论面向核心素养的物理学科教学目标设计

摘 要

我国基础教育课程教学改革已步入核心素养新时代，作为教学活动实施的出发点与归宿，教学目标应指向学科核心素养。与“三维目标”相比，物理学科核心素养是物理教育立德树人目标的最新表述与实现路径，更能体现出学科的本质与独特育人价值，能够将课程与教学更有效地引向人的全面整合性发展。知识是物理教育的“阿基米德支点”，以学科大概念、问题和情境为“着力点”，列举了学科核心素养视域下物理教学目标设计的三种策略。

关键词

学科核心素养;物理;教学目标;设计

中图分类号 G633  文献标识码A  文章编号1005-4634（2022）02-0087-06

自新版《普通高中物理课程标准》（2017年版2020年修订）颁布以来，围绕物理学科核心素养的各类探讨从未停歇。核心素养是具有整合性的宏观层面教育目标，需要通过各学科专业的中观层面课程目标来实现。教学目标则是课程目标在学科领域内的解构、具体化与落实[1]。作为课程目标的物理学科核心素养迄今仍是一个新概念，对其无论是在理论上的不断深入认识与理解，还是在实践中的逐渐认同与落实，都将是个较为漫长的过程。物理学科的教学是具有独特育人价值和高度目标指向性的教育活动，经过二十余年的课程改革，“三维目标”早已被物理教师所熟识并成为教学目标设计的重要依据。当前，有研究者认为学习目标的研制应指向核心素养[2]。但“三维目标”与物理学科核心素养有哪些区别和联系？学科核心素养与教学目标相融合的内在学理关联如何？怎样在操作层面做融合性的教学目标设计？这些问题亦需引起关注和探讨。

1 物理学科中的“三维目标”与核心素养比较

21世纪初，我国基础教育课程改革引领物理学科教学目标设计由“双基”调整为“三维目标”，最新的高中物理课程标准又将“三维目标”发展和提升为物理学科核心素养。“双基”是指基础知识与基本技能，是对知识本位、学科本位和传统“三中心”教育思想的突出体现，但对学科教育进行了割裂与浅化。“三维目标”是对“双基”的根本性变革与超越，相对而言，更完整地体现出了学科教育的深层内涵，完成了以人为本学科育人价值观的初步转向。“物理学科核心素养”则是在“三维目标”的基础上，进一步强调并凸显了物理学科的本质与独特育人价值。

物理学科中的“三维目标”：“知识与技能”维度，强调学生所应具备的物理学基础核心概念和研究基本技能;“过程与方法”维度，强调学生科学探究等能力的培养，重视培养和学习的过程，以及在过程中了解和掌握科学研究方法;“情感态度与价值观”维度，强调学生学习物理的兴趣与热情，以及相关的科学态度、科学精神、社会责任感和使命感[3]。受限于各种历史以及现实因素的影响，“三维目标”在实践中被虚化，一直存在着诸如“重过程和重结论”“学生自主学习和教师讲授指导”“学科性与生活性”等几对核心矛盾的不断争论与摇摆。例如有一线高中物理教师认为：受传统教学理念、手段和方式等影响，教师在教学实践中“三维目标”教学意识淡薄，易将三个维度整体内涵进行形式化和机械化拆分，重结果轻过程，没有体现学生的主体地位[4]。有研究者认为，出现上述问题的原因在于“三维目标”的三个维度之间是一种并列关系，易突显各维度的相对独立性;每个维度各自的理论基础可分别归属于注重学习过程中刺激和反应联结形成的行为主义、强调学习顿悟以及认知结构完善的认知主义和重视全人教育的人本主义;这三种学习理论不完全相容甚至有矛盾、不协调之处，加上第一维目标的内涵与理论基础和传统意义上的“双基”关系紧密，因此就会给教学目标理解与设计带来期望上的偏差[5]。

物理学科核心素养是对“三维目标”的深度整合性继承、发展与凝练，是学生通过物理学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格与关键能力。从思维方式的角度看，“三维目标”遵守“先分解后整合”的教学逻辑，它是一个教学目标的三个方面，只有实现三个维度目标的整合与立体教学才能促进学生的全面发展。物理学科核心素养则体现了“先整合后分解”的教学逻辑，它是物理学知识、技能、能力、方法、思维以及态度等的深度融合，在结构上被划分为物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四大相互联系，互相渗透的构成要素，每一个要素根据内容领域、抽象水平和表现形式的不同又被进一步分解为若干子要素，例如物理观念是从物理学视角形成的关于物质、运动与相互作用、能量等的基本认识，是物理概念和规律等在头脑中的提炼与升华，是从物理学视角解释自然现象和解决实际问题的基础;主要包括物质观念、运动与相互作用观念、能量观念等要素[6]。物理学科核心素养包含了决定学生个体成长取向内在秉性中的根本性与统领性成分，清晰地界定和描绘了物理学科对人发展的价值和意义，使物理学科教育真正回归到服务于人的全面发展的方向与轨道上来。

广义的学科，是指人类在漫长的认识过程中于某一领域内逐渐积累，后经逻辑化、结构化整合、发展所形成的互相关联，相对独立，分门别类的认识成果（知识）体系，可反映认识的广度与深度，其本质是由某一领域的认识所构建起的“知识逻辑体系”[7]。狭义的学科，则是指从人类学科门类中精选出适合某一学段学生发展水平的内容，重新组织而形成的知识体系，即学校教育中的教学科目。人类的认识成果体系需要得到不断地传承、发展，反过来说知识也具有宽厚的教育价值，于是育人价值就成为学科教育（课程）的内禀属性。例如英国科学家、教育家赫胥黎十分重视科学的教育价值，积极推动科学教育在学校中的开展。物理学是研究物质最一般运动规律和基本结构的学科，是自然科学的基础，其独特育人价值可凝练为认知、发展、精神和审美四个方面，例如物理学可培育学生求真、理性、批判的科学精神，激励创新创造[8]。作为基础教育的学科之一，物理学科教育教学建立在物理学基础之上，应通过学科的本质体现学科的内在育人价值，并实现其在受教育者身上的深度开放性转化、体现和落实，具体可以课程或教学目标的形式呈现，如学科核心素养的提升，丰富个体成为人的文化本质、精神本质和社会本质[9]。学科育人的价值支柱是促进人的全面发展，逻辑起点是构建个体生命成长与学科之间的生动意义关联，二者相辅相成;学科育人的价值蕴含在知识和学习之中，要摆脱应试主义的育人价值观，知识不应是游离在文化、精神和社会之外的符号，且不仅仅是学习的对象和内容，还应使其成为个体全面发展的“意义领域”，应通过知识的学习来认识、理解直至进入和改造世界。相对于“双基”，“三维目标”所体现出的学科育人价值图景显然更加全面和深入，但其价值取向依旧缺乏对教育内在性、人本性、整体性与终极性的关注，缺乏对个体发展中关键素质要求的清晰和科学的界定。素养是素质加教养，属于个人天性和习性的整合，更具内在性和终极性意义，因此学科核心素养能够导向学科育人价值真正回归于人本身[10]。物理学科核心素养将“三维目标”中的“知识与技能”“过程与方法”凝练为能力，将“情感态度与价值观”凝练为品格，其内涵本质同样聚焦于学生在知识、技能、方法和态度价值观等方面的全面整合性发展，但强调应超越对物理知识的简单记忆与再现，更加重视知识和方法的情境化应用与学生在理性思维、质疑批判、科学探究以及科学态度和社会责任方面的养成与发展，从而使物理学科育人能够更准确、全面和清晰地定位于物理学科对人终身全面发展所具有的独特价值和意义。

2 物理学科核心素养与教学目标相融合的学理分析

由上述分析可知，“三维目标”可视为发展物理学科核心素养的必备要素和路径，教学的终极目标应指向能力和品格的培育，而知识是开展教学活动的“阿基米德支点”，应在知识之上发展和提升学生的学科核心素养。知识与受教育者之间的双向互动关系是教学活动中的基本关系之一，也是教学的本体论、价值论和实践论问题。从功能角度分析，美国著名认知心理学家安德森的信息加工理论认为“知识”可被广义地区分为陈述性知识（对应传统意义上的知识）和程序性知识（对应技能），即“双基”。参考有关研究者的观点，笔者认为对物理知识的理解（应用）、迁移和创新构成了学习的不同形态和水平，实质上也是物理学科核心素养生成的前提、路径与表现[11]。

所以，以知识作为本源，有研究者提出学科核心素养的三层内涵结构模型：处于基础地位的是“双基”层，指向学科基础知识与基本技能;处于中间的是“问题解决”层，指向学科问题解决过程中所习得的基本方法;最顶端的则是“学科思维”层，指向在系统的学科专业学习过程中，学生通过体验、认识以及内化等过程所逐渐形成的相对稳定和初步的，有关思考问题、解决问题的学科思维方法与价值观，本质上是具有学科特色的认识与改造世界的世界观、方法论。不同于“双基”或“三维目标”的并行罗列式结构，这种竖向的具有不同层级顺序相叠的新结构，揭示了学科核心素养三层内涵向下逐层包含、向上逐层归因，互为依托又相互归属的紧密联系：问题解决以“双基”训练为基础，学科思维又以“双基”和问题解决的训练为基础;学科思维是学科课程的灵魂，也是学科课程本质与学习者内在品质的深度体现[12]。有研究者从物理学科核心素养的内涵本质出发，认为物理观念就是学科知识的内化，是其他学科核心素养的基础;科学探究与科学思维属于学科核心素养中的“关键能力”，科学态度与责任则属于“必备品格”[13]。因此，本研究将物理学科核心素养与教学目标相融合的“着力点”聚焦于学科大概念、问题和情境。

学科大概念是指能够充分反映学科思想方法、思维方式、内容框架，揭示学科内涵本质与特殊性的上位核心概念，具有高度概括性、广泛联系性、极强解释性与普适性，兼具方法论和认识论意义，向下可联系具体的同一类别教学内容来表征学科本质，从而增进学生对学科背后意义世界的认识与理解[14]。学科大概念是具体概念和规律经历同化过程所形成的观念性认识，是最具有核心素养教育价值的知识。问题与情境则是有意义地“活化”、联系、融通与拓展学科知识，推动自主构建新认知结构，获取、迁移与提高学科能力，是促进必备品格形成的关键。物理观念的内涵和功能与学科大概念基本一致，是学科核心素养形成的基础;科学思维、科学探究以及科学态度与责任领域的培养和发展则离不开基于真实情境的问题设计，以及对科学事物、科学事实和典型案例的关注，理解与体会。因此，应思考和提炼与具体教学内容、目标相联系的学科大概念，开展基于问题解决和真实情境的深度教学活动，从而打破对知识的碎片化、静态化学习，实现物理观念、科学思维、方法、技能、态度在新问题情境中的迁移和创新。

物理学科核心素养是一个由若干要素构成的系统性整体，各要素之间的关系不是简单相加，而是互相映射与融合，借用系统思维的观点：构成要素本身及其关系整合于物理学科核心素养这个系统，并呈现整体涌现性。所谓整体涌现性是一个事物被称为系统的充要条件与根本特征，是指系统整体具有而其组成部分各自或局部之总和不具有的特性;整体信息不等于局部信息的简单相加，作为整体可在局部信息的基础上整合并涌现出新的信息，并在每个局部都有所反映，使得处于系统中的局部不同于离散在整体之外的局部[15]。因此，物理学科核心素养的内涵应是其所有构成要素携带信息整体涌现性的体现，教学目标设计也应系统化地整合学科核心素养中的各个构成要素。

3 在高中物理教学目标设计中体现学科核心素养的策略

与“双基”和“三维目标”一样，物理学科核心素养正从表面的目标叙写结构与内容，和深层的目标构建思维方式两方面，深刻影响着当下新时代物理教学目标设计变革的方向。对于前者，物理学科核心素养四大要素及其子要素既依托于具体的物理学知识与技能、学习或实践研究的过程与方法，也渗透着不同类别的科学领域情感、态度与价值观，加之以学科问题的解决过程与真实情境的体验作为实践路径，体现出目标叙写结构与内容的立体化深度整合以及系统化纵向融合贯通的特征。对于后者，物理教学目标正由“三维目标”横向并列的分析式思维，转向具有立体性和整合性的动态化系统式思维。因此，学科核心素养视域下高中物理教学目标的设计或叙写可以遵循如下策略。

3.1 基于课程标准，通过学科大概念整合课时教学目标所包含的物理学科核心素养

课程标准是教学目标设计的根本依据，其中的课程目标对经历过某一学段的学科课程学习，学生所应达到的整体核心素养发展状态做了全面表述，然而对于确立教学目标中的学科核心素养则显得简略和概括。另外，课程标准也规范了不同课程模块下各单元主题的内容要求，可视为对教学目标的简单总括性描述，对学科核心素养的整合做得仍不够充分。根据学科核心素养的内涵、构成、培养方式要求，以及课程教学内容的层次结构与内在相互关联，教师需要从整体上把握并规划某一主题的教学内容（单元教学），将学科核心素养与有结构的系统化知识教学进行整合。因此，作为学科教学的基础性框架、学科思想、理论以及所构成体系的附载体，通过联系下位核心概念，聚合相关教学内容，学科大概念亦可引领包括物理观念在内基于情境和问题的多要素核心素养的全面整合性发展。例如，“功和机械能”一章的教学，在最新版高中物理课程标准中对应课程主题“机械能及其守恒定律”的内容要求，涉及若干同一类别的学科核心概念，这些概念具有丰富的物理意义，既各自独立又互相关联，构成一个围绕重要物理学习领域的有组织、有结构的知识有机整体，经过深度抽象与概括可提炼为一个学科大概念——机械能，具体关系如下：物理学中先有能量概念，然后才有功的概念;机械能包括动能、重力势能和弹性势能;动能和势能均可发生变化，均由相关的力做功引起;动能和势能也可发生相互转化，在特定条件下机械能可保持守恒。对以上概念及相互关系的把握可从整体上将单元教学内容和学科核心素养相映射，从而能够更精准、全面地确立课时教学目标所包含的物理学科核心素养。例如，“机械功”一课的课时教学目标可包含如下物理学科核心素养：其一，通过对“子弹击碎玻璃”以及“水电站泄洪”这两个真实情境进行讨论，意在对机械能这个学科大概念形成初步的定性认识;通过人拉购物篮的生活经验来理解功的概念，知道做功的两个必要因素，掌握正功和负功的含义，这涉及功和机械能变化的能量观念，属于物理观念范畴;其二，借助等效替代思想处理力和位移不在一条直线的做功计算问题，计算多个力做功，以及初步理解处理变力做功的极小恒力做功叠加模型，属于科学思维范畴。