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专稿 | 邢红军:物理学科核心素养:透视、商榷与重构
作者:邢红军   发表时间:2018-11-13

 

摘要

 

基于物理学科核心素养的历史沿革,透视与评介《普通高中物理课程标准》推出的物理学科核心素养。通过融合一般核心素养与物理学的学科特征,重新建构物理学科核心素养,涵盖四个层级八个维度:(1)物理知识与物理方法;(2)物理思维与物理技能;(3)物理思想与物理观念;(4)科学精神与人文精神。这不仅有助于澄清物理学科核心素养制订中存在的诸多理论问题,而且可以为中学物理教学践行物理学科核心素养培养提供有益启示。

 

关键词

物理学科核心素养;中学物理教育;中学物理课程;中学物理教学

 

 

201712月,《普通高中物理课程标准》颁布,物理学科核心素养正式提出。物理学科核心素养经历了怎样的演进之路?在多大程度上传承了核心素养的“基因”?能否避免课程目标设置上的“钟摆效应”?准确回答这些问题,对于厘清物理学科核心素养的理论脉络,落实物理学科核心素养的课程目标,具有重要的理论价值与实践意义。


一、物理学科核心素养的历史沿革与评介

 

新中国成立初期,受凯洛夫教育学的影响,我国课程目标强调“双基”教学,偏重知识传授和技能训练,忽视了学生的发展。为弥补“双基”目标的不足,我国于21世纪初开始的新一轮基础教育课程改革推出了“三维课程目标”。相比“双基”目标而言,“三维课程目标”的“创新之处”可概括为以下两个方面:一方面,强调方法在获取与应用知识中的重要性,简称“基本方法”;另一方面,注重“情感态度与价值观”的养成。[1]由此,基础知识与基本技能、基本方法与探究过程、情感态度与价值观组成了新的“三基”,构成了学生终身发展的基础。其中,相比“基础知识”与“基本技能”,“基本方法”和“情感态度与价值观”被认为是课程目标中更为重要的部分。在全球教育改革的浪潮中,“三维课程目标”的出现被看作是在新时期超越“双基”课程目标的具体表现。

为了进一步深化基础教育课程改革,《教育部关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见》(教基二[2014]4号)首次提出了“核心素养”的课程目标。核心素养作为国家对教育的顶层设计,具有整体性、综合性和系统连贯性等特点,核心素养课程体系的构建面向社会需求,顺应国际教育改革的趋势,是增强国家核心竞争力的关键环节,有助于我国人才质量的提升。20169月,教育部组织的相关课题组提出了中国学生发展核心素养指标体系。该体系分为三大部分、六个方面、十八个要素,并将学生发展核心素养界定为:学生在接受相应学段教育的过程中逐渐发展起来的适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力。[2]

具体到物理学科,《普通高中物理课程标准》对物理学科核心素养作了如下界定:物理学科核心素养是物理学科育人价值的集中体现,是学生在接受物理教育过程中逐步形成的适应个人终身发展和社会需要的关键能力与必备品格,是学生科学素养的重要构成。核心素养导向的物理教学,其目的不仅仅在于对物理知识的记忆和再现,更在于对物理知识和方法的应用,并最终促进中学生关键能力与必备品格的发展。对于物理学科核心素养的内涵及组成要素,《普通高中物理课程标准》将其界定为四个方面,即物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任[3]

物理学科核心素养是否渗透了物理学科的基本“特征”?是否充分吸收了本土物理教学的传统与经验?是否具有内在的逻辑性与学理性?有必要对这些问题展开深入讨论。

首先,对于《普通高中物理课程标准》中“物理观念”的提法,许多一线教师反映不好把握。[4]

笔者认为,出现这种现象,并不是由于一线教师理论水平不够而导致的理解问题,其恰恰反映出“物理观念”的提法在理论上存在着很大的问题,并映射到教学实践中。应当明确指出的是,课程标准不仅是用来指导教材编写的,更是用来指导教学实践的。如果连一线教师都把握不好“物理观念”的提法,那只能说明“物理观念”的提法存在问题,需要加以改进。

《普通高中物理课程标准》将物理观念作为物理学科核心素养的主要依据有如下方面:(1)对科学知识的理解和运用是学生发展非常重要的核心素养。(2)世界各国的课程标准都将核心概念,或大概念,或关键概念,或知识理解与应用、工程实践等作为重要的科学素养。(3)科学教育研究一直重视概念学习,从21世纪之前重视概念发展、概念转变,到最近重视核心概念和概念进阶,都把科学概念学习作为科学教育的重要目标。在应试教育的背景下,我国特别重视知识和原理的教学,而素养强调知识和原理的深度理解和灵活应用。因此,在建构物理学科核心素养时,没有使用物理知识,也没有使用物理概念,而使用了物理观念。一方面,观念是概念和规律等在头脑中的提炼和升华;另一方面,中国文化中的观念与国际上概念的内涵基本一致。[5]

对比“三维课程目标”不难发现,原来的“知识与技能”维度被“物理观念”所取代。从文本分析的角度看,“物理观念”既不能涵盖“知识与技能”,亦不是物理知识的代名词。从理论本源看,物理观念涉及的是宇宙起源、物质结构和运动的起因等最基本问题,涉及如何正确认识我们周围世界的方法和由此而产生的观念等。这一类问题是普遍性的,属于哲学上的本体论问题;物理观念是重要物理思想的浓缩,但不是所有的物理思想都可以浓缩为物理观念,只有代表物理学最本质规律的认识,才能称之为物理观念。

笔者认为,物理学科核心素养的建构要汲取我国物理教学的本土经验。我国物理教学本土经验的一个重要特色,就是重视物理概念与规律的教学,并将其置于基础性的地位。而在用物理观念取代“知识与技能”的理由中,我们看到了太多的舶来理论的身影。这种以舶来科学教育理论作为物理观念建立依据的做法,在理论和实践上都是行不通的。

其次,“科学思维”也是基于舶来理论而建构的。

这种观点认为,21世纪以来的科学教育研究,特别重视科学论证、模型思维和科学推理。[6]随着人们认识到批判性思维是21世纪的主要能力,作为科学学习和研究中批判性思维的重要表现——科学论证的研究和培养已经得到高度重视,它可以帮助学生发展科学探究能力,[7]建构科学知识并促进科学概念转变与理解,[8]提升科学认识论水平,[9]提升推理能力、批判思维能力和交流能力。[10]几乎所有国家的课程标准都会将科学思维与创新列为课程目标。加拿大安大略省于2006年制定的《安大略课程(1-8年级):科学与技术》标准对学生知识和能力的评估从知识和理解、思维和探究、交流、应用四个方面进行,批判性思维和创造性思维、批判性/创造性思维过程、技能和策略等是其主要内容。英国将“想法和证据”(Ideas and Evidence)设定为教育目标(The National Curriculum for England, 2004)。西班牙将“论证能力”(Skillof Argumentation)拟定为学生必须具备的基本能力;学生能力国际评价项目(Programme for International Student AssessmentPISA2015)对科学能力的评价包括认识科学问题、运用知识科学地解释现象、运用科学证据作决策并与他人交流。[11]芬兰的高中物理课程标准中强调模型建构的科学思维过程、分析、综合、评价等;韩国的课程目标中提出培养学生科学思考的能力和创造性解决问题的能力,为有创意地、科学性地解决日常生活的问题培养必备的科学素养。[12]基于上述分析,模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新是构成科学思维的主要成分。

对比“三维课程目标”,可知原来的“过程与方法”维度被“科学思维”所取代,这在理论与实践两方面同样存在着严重的问题。

按照科学方法的分类不难发现,“科学思维”中模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等要素并不属于强认知方法与弱认知方法的分类范畴。简言之,模型建构属于强认知方法,科学推理属于弱认知方法,而科学论证与质疑创新就既不属于强认知方法,也不属于弱认知方法。[13]这样一种“科学思维”目标的建构,存在着分类不清、操作性不强的问题,很难起到发展学生物理学科核心素养的引领作用。

再次,“科学探究”同样是基于舶来理论而建构的。

1996年,美国《国家科学教育标准》开篇将“探究”定义为“科学家研究自然界并在证据基础上建构解释的各种方式”[14],认为这些方式也应使用在科学学习活动中。这表明提倡探究的本意是要塑造布鲁纳所说的那种课堂——“孩子们在教室里所为和科学家在实验室里所为只有程度不同,没有本质区别” [15]。然而,在“内容标准”一章,美国《国家科学教育标准》又将完整的探究活动分为提出问题、设计并执行探究方案、搜集证据、建构解释、交流讨论等步骤,[16]并提出以学习知识为目的进行课堂探究时,既可开展完整的探究活动,也可只抽取某个部分。对探究的这种理解基本以原貌进入了我国2001年基础教育课程改革后的科学课程标准。尽管两国标准都强调探究并非固定有序的步骤,具体课堂活动应依具体需要设计,但步骤化的探究描述显然为套用探究模型实施探究提供了很大便利。在我国大多数科学课堂上,探究很快就被等同于传授和套用步骤,抽取出来让学生“自主探究”的还往往是最无需思考的部分,如执行教师设计好的探究方案、收集数据后全班汇报分享等。

20117月,美国国家研究理事会(NRC)发布了《K-12年级科学教育框架:实践、跨学科概念和核心概念》一书。该书中有些颠覆意味的变更是,首位关键词从“探究(inquiry)”变成了“实践(practices)”。以“科学实践”取代“科学探究”的进步在于“三个避免”:一是避免将科学探究缩减为过分强调实验、与内容相分离的单一步骤聚合体;二是用复数形式的“实践”来描述科学,避免读者在解读时陷入两类思维定势,即认为存在唯一的、普适性的“科学方法”,或认为“有关科学的一切都是不确定的”;三是为了避免因探究概念不统一,产生理念上千差万别的课堂探究教学实践。[17]而提这“三个避免”,从根本上说是为了强调“建模、建构科学解释、参与评论与评价(辩论)等在科学教育中很少被足够重视的重要科学实践行为” [18]。但令人不解的是,物理学科核心素养的“科学探究”要素却并未随着美国科学教育框架中关键词的改变而改变。

关于“科学探究”,有很多理论层面的问题尚未讨论清晰,甚至存有混乱,“科学探究”中的所谓“问题、证据、解释、交流与合作”等要素实际上不过是探究的步骤,而“科学探究”真正的组成要素至今在理论上没有研究结论。因此,在没有彻底厘清“科学探究”要素的情况下,就将“科学探究”生硬地纳入物理学科核心素养中是有失严谨的。

最后,“科学态度与责任”维度缺少人文精神成分。

研究发现,《普通高中物理课程标准》中“科学态度与责任”的提出存在片面化倾向。作为对“三维课程目标”的继承,“科学态度与责任”本该对应着“情感、态度与价值观”,进而完成对一般核心素养中人文精神的继承,但在“科学态度与责任”中却难觅人文精神的踪影,由此使得物理学科核心素养存在唯科学主义倾向。

传统的物理教育由于受唯科学主义思潮和工具理性的影响,缺少人文精神的滋养,导致学生无法成为一个“完满”“自由”的人。其实,任何一个物理概念、规律的背后都有物理学家的人文情怀与人文思想的轨迹,他们在这种充满人类理想与激情的探索中,求真、向善、唯美,一次次超越前人智慧的上限,引领着人类不断从未知走向已知。爱因斯坦就曾教育学生:“如果你们想使你们一生的工作有益于人类,那么,你们只懂得应用科学本身是不够的。关心人的本身,应当始终成为一切技术上奋斗的主要目标;关心怎么样组织人的劳动和产品分配这样一些尚未解决的重大问题,用以使我们科学思想的成果去造福于人类而不至于成为祸害。”[19]

中学生正处于社会认知形成的重要阶段,需要借助人文精神的熏陶才能塑造健康的人生观、价值观和世界观。倘若物理学科核心素养忽视了人文精神这一要素,就有可能导致学生“素养低下”、“人格残缺”或“意志畸形”。因此,物理学科核心素养急需科学精神与人文精神的协同共进,从而扭转物理教育中的唯科学主义倾向。所以,在物理学科核心素养中融入人文精神这一要素,是社会文化发展的必然趋势,无论对学生个人还是社会群体都具有重要的意义与价值。


二、物理学科核心素养的重构

 

正是基于对《普通高中物理课程标准》的深入分析,笔者认为,有必要对物理学科核心素养进行重新梳理与建构。为此,本文从核心素养的内涵、特点与价值取向出发,结合物理学的学科特征,廓清物理学科核心素养的组成要素,重新建构物理学科核心素养。这个重构的物理学科核心素养包括物理知识与物理方法、物理思维与物理技能、物理思想与物理观念以及科学精神与人文精神四个层级,每个层级包含两个维度。

 

(一)物理知识与物理方法:物理学科核心素养的“软件”


知识是对客观事物属性与联系的反映,是客观世界在人脑中的映象,它源于外部世界,具有客观性。对物理学而言,知识的表现形式为物理概念与规律。对于科学知识的价值,培根曾有过“知识就是力量”的俊语。事实上,物理知识作为物理学科核心素养的基础,其本身就是物理学科核心素养的要素,而不应当仅仅把知识“在头脑中的提炼和升华”作为物理学科核心素养的要素。“皮”(物理知识)之不存,“毛”(物理观念)将焉附?这就难怪对于《普通高中物理课程标准》中“物理观念”的提法,许多一线教师反映不好把握。历史经验表明,不注重知识的吸收而片面强调创新,必会孳生虚妄,引发教学中“去学科化”“轻视知识”的形式主义思潮泛滥。由此可见,唯有注重学生对物理知识的学习,才能使其更好地认识和理解客观世界,为思维的发展与技能的掌握奠定坚实的基础,并且思维与技能也只有在掌握与运用知识的过程中才能得以发展。可以说,知识是学生思维的材料与载体,是大脑在解决问题过程中操纵的“软件”。

知识不仅对学生形成知识结构具有重要的意义,而且对学生解决问题也起着至关重要的作用。学生在生活实际中所面临的问题均有着复杂的社会背景和学科背景,与专业学科知识联系密切,因而可用的结构化知识越多,就越有助于问题的解决。在这个意义上,知识成为物理学科核心素养的基础要素毋庸置疑。

概而言之,物理学科的基本特征就是以物理知识为基石所形成的严密的逻辑体系。因此,物理学科核心素养的建构理所当然地就应当以物理知识为基石。遗憾的是,物理学科核心素养中的“物理观念”并不是直接指物理概念和规律,而是指“物理概念和规律等在头脑中的提炼和升华”,这实际上越过了物理方法与物理思想层面而到达了物理观念层面。

物理学科核心素养的“软件”,除了物理知识之外,还包括物理方法。物理方法是人们在认识和改造客观世界的实践活动中总结出来的行为方式,是人们认识和改造自然的有效工具,对物理知识的建构有着重要的作用,如物理教学中常用的比值定义法、控制变量法等。

作为知识结构之一的物理方法,与物理知识是相平行的,并对物理知识的获取与应用有着关键性的作用。通过对物理方法的不断积累和应用,一方面能使学生形成一种迅速借助方法获取知识的心理定势,使学生将新知识与头脑中的已有知识建立起本质性联系,完成知识间的同化与顺应;另一方面,能够帮助学生在面对问题时迅速抓住问题的要害,找出破解的途径。比如,笔者带领的课题组曾指导高中生运用“外推法”,利用两位美国科学家发表在《NATURE》杂志上的鹦鹉螺化石气室外壳上的生长线条数数据,[20]得到月球最初被地球俘获绕地球运动的时间距今为7亿年的结论,研究结果发表在中国科学院力学研究所主办的核心期刊《力学与实践》杂志上。

需要注意的是,物理方法与思维方法有着本质的区别,它具有很强的“间接性”,即对于个体而言,物理方法并不是由大脑直接产生的,而是被“安装”在大脑中并接受大脑的操控,它需要更多的专业知识支持,即借助于外部信息的输入和大量的知识存贮,才能达到解决问题的目的。基于这一特点,物理方法与物理知识的习得机制一样,均为传授。

虽然物理方法与物理知识在本质上是统一的,但严格说来,两者又有不同的特点。物理知识与客观的物质世界本身联系密切,是对客观世界的描述与反映;而物理方法涉及的是人类认识物质世界的途径与方式,具有高度的抽象性。同时物理方法不直接由物理知识来表达,往往隐藏在知识的背后,支配着知识的获取和应用。

综上所述,物理知识和物理方法相互联系,共同组成了学生学习内容的知识结构,它们是客观的,存在于学生的头脑之外,不以学生的意志而改变。物理知识和物理方法因其基础性、可植入性与可传授性等特点,而成为物理学科核心素养要素的基础。倘若学生头脑中没有物理知识与物理方法的持续浸润,其思维与技能也会慢慢退化乃至丧失。

(二)物理思维与物理技能:物理学科核心素养的“硬件”


物理学科核心素养的组成不仅包括物理知识与物理方法这种客观要素,还应当包含主观要素,即物理思维与物理技能,它们是人脑特有的功能,是大脑的“硬件”。客观知识结构需经学生大脑的吸收与转化,才能转变成学生的认知结构。在这一过程中,思维和技能发挥着决定性作用。

 教学不单纯是一个“知育”的过程,还是一个“智育”的过程,即在进行知识教学的同时,促进学生智力的开发。所谓智力,是指人们认识与理解客观事物并运用知识、经验等解决问题的能力,包括观察力、注意力、记忆力、思维力、想象力等。其中,思维力(或称思维方法)居于人类智力活动的核心地位,是人脑进行的操作过程和方式,在各种问题解决中扮演着一般策略和方法的角色。思维是大脑的固有功能,往往以分析、综合、抽象、概括、比较、判断、假设、推理、直觉、想象等形式对头脑中的研究对象进行加工与处理,其发展与培养需要进行相关的训练才能完成。从学习活动角度来看,思维贯穿于学习活动的始终,思维能力亦是学习能力的核心,是接受知识、发现知识、建构知识的前提。无论是科学现象的观察、科学数据的测量、科学模型的抽象、科学概念的形成、科学理论的建立,还是应用理论解决实际问题,都离不开思维的参与。然而,如前所述,《普通高中物理课程标准》将“模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新”作为物理学科核心素养的第二个维度,在理论与实践上都存在很大的问题,需要重新建构。

按照由物理方法寻找思维教学内容的研究思路,笔者带领课题组以高中物理学科为例显化了《普通高中物理课程标准》中的物理方法,[21]从而为中学物理思维教学内容的建立打开了一扇大门。比如,加速度、场强等物理量的定义要用到比值定义法(物理方法),而比值定义法的背后就是比较(思维方法);推导动能定理、机械能守恒定律要用到演绎推理法(物理方法),而演绎推理法的背后就是推理(思维方法)。显然,借助物理方法寻找思维教学内容就成为一个行之有效的途径。

由此,我们尝试提出中学物理思维教学内容。包括分析、综合、抽象、概括、比较、判断、假设、推理、直觉、想象。中学物理思维教学的内容并不限于此,但以上十种思维内容是最基本、最重要的。在教学中把这些思维教学内容落实到位,就抓住了思维教学的“牛鼻子”,也就初步解决了我国物理学科核心素养中的思维教学内容“无米之炊”的问题。[22]

要实现我国课程教学的实质性变革,思维教学不仅是有效手段,也是必经之路。如何在学习、吸收、应用国外思维教学研究成果的基础上,有效发挥后发优势是我国物理教育界需要认真思考的问题,而“科学思维”课程目标的理论上的完善与实践上的可行是发展学生物理学科核心素养的基本前提。

技能是个体运用已有知识和经验,通过练习而形成的智力动作方式和肢体动作方式的复杂系统,包括心智技能和动作技能。其中,智力技能是个体在智力活动中获得的控制自己智力动作执行的经验,具有内隐性的特点,如心算、速算、估算、解决问题等。心智技能的形成可以帮助学生将庞杂的知识系统化,将理论化的方法论体系、精密的数学工具内化于心,在使用时迅速提取,而不必“现用现查”;操作技能是通过练习而形成的一种合乎法则的行动方式,具有外显性的特点。操作技能还表现为把个别动作统一为动作整体,并使动作的各个部分高度协调,从而自动控制一系列动作的完成。操作技能在物理实验中发挥着至关重要的作用,如仪器组装、调试、故障排除等。可以说,熟练的操作技能不仅确保了实验的成功,而且节约了宝贵的时间。

研究显示,技能的熟练程度制约着学生认知水平的发展,技能的弱化或缺失均会迟滞学生的学习过程,阻碍问题的解决。良好的技能训练则为认知活动的频繁出现提供了条件,有利于积极心理定势的形成。因此,技能掌握的过程也是学生核心素养提升的过程,掌握系统的技能,可以使活动自动化、熟练化与简约化,从而加速新知识的学习以及问题的解决,确保认知活动顺利进行并成功完成。在“教育目标分类学——动作技能领域”中,E. J.辛普森给出了动作技能的教育目标,包括:(1)知觉;(2)定势;(3)指导下的反应;(4)机制;(5)复杂的外显反应;(6)适应;(7)创作。[23]这应当作为物理学科核心素养中的技能维度的要求。

在物理实验教学中,技能的要求其实非常高且细致。比如,布朗运动实验就包括:(1)载玻片与盖玻片的制作;(2)显微镜倍数的选择;(3)旋转粗调旋钮将镜头向下拉至离盖玻片约1mm处;(4)再旋转微调旋钮向上,直至在视野里看到布朗运动现象。

相比知识和方法的客观性而言,思维与技能具有很强的主观性,其发展要借助于主体有意识的锻炼,而非教师单纯的传授。因而,思维与技能在习得机制上高于知识与方法,位居物理学科核心素养组成要素的第二层次。

(三)物理思想与物理观念:物理学科核心素养的“驱动”


物理教育的核心要旨不仅是将学生培养成为有知识、有技能并且掌握科学方法的人,而且还要使之成为有洞见、有智慧的人。因此,物理学科核心素养还应该包括人类在理性认识基础上产生的认知,即物理思想与物理观念,两者具有主观能动作用,可以积极指导人们运用思维、技能等改造客观世界。相比物理知识与方法的“软件”特性和物理思维与技能的“硬件”特性,物理思想与物理观念可谓物理学科核心素养的“驱动”。

物理思想是在物理学发展过程中由物理学共同体对物理知识、物理方法进一步概括而形成的关于物理学本质的深层认识。它的形成是一个从科学家“个人科学”到科学共同体“公开科学”的历程,科学家非常规的思考、艰辛的探索过程和激动人心的体验,构成了物理思想非凡境界的源泉。物理思想具有独特的教育价值与意义,物理思想为学生揭示出客观事实与科学知识之间内在的、必然的本质联系,从而使学生形成对科学世界的普适认识。同时,学生唯有将习得的知识和方法提升至思想高度,才能促进自身能力的提高。此外,物理思想还引领着科学方法的形成与运用,对科学理论的发展起着决定性作用,爱因斯坦关于引力波存在的假说便是在物理思想的引领下产生的。可以说,正是物理思想使科学世界从散碎的知识形态上升为系统的普适形态,并建构起从感性认识通向理性认识的桥梁。然而,在物理教育蓬勃开展的今天,物理思想却始终未能被纳入到物理课程标准与物理学科核心素养之中,令人遗憾。

客观世界中的物理现象通过物理方法的参与及思维的加工得以上升为知识形态,进而形成严密的理论体系。若要进一步揭示客观事实与物理知识之间内在的、必然的本质联系,形成对物理世界的普适认识,就需要物理思想的参与。物理思想与物理方法既有联系又有区别。物理思想由物理方法所生成,但不是所有的物理方法都蕴含着物理思想,也不是所有的物理方法都能上升到物理思想的层面,只有那些能够反映物理学本质的深层与普适方法,才能上升到物理思想的高度。比如,密度是物理知识,得到密度的比值定义法属于物理方法,而比值定义法的背后则隐含着比较的物理思想。

为了在物理教育中让学生充分领略“公开的物理思想”,并最终让学生形成“个人的物理思想”,就有必要从物理思想的特征出发,归纳出物理思想的主要组成部分,包括以下内容:(1)对称思想;(2)守恒思想;(3)可逆思想;(4)等效思想;(5)假说思想;(6)比较思想;(7)转换思想;(8)相干思想;(9)量子化思想;(10)相对性思想。[24]

同样,物理思想与物理观念之间也既有联系又有区别。物理观念是重要物理思想的浓缩,但不是所有的物理思想都可以浓缩为物理观念,只有代表物理学最本质规律的认识,才能称之为物理观念。由于从物理知识教育到物理观念教育的逐次递进,导致物理方法教育、物理思想教育、物理观念教育与物理知识教育的联系依次变得薄弱。尤其是物理观念,几乎与物理知识没有明显的关联。由于物理观念不像物理知识那样直观,因此乍看起来不易教学,但这并不意味着物理观念教育就是空中楼阁,在物理知识、物理方法,特别是物理思想教育的基础上,物理观念完全能够循序渐进地在学生的头脑中扎根。当然,物理观念教育远离物理知识的特点,也在一定程度上提醒我们,不可过分拔高物理观念教育的价值。

物理观念不同于物理思想,它是物理思想的结晶,在内容上二者有着清晰的边界。物理观念是从物理学视角形成的关于物质、运动、能量和相互作用等的基本认识,主要包括物质观、时空观、能量观、相互作用观等。物质观是重要的物理观念,从不连续物质观的形成到逐渐发展到连续物质观,再到更高层次的统一,反映了人们的物质观念不断完善;时空观是物理学中另一个基本观念,时间和空间是物质存在的两种基本形式:时间是物质运动持续性和顺序性的表现,空间是物质存在广延性和伸张性的表现;能量观同样是物理学的重要观念,能量是物质运动转换的量度。对应于物质的各种运动形式,能量也有不同的形式,可以通过一定的方式相互转换;相互作用是当一部分物质对另一部分物质发生作用时,必然要受到反作用。自然界中物质之间的相互作用可归纳为:强相互作用、电磁相互作用、弱相互作用以及万有引力相互作用。

综上所述,物理思想与物理观念不是静态的知识与技能,也不是解决问题的某个“处方”,而是孕育科学结论使之由潜到显的心理动因,它们牢牢植根于学科内容之中,是物理学科的神经中枢(或言精髓所在)。学生只有形成了物理思想与物理观念才能谓之真正理解了物理学,掌握了物理学,领略到了物理学的真谛!由此可见,物理思想与物理观念成为物理学科核心素养的要素实至名归。

(四)科学精神与人文精神:物理学科核心素养的“监控”


物理学科核心素养组成的片面化容易使学生陷入科学主义的泥淖。因此,物理学科核心素养最终应超越科学主义,回归社会、回归生活、倡导科学精神与人文精神的交融。简言之,物理学科核心素养最终应指向人类的社会认知,促使人类灵魂的升华,帮助人们将个人事业与社会需要融为一体,这便是科学精神与人文精神作为物理学科核心素养要素的价值所在。

科学精神与人文精神作为物理学科核心素养的终极目标,是科学的行为规范和人文的价值标准,二者在理解科学本质的基础上形成、规范、指导和约束着人类自身的行为,往往依靠体验性学习而唤醒。其中,科学精神包括合理质疑、独立思考、严谨的科学态度和崇高的科学理想;人文精神是一种普遍的人类自我关怀,表现为对人的尊严、价值、命运的维护、追求和关切,对人类遗留下来的各种精神文化现象的高度珍视,对一种全面发展的理想人格的肯定和塑造。

合理质疑和独立思考指不囿于传统理论和观念,不迷信权威并善于提出问题。科学发展的历程表明,首先与传统观念大胆决裂并勇于提出问题的人,往往能抢占科学发展的前沿阵地,并作出突破性的贡献,甚至推动科学的重大进步;严谨的科学态度和崇高的科学理想是实现完整意义上的物理教育的终极目标,包括为真理而追求的科学态度,为科学而献身的精神。比如,哥白尼冲破森严的宗教统治提出日心说,从而实现了天文学的根本变革。把遵守科学伦理和道德规范作为物理教育的规范,是物理教育承担社会责任之所在,也是实现情感、态度与价值观目标的归宿。这需要立足于伦理道德这一人类最基本的准则,对未来科学技术的发展作出明智的、人道的判断与选择,从而将科学发展提升到人类发展的高度来审视。

其实,科学和人文同为人类文明的重要成果。科学精神强调对客观事实和真理的理性追求,其基本特征是求真求实,重点在如何去做事;人文精神则指向人自身的世界,是人生观、价值观及对世界本原的看法,它包含着人们对理想和信念的追求,对善良、诚信等美好事物的赞颂,其基本特征是求善求美,重点在如何做人。二者虽然包摄的内容有所出入,但都和谐共存于人类文化之中,并且科学精神与人文精神相辅相成,科学精神保证了人文精神的真正实现,而人文精神则保证了科学精神的正确指向。

概而言之,科学精神和人文精神是物理课程的灵魂,也是“人类内在品质”的结晶,它们统摄着思想与观念的导向,操控与协调着思维与技能的运用,支配着知识与方法的贮存与提取,使它们产生意义与价值。倘若失去科学精神和人文精神的感召和照耀,物理观念、物理思想等均会失去色彩,且可能使人沦为科学的奴隶。诚如一位纳粹集中营幸存者的哀叹:“毒气室由学有专长的工程师建造;儿童被学识渊博的工程师毒死;妇女和幼儿被受过大学教育的人们枪杀。”教师培养的学生绝不能是学识渊博的怪物、多才多艺的变态狂、受过高等教育的屠夫。只有在孩子具有人性的情况下,读书、写字、算术的能力才有价值。[25]

因此,物理课程既要引导学生追求科学精神,又要适时渗透人文精神,理顺科学、技术、社会、个人之间的多重关系,使“科学”与“人文”由分裂走向整合。在这个意义上,科学精神与人文精神就构成了物理学科核心素养中最为顶层的一环,在学生的成长过程中发挥着保障与监控的作用。


 

三、启示

 

物理学科核心素养层级模型的确立可以为今后的物理教育及学生发展指明方向,即:通过传授物理知识和物理方法,训练物理思维与物理技能,从而促进学生物理思想与物理观念的形成,最终使学生树立科学精神和人文精神,适应当今社会的发展。由此,我们得到如下启示。

 

(一)从继承到发展:物理学科核心素养演进的必经之路


毋庸置疑,物理学科核心素养的制订绝不能“毕其功于一役”,其演进是一个继承与发展的“扬弃”过程。物理学科核心素养的确立并不意味着对“三维课程目标”思想、内涵、评价等方面的全盘否定,而是在继承三维课程目标合理内核的基础上,进行相应的发展和扩充。然而,遗憾的是,在《普通高中物理课程标准》中,物理知识被异化为物理观念,基本技能没有被纳入到物理学科核心素养中,而科学方法则被“科学思维”所代替。凡此种种,都显示出物理学科核心素养的建构没有体现出继承基础上的发展,而是对教育传统与经验的抛弃,对舶来科学教育理论的膜拜,这不是我国物理学科核心素养建构的应有策略。与之相反,本文中所建构的物理学科核心素养则充分汲取了我国物理教育理论与实践的积淀,比如,将物理方法与思维方法作为物理学科核心素养的组成部分,并在此基础上进行了发展,将物理思想和人文精神作为物理学科核心素养的维度,这就扭转了长期以来物理教育忽视物理思想教育与人文精神教育的倾向,从而体现出物理学科核心素养的内涵与价值。

(二)从分立到融合:物理学科核心素养建构的最终归宿


物理学科核心素养包含一般核心素养与物理学两个要素。应该说,二者具有各自独立的理论体系,同时又存在一定的联系。一般核心素养的确立为物理学科核心素养的建构指明了方向,但存在着过于宏观的不足,疏离一线教学实际,无法直接用于指导教学实践,容易造成理论与实践的割裂。而肇始于伽利略、奠基于牛顿的经典物理学,正是由于找到了科学实验、逻辑思维和数学工具的正确结合途径,才得以发展成为今天推动人类社会前进的强大动力,并成为物理学科核心素养建构的合理内核。

有鉴于此,本文从一般核心素养的育人宗旨出发,将一般核心素养与物理学深度融合,从而构建出介于两者之间的物理学科核心素养。如果说,一般核心素养为物理学科核心素养勾勒出了“蓝图”,那么物理学便是使这幅蓝图得以实现的“构件”。由于一般核心素养与物理学科核心素养之间存在着整体与局部、共性与个性、抽象与具象的关系,因此,通过与物理学科的特点深度融合,从而使一般核心素养从教育层面落实到教学层面,从上层理论步入到中层理论,并最终通过物理教学实践,使物理学科核心素养得以践行。显而易见,这种以一般核心素养为基础,通过融合物理学特点创生物理学科核心素养的方式,也符合“从一般到特殊、从概括到具体”的认知逻辑。

(三)从递进到逻辑:物理学科核心素养制订的准则


我国课程标准研制的历史沿革显示,从“双基目标”到“三维课程目标”,其结构组成无不呈现出并行罗列的特点,这种简单堆砌式的罗列方式往往暗示着诸元素的各自孤立,无法对学生的发展过程给予很好的诠释。相比而言,本文所提出的物理学科核心素养层级模型则清晰地表明,“物理知识与物理方法”的存在形式是客观的、外在的,其教育方式以传授为主;“物理思维与物理技能”的存在方式是主观的,是内在的,其教育方式要靠训练,传授的方式常常无效;“物理思想与物理观念”的存在形式也是主观的,其教育方式要靠渗透与升华;“科学精神和人文精神”的存在形式同样是主观的,其教育方式要靠感悟与内化。四层级结构形成了一套完整而系统的体系,四个层级条理清晰、联系紧密、一以贯之。其中“物理知识与方法”最为基础,“科学精神与人文精神”最为高级,而“物理思维与物理技能”和“物理思想与物理观念”发挥着承上启下的作用。总体来看,四个层级之间体现出的“向下层层铺垫,向上逐层升华”的特点,终将使学生物理学科核心素养的培育得以拾级而上。

 

[注释]

[1] 白月桥.课程标准实验稿课程目标订定的探讨[J]. 课程·教材·教法,2004,(9).

[2] 林崇德.21世纪学生发展核心素养研究[M].北京:北京师范大学出版社,2016:20.

[3] 中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准[M].北京:人民教育出版社,2017:3.

[4] 彭前程.对“学生发展核心素养及物理学科核心素养”的理解[J].中学物理教学参考,2017,(10).

[5][12] 胡卫平.物理学科核心素养的建构[J].中学物理教学参考,2017,(7).

[6][11] 韩葵葵,胡卫平,王碧梅.国际科学教学心理的研究进展与趋势[J].华东师范大学学报(教育科学版),2014,(4).

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[15] Bruner,J. Process of Education[M].Boston,MA:Harvard University Press,1961:14.

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[21] 邢红军(主编).高中物理科学方法教育[M].北京:中国科学技术出版社,2015:71.

[22] 邢红军.中小学思维教学内容的深化研究[J].课程·教材·教法,2016,(7).

[23] 洛林·W.安德森,戴维· R. 克拉斯沃尔,等. 布卢姆教育目标分类学?:?分类学视野下的学与教及其测评(完整版)[M]. 蒋小平,张琴美,罗晶晶,译. 北京:外语教学与研究出版社,2009:148-187.

[24] 邢红军,张抗抗. 论物理思想的教育价值及其启示[J].教育科学研究,2016,(8).

[25] 许锡良.集中营幸存者给老师的信[J].中学生,2007,(Z2).

 

(责任编辑:刘宏博)

论文来源于《教育科学研究》2018年第11期