)缺失表現(xiàn)

例題5中，大部分學(xué)生展現(xiàn)的思維過程是：先對(duì)A結(jié)點(diǎn)受力分析，認(rèn)為桿子對(duì)A的彈力水平向右，再運(yùn)用力的正交分解法（或力的合成法）得到答案.這是典型的思維負(fù)遷移.學(xué)生沒有留意題目對(duì)桿子的描述，桿子是輕桿嗎？帶鉸鏈的輕桿對(duì)A的彈力方向水平向右.如果桿子質(zhì)量不能忽略，思維過程便截然不同，學(xué)生需運(yùn)用力矩平衡的方法來解決問題.

例題6中，學(xué)生的預(yù)期是b環(huán)仍靜止不動(dòng)，因?yàn)閎環(huán)不閉合，當(dāng)磁體靠近時(shí)，b環(huán)內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電流.而實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象卻超出預(yù)期，磁體在靠近b環(huán)時(shí)，b環(huán)竟然遠(yuǎn)離了磁體.雖然學(xué)生的認(rèn)知平衡被打破，但大部分學(xué)生沒有嘗試著去解釋現(xiàn)象.即使少部分學(xué)生猜測(cè)產(chǎn)生這種差異現(xiàn)象的原因是b環(huán)中出現(xiàn)了感應(yīng)電流，遺憾的是，他們沒有進(jìn)一步采取行動(dòng)去求證.

3.3.3 素養(yǎng)缺失診斷

學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)和方法，除了由外而內(nèi)的“輸入”外，更重要的是由內(nèi)而外的“生長”. 學(xué)生的獨(dú)立思考和過程體驗(yàn)恰好搭起了“輸入”和“生長”之間的認(rèn)知橋梁.

無論是物理概念的建立、規(guī)律的探究，還是物理二級(jí)結(jié)論的獲得都應(yīng)該突出研究的過程性.教師通過揭示物理學(xué)家的思維過程，展示自己的思維過程，暴露學(xué)生的思維過程，來解決結(jié)論“怎么來”的問題.假如學(xué)生經(jīng)歷了結(jié)論生成的過程，理解了桿子的特性：“桿子提供的彈力不一定沿著桿子方向，但帶鉸鏈的輕桿提供的彈力一定沿桿子方向”，相信學(xué)生審題時(shí)，必定留意桿子的信息（輕桿嗎？帶鉸鏈嗎？）.

教材中的探究實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生具有良好的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，具有一定的實(shí)驗(yàn)操作技能和數(shù)據(jù)生成能力.學(xué)生通過合作探究都能完成任務(wù).而更多的課外探究對(duì)學(xué)生素養(yǎng)有更高的要求，當(dāng)學(xué)生掌握的知識(shí)不能夠提供依據(jù)時(shí)，學(xué)生的探究就會(huì)停滯不前，這是學(xué)生經(jīng)歷素養(yǎng)缺失的一個(gè)顯著特征.假如學(xué)生經(jīng)歷過一些課外探究，掌握了研究的一般步驟和常用的研究方法，相信學(xué)生的經(jīng)歷素養(yǎng)會(huì)提高，學(xué)生不至于會(huì)出現(xiàn)例題6中的尷尬：不知道用網(wǎng)絡(luò)檢索的方法去自主學(xué)習(xí)“金屬中出現(xiàn)渦流”的知識(shí).

3.4 科學(xué)態(tài)度素養(yǎng)缺失診斷

3.4.1 問題呈現(xiàn)

例題7 如圖7所示，在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，所用電源的頻率為50Hz.某同學(xué)選擇了一條理想的紙帶（如圖8），用刻度尺測(cè)得各計(jì)數(shù)點(diǎn)到O點(diǎn)的距離（單位：mm），圖中O點(diǎn)是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的第一個(gè)點(diǎn)，A、B、C、D、E分別是每打兩個(gè)點(diǎn)取出的計(jì)數(shù)點(diǎn).重錘的質(zhì)量為1.0kg，g=9.8m/s2，請(qǐng)?zhí)幚砑垘?shù)據(jù)，驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律？（動(dòng)能和勢(shì)能的結(jié)果保留三位有效數(shù)字）

3.4.2 素養(yǎng)缺失表現(xiàn)

實(shí)驗(yàn)操作方面：一些學(xué)生沒有考慮到重物釋放后，會(huì)對(duì)接觸面產(chǎn)生較大的撞擊，沒有做一些保護(hù)措施（如在接觸面上放上一本書）.一些學(xué)生完成一次紙帶打點(diǎn)后，并沒有立即關(guān)閉打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源.以上兩件事，有些學(xué)生注意到了，給出了建議，可他們卻無所謂，一意孤行.

數(shù)據(jù)處理方面：學(xué)生研究紙帶上的OB段，計(jì)算打B點(diǎn)時(shí)重物的速度大小.有的學(xué)生計(jì)算出的結(jié)果為19.4375m/s（正確答案為1.94375m/s）.學(xué)生在計(jì)算打B點(diǎn)時(shí)重物減小的重力勢(shì)能時(shí)，隨意地將題目中g(shù)=9.8m/s2近似為g=10.0m/s2來處理數(shù)據(jù);學(xué)生在計(jì)算打B點(diǎn)時(shí)重物增加的動(dòng)能時(shí)，隨意地將題目中v=1.94375m/s近似為v=1.94m/s來處理數(shù)據(jù).

結(jié)論生成方面：研究紙帶上的OB段、OC段、OD段的學(xué)生都有，得到了三組（v，h）數(shù)據(jù)，教師要求學(xué)生將這些數(shù)據(jù)整合，利用簡潔直觀的數(shù)據(jù)處理方法來完成實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證.課的尾聲，學(xué)生提出可以建立v/h直角坐標(biāo)系，描點(diǎn)畫圖，根據(jù)圖線來驗(yàn)證.遺憾的是，課后沒有學(xué)生描點(diǎn)畫圖來求證自己的觀點(diǎn).

3.4.3 素養(yǎng)缺失診斷

素養(yǎng)是知識(shí)、技能、態(tài)度的超越和統(tǒng)整.素養(yǎng)=（知識(shí)+技能）態(tài)度，若態(tài)度為正值，知識(shí)和技能皆會(huì)產(chǎn)生乘數(shù)效應(yīng)或者放大效應(yīng);若態(tài)度為負(fù)值，知識(shí)和技能皆會(huì)產(chǎn)生縮小效應(yīng)甚至出現(xiàn)負(fù)面效果.在素養(yǎng)的“冰山模型”中，知識(shí)、技能裸露在水面以上的表層部分，是容易測(cè)量的，也是可以通過針對(duì)性教育或培訓(xùn)習(xí)得的;而態(tài)度則潛藏于水面以下，不易觀察與測(cè)量[7].

實(shí)驗(yàn)操作方面：學(xué)生的操作行為反映出他們?nèi)狈圩o(hù)公物和節(jié)約能源的意識(shí)，學(xué)生不聽同伴的勸告，無所謂的態(tài)度，反映了學(xué)生情感的冷漠、合作意識(shí)的缺乏.

數(shù)據(jù)處理方面：學(xué)生只會(huì)機(jī)械地運(yùn)算，不顧及數(shù)據(jù)的意義，實(shí)驗(yàn)中重物的速度能達(dá)到19m/s嗎？由此凸顯出學(xué)生缺失科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性.學(xué)生一味地追求計(jì)算方便，隨意地四舍五入減少有效數(shù)字，同樣反映學(xué)生責(zé)任意識(shí)的淡薄和缺乏實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度.

結(jié)論生成方面：學(xué)生沒有實(shí)證素養(yǎng)，對(duì)自己觀點(diǎn)的正確與否不關(guān)心，對(duì)自己和學(xué)科都不負(fù)責(zé)任.其實(shí)教師希望學(xué)生能結(jié)合v/h圖線，質(zhì)疑v/h圖線并不能反映v∝h的關(guān)系，也許是v∝h13、v∝h14……的關(guān)系，通過思維的碰撞最終選擇v2/h圖線來驗(yàn)證.這樣做不僅能培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，也能培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，感受科學(xué)思維的魅力，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的效能感.態(tài)度是內(nèi)隱的，而壞習(xí)慣卻是頑固的，教師必須重視和顯化科學(xué)態(tài)度教育，讓學(xué)生理解其價(jià)值，要求學(xué)生在活動(dòng)中反復(fù)地自我教育，讓科學(xué)素養(yǎng)回歸.

4 教學(xué)啟示

教師的導(dǎo)學(xué)旨在學(xué)生的發(fā)展，即學(xué)生知識(shí)的增加、思維的深入、精神的豐富.教師通過示范導(dǎo)學(xué)，展露自身素養(yǎng)，以自己的思維火花去點(diǎn)燃學(xué)生的思維之火，以自己的高尚人格去感染學(xué)生的人格.教師應(yīng)設(shè)計(jì)問題情境化、知識(shí)生活化，幫助學(xué)生將知識(shí)概括提煉成物理觀念，提高學(xué)生知識(shí)素養(yǎng);教師應(yīng)以原始問題為內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，顯化科學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生思維品質(zhì).依托林崇德先生的“思維型”課堂教學(xué)理論，強(qiáng)調(diào)誘發(fā)思維動(dòng)機(jī)為特征的教學(xué)導(dǎo)入、以引發(fā)思維動(dòng)力為特征的教學(xué)過程、以思維監(jiān)控為特征的教學(xué)反思和以抽象概括為特征的應(yīng)用遷移[8].借用吳加澍老師的“稚化思維、延遲判斷、認(rèn)知沖突”的教學(xué)策略，增強(qiáng)教學(xué)藝術(shù)性，提高學(xué)生思維素養(yǎng);教師應(yīng)放慢教學(xué)節(jié)奏，走好關(guān)鍵性步子，揭示物理學(xué)家的思維過程，展示自己的思維過程，暴露學(xué)生的思維過程，引導(dǎo)學(xué)生理解問題本質(zhì)，提高學(xué)生的經(jīng)歷素養(yǎng);科學(xué)態(tài)度素養(yǎng)滲透在學(xué)習(xí)活動(dòng)中，需要教師由“潛”到“顯”的啟迪與強(qiáng)化，激發(fā)學(xué)生自我教育，具有科學(xué)精神和人文關(guān)懷，理解精神“行而上”的意義，更深刻地履行知行合一.

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（收稿日期：2020-10-29）