許　靜，廖伯琴

(1.天津師范大學(xué) 教師教育學(xué)院，天津 300387；2.西南大學(xué) 物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，重慶 400715)

廖伯琴，西南大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，博士，主要從事科學(xué)教育研究。

一、引言

2009年法國國民教育部公布實施高中教育改革，此次改革的目標可以歸結(jié)為“更好定向”“更好輔導(dǎo)”“學(xué)好外語”三個方面[1]，目的在于幫助高中學(xué)生取得未來成功，使他們獲得“必不可少的共同基礎(chǔ)”?！肮餐A(chǔ)”包含七種能力，即掌握法語、實踐一門外語、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)能力、科學(xué)與技術(shù)文化、信息與通訊的常規(guī)技術(shù)、社會與公民能力、自主與創(chuàng)新能力[2]，這七種能力與歐盟的八大核心素養(yǎng)①相吻合。我國高中物理課程標準也指出，高中物理教學(xué)應(yīng)進一步促進學(xué)生物理核心素養(yǎng)的養(yǎng)成和發(fā)展。核心素養(yǎng)的形成本身是學(xué)校課程的一個目標，同時也是達成其他目標的手段。[3]世界上眾多國家把核心素養(yǎng)或關(guān)鍵能力引入學(xué)校課程體系，圍繞核心概念組織和整合學(xué)科內(nèi)容，重視發(fā)揮核心概念的教育價值與功能，保障每一位學(xué)習(xí)者的知識與人格建構(gòu)。教材是教師與學(xué)生直接面對的物化了的課程，其蘊含著學(xué)科固有的基本概念和技能，以及學(xué)科特有的認知方式和思維方式，是支撐核心素養(yǎng)得以形成的構(gòu)件。

2010—2012年法國阿歇特出版集團出版了具有代表性的新課程教材《物理化學(xué)》(以下簡稱為法國教材)，此套教材是法國高中科學(xué)學(xué)科的主流教材之一。本文通過文本梳理分析法國高中物理教材核心概念的選擇特點，并以“動量與能量守恒”概念系統(tǒng)為例，闡明法國高中物理教材在核心概念的選擇、組織和呈現(xiàn)方面的特點，以期為我國高中物理課程設(shè)計和圍繞核心概念的物理教學(xué)提供參考。

二、法國高中物理教材涵蓋的核心概念

1.核心概念的內(nèi)涵

核心概念與基本概念、主要概念、核心觀點的意義相近，是位于學(xué)科中心的概念性知識，包括對重要概念、原理、理論等的基本理解和解釋，這些內(nèi)容是學(xué)科結(jié)構(gòu)的主干部分。[4]

物理概念具有一定的層次結(jié)構(gòu)，位于概念層次結(jié)構(gòu)最上端的、抽象概括程度更高的上位概念即為核心概念，如物質(zhì)、能量、運動等，它比下位概念更能綜合地解釋更廣泛的自然事物與現(xiàn)象，能幫助學(xué)習(xí)者理解大量的信息和形成物理觀念，能用這些觀念描述自然界的圖景，解釋自然現(xiàn)象和解決實際問題。因此物理核心概念的選擇和確定，一定要體現(xiàn)物理學(xué)科的主要觀點和邏輯結(jié)構(gòu)，應(yīng)具有一定的前沿性，為學(xué)生對新知識的探索和持續(xù)不斷的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，對于提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)具有重要價值。

2.法國高中物理教材核心概念的選擇特點

借鑒埃里克(H.Lynn.Erickson)從文本中梳理大概念的方法，筆者整理了法國高中物理教材的核心概念。通過語義單元命題梳理教材每章涉及的具體概念、原理、規(guī)律、定律，這樣的表述易于建立概念間的聯(lián)系。法國教材物理課程內(nèi)容以主題形式呈現(xiàn)，如高二學(xué)段第12章，以“場”為主題的內(nèi)容包括：標量場、矢量場、電場、磁場、地磁場、勻強場、重力場。本研究將同一領(lǐng)域的概念匯集到一起，總結(jié)出法國高中物理教材的核心概念為9個概念系統(tǒng)，結(jié)果見表1。已有研究確立的我國人教版高中物理教材為11個核心概念[5]，通過對比可以看出法國高中物理教材核心概念的選擇特點。

表1　中法高中物理教材的核心概念

中法教材在力學(xué)、光學(xué)、近代物理部分涵蓋的核心概念在較大程度上是一致的，其中法國教材涉及壓強、透鏡成像和三原色的內(nèi)容。電學(xué)和熱學(xué)部分的核心概念有一定的差異，法國教材在電磁學(xué)部分主要以“穩(wěn)定的電磁場”這一主題組織知識內(nèi)容，涉及電場強度、磁感應(yīng)強度、電勢、電勢能等基本物理量，以及電場力做功的特點等，并呈現(xiàn)了電磁波在醫(yī)學(xué)、天文學(xué)方面的應(yīng)用。熱學(xué)部分，法國教材僅有一章的內(nèi)容即能量的傳遞，涉及布朗運動、做功和熱傳遞、分子動能和勢能、內(nèi)能、溫度、平衡態(tài)等知識。法國教材中電磁學(xué)內(nèi)容相對較少，其原因在于法國教科書初中階段電學(xué)所占比例達到了50 %，涉及電在生產(chǎn)和生活中的大量應(yīng)用，包括電磁感應(yīng)現(xiàn)象的探究和手搖發(fā)電機的原理解釋等。[6]由于兩國國情、物理教育理念以及教材編寫者對物理知識定位的不同，因此在核心概念選擇上會出現(xiàn)差異。

三、法國高中物理教材核心概念的組織和呈現(xiàn)方式

核心概念位于物理概念體系的中心點，可以衍生出若干子概念而構(gòu)成概念網(wǎng)絡(luò)。下面以“動量與能量守恒”概念系統(tǒng)為例，闡明法國教材在核心概念的組織和呈現(xiàn)方面的特點。

1.內(nèi)容組織

(1)統(tǒng)攝的知識內(nèi)容

法國教材中的“動量與能量守恒”概念系統(tǒng)共有五部分內(nèi)容，即能量守恒定律、能源資源、功和能量、能源問題、動量。動量的內(nèi)容沒有獨立的章節(jié)，出現(xiàn)在“運動學(xué)與牛頓力學(xué)”一章，從力在時間上累積作用的角度呈現(xiàn)牛頓第二定律及動量守恒。教材將功、動能、重力勢能、機械能守恒、動量守恒納入學(xué)習(xí)范疇，但沒有動能定理、動量定理的內(nèi)容。法國教材圍繞能源與社會問題設(shè)置了獨立的“能源資源”和“能源問題”章節(jié)，包括了解開發(fā)和使用的能源種類、21世紀人類面臨的能源問題以及解決方案等，讓學(xué)生思考能源的開發(fā)與利用等問題，從理解科學(xué)、技術(shù)、社會和環(huán)境之間關(guān)系的角度，凸顯了對科學(xué)和技術(shù)應(yīng)有的正確態(tài)度和社會責(zé)任感。

(2)概念的發(fā)展主線

法國教材以“能量”為主線，按照“能→功”的邏輯順序編排知識內(nèi)容，見表2。在學(xué)習(xí)能量守恒這一概括性較高的上位概念的基礎(chǔ)上，講述自由落體運動的能量轉(zhuǎn)化、固體在流體中運動的能量損失、熱傳遞中的能量、β衰變中的能量，使每一步學(xué)習(xí)都能豐富能量守恒這個總概念，這樣可以降低學(xué)生理解的難度。在分析重力做功、電場力做功、摩擦力做功、做功與能量變化關(guān)系的基礎(chǔ)上，提出保守力做功與非保守力做功，在保守力做功的基礎(chǔ)上引入勢能的概念，并結(jié)合能量變化的函數(shù)圖像，講解機械能守恒和機械能不守恒。法國教材以“能量”為核心，涉及不同種類、不同形式的能量，從宏觀運動中的能量到微觀粒子中的能量，將功與能量守恒貫穿于力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)、原子物理等各部分中，揭示了能量守恒定律在自然界的普遍性。

法國教材將同一類型的知識編排在一起，形成知識鏈條或知識串序列，打破各個重要概念間的孤立情況；注重相關(guān)知識的整合，以組織化和系統(tǒng)化的形式編排學(xué)習(xí)內(nèi)容，讓學(xué)生能夠較為全面地認識物理學(xué)知識間的內(nèi)在聯(lián)系。這樣的內(nèi)容編排體現(xiàn)了當代基礎(chǔ)教育科學(xué)課程改革的核心理念，即整合與發(fā)展?！罢稀笔侵赣煤诵母拍罱M織課程內(nèi)容[7]，具體是指以主題和事實作為理解核心概念的鋪墊，以此幫助學(xué)生發(fā)展深層次的概念理解。

表2　“能量守恒”的內(nèi)容組織

2.呈現(xiàn)方式

法國教材各章內(nèi)容主要由三部分組成——活動、課程知識、習(xí)題。核心概念的呈現(xiàn)強調(diào)學(xué)生在自主學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上獲得必不可少的共同基礎(chǔ)，具體體現(xiàn)在以下四個方面：

(1)創(chuàng)設(shè)真實問題情境學(xué)習(xí)核心概念

法國教材的章首圖色彩鮮艷，為教學(xué)提供了豐富的資源。章首圖的設(shè)計注重從生活和生產(chǎn)實際情景中提出問題，如冰川融化、風(fēng)力發(fā)電、城市中的能耗問題等。圖片下方采用問題的方式指明本章學(xué)習(xí)的核心內(nèi)容，并羅列本章的學(xué)習(xí)目標，體現(xiàn)了學(xué)習(xí)目標的明確性和指向性。各章章首圖的編排內(nèi)容見表3?；顒硬糠滞瑯油ㄟ^創(chuàng)設(shè)真實的問題情境引入。法國教材圍繞基本問題進行課程設(shè)計，把知識與現(xiàn)實意義聯(lián)系起來，以問題為驅(qū)動力拓展學(xué)生思考的空間。

表3　法國教材章首圖的呈現(xiàn)方式

(續(xù)表)

(2)通過“活動”學(xué)習(xí)核心概念

法國教材活動與課程知識的講解是分開的。課程知識具體呈現(xiàn)本章的知識內(nèi)容、公式、定律，與活動內(nèi)容保持一致，逐條羅列，簡潔明確?！盎顒印辈糠职▽嶒炋骄俊⒈尘百Y料、科學(xué)史資料，如研究球在空氣和液體中下落、中微子的發(fā)現(xiàn)與能量守恒、研究單擺中擺球的能量變化、以伽利略對比薩大教堂吊燈擺動的研究說明時間的測量、介紹人類對時間的研究歷程，以及用原子鐘精確測量時間的原理、閱讀資料思考“減少能源消耗的方法和途徑”等?！盎顒印辈糠滞怀鲋R在各種背景下的表現(xiàn)方式和問題解決的方法，這樣的課程設(shè)計體現(xiàn)了國際科學(xué)教育理念，在理解和參與科學(xué)的同時，注重科學(xué)精神、科學(xué)思想和方法、科學(xué)過程，也給學(xué)生提供了較大的自主學(xué)習(xí)空間。

(3)運用核心概念解決不同形式和層次的應(yīng)用問題

法國教材為了實現(xiàn)對知識的應(yīng)用與綜合貫通，設(shè)置了自我評估、例題、即時練習(xí)和章末習(xí)題四個部分，其中章末習(xí)題包括選擇題、簡述題、簡單計算題、綜合計算題、特色習(xí)題(改錯題、自選題和英語題)。法國教材的習(xí)題不僅類型多樣，而且遵循由易到難的順序編寫。

自我評估以表格的形式呈現(xiàn)選擇題，考查學(xué)生對概念、公式的記憶，題中標明頁數(shù)，便于學(xué)生到教材中查找相關(guān)信息，進行自主學(xué)習(xí)。例題由“能力要求”“建議”“解決方案”三部分構(gòu)成，明確指出解決該問題的思路和要達到的能力水平，呈現(xiàn)規(guī)范的解答過程，突出邏輯推理。即時練習(xí)與例題難度相當，是在例題基礎(chǔ)上的拓展和延伸。章末習(xí)題中的簡述題以社會熱點問題及物理學(xué)史資料為題設(shè)背景，取材廣泛，注重考查學(xué)生的閱讀能力、信息提取能力、分析能力。改錯題不僅讓學(xué)生熟悉解題思路，而且能發(fā)現(xiàn)平時容易出錯的地方，注重細節(jié)。自選題設(shè)置了難易兩種水平的問題，給學(xué)生解決問題搭設(shè)了臺階。英語題即物理計算題用全英文編寫，體現(xiàn)了法國教材對外語的重視。

習(xí)題的目的在于鞏固所學(xué)知識， 并解決實際物理問題。法國教材的習(xí)題設(shè)計多配以插圖，如情境圖、實驗裝置圖、工作原理圖、漫畫、圖表等，并指明應(yīng)達到的能力要求，習(xí)題選擇與生活、社會、科技發(fā)展密切相關(guān)的實際問題，與章節(jié)的課程內(nèi)容一一對應(yīng)，對相應(yīng)的知識點精選難易程度不同的習(xí)題。這樣的習(xí)題設(shè)置，能使學(xué)生在解決真實問題的過程中，增強對物理學(xué)習(xí)的親切感，避免枯燥和單一，還能起到舉一反三的效果，既可減少學(xué)生的課業(yè)負擔(dān)，同時又可增強學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

(4)運用信息技術(shù)豐富學(xué)習(xí)核心概念的形式

信息技術(shù)的運用是法國共同基礎(chǔ)的七種能力之一，信息技術(shù)的重要性在法國教材的各章中都有體現(xiàn)，高三教材還獨立設(shè)置了兩章相關(guān)內(nèi)容，分別是數(shù)字化信息、信息的傳輸和存儲。

數(shù)字化信息系統(tǒng)實驗是由“傳感器+數(shù)據(jù)采集器+實驗軟件包+計算機”構(gòu)成的新型實驗系統(tǒng)，它使得傳統(tǒng)物理實驗在現(xiàn)代教育技術(shù)的帶動下變得既真實又準確，為學(xué)生探究物理規(guī)律創(chuàng)設(shè)了更便利、更形象的學(xué)習(xí)環(huán)境，促進了教學(xué)手段和教學(xué)方式的現(xiàn)代化。如使用溫度傳感器測量熱傳遞中的能量變化、使用傳感器采集數(shù)據(jù)，記錄擺角隨時間的變化規(guī)律，研究單擺中擺球的能量轉(zhuǎn)化。再如，球在空中的下落實驗，教材中有3頁內(nèi)容專門講述如何拍攝球的下落運動、如何利用計算機處理數(shù)據(jù)和繪制圖像。信息技術(shù)的運用達到了簡化計算、方便作圖、提高準確性、提高學(xué)習(xí)效率的目的，能使學(xué)生更直觀地發(fā)現(xiàn)某種規(guī)律，豐富了其學(xué)習(xí)核心概念的視角，使學(xué)生有更多時間和精力去探索更廣泛、更本質(zhì)的物理問題。

四、結(jié)論與啟示

1.結(jié)論

不同國家的課程與教學(xué)政策、教材編寫者的價值取向、教師使用教材的理念和方法均存在一定的差異。法國教材核心概念的選擇、組織和呈現(xiàn)方面的特點如下：

(1)法國教材的核心概念為9個概念系統(tǒng)。法國教材以力學(xué)、光學(xué)、近代物理三部分內(nèi)容為主，關(guān)注近代物理知識的學(xué)習(xí)，突出了物理學(xué)在實驗和理論方面的發(fā)展與成就，體現(xiàn)了教學(xué)內(nèi)容的現(xiàn)代化。

(2)法國教材在“動量與能量守恒”概念系統(tǒng)中，建立了以“能量”為核心的輻射狀的知識結(jié)構(gòu)體系，注重知識間的橫向聯(lián)系，體現(xiàn)出核心概念內(nèi)容豐富和表現(xiàn)形式多樣的特點。

(3)法國教材核心概念采取問題引導(dǎo)、設(shè)置活動等方式呈現(xiàn)，強調(diào)學(xué)生的自主探索和知識建構(gòu)。數(shù)字化實驗以及計算機的運用，改變了學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，也體現(xiàn)了教學(xué)方式的現(xiàn)代化。不同層次的習(xí)題類型豐富，并注重運用核心概念解決復(fù)雜的真實性問題。

2.啟示

圍繞核心概念進行“少而精”的課程設(shè)計，關(guān)注對抽象概念、原理的精心組織和展開，有助于解決學(xué)時的有限性與科學(xué)知識快速增長之間的矛盾，這也是優(yōu)質(zhì)課堂的主要特征之一。從促進學(xué)生物理核心素養(yǎng)的養(yǎng)成和發(fā)展課程目標的角度出發(fā)，法國高中物理教材在核心概念的選擇、組織和呈現(xiàn)方面的特點，對我國圍繞核心概念的物理教學(xué)具有一定的啟示作用。

(1)呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)化的學(xué)習(xí)內(nèi)容

我國物理教材的知識結(jié)構(gòu)傾向于直線型[8]， 法國物理教材的知識結(jié)構(gòu)傾向于網(wǎng)絡(luò)型，網(wǎng)狀的知識結(jié)構(gòu)更利于學(xué)生對知識的理解、 保存和提取。教學(xué)中可以考慮從優(yōu)化教材知識結(jié)構(gòu)入手，對教材進行重構(gòu)，即二次開發(fā)，為學(xué)生呈現(xiàn)豐富的、深刻結(jié)構(gòu)化的學(xué)習(xí)材料。首先，綜合考慮學(xué)生的心理認知規(guī)律與學(xué)科知識邏輯之間的關(guān)系，從理解概念間的聯(lián)系、構(gòu)成高度概括與抽象的知識網(wǎng)絡(luò)的角度出發(fā)，為學(xué)生搭建有邏輯體系、合理的物理知識結(jié)構(gòu)。其次，從物理學(xué)概念和思想發(fā)展、變革過程的角度出發(fā)，利用物理學(xué)史資料充實和深化學(xué)習(xí)內(nèi)容，幫助學(xué)生加深對物理概念和規(guī)律的深層理解，體會其中蘊含的復(fù)雜而豐富的思想和情感內(nèi)容，形成對物理圖景的認識，建立完整的物理觀念。

(2)體現(xiàn)素養(yǎng)本位的教學(xué)設(shè)計

核心概念是一個擁有“核”的概念群，其能有效組織大量的事實和其他概念，上位的核心概念可拆分為具體的子概念，若干子概念又可組成相互關(guān)聯(lián)的知識體系。以核心概念為中心的“概念圖”，可以體現(xiàn)概念的縱向發(fā)展主線和橫向聯(lián)系節(jié)點，在相關(guān)概念的聯(lián)結(jié)處常蘊含著豐富的物理學(xué)思想和方法。核心概念內(nèi)容豐富，聯(lián)系廣泛，表現(xiàn)形式多樣，不同的關(guān)注點和處理方式體現(xiàn)在教師對教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)過程的精心設(shè)計上，圍繞核心概念的教學(xué)設(shè)計應(yīng)由“知識本位”走向“素養(yǎng)本位”。教師可采用文本、圖片、演示實驗、探究活動、物理學(xué)史資料等，整合基本的物理觀念、物理學(xué)的具體科學(xué)方法、科學(xué)探究技能進行結(jié)構(gòu)化的教學(xué)設(shè)計。通過一個一個的問題組織學(xué)習(xí)活動，為學(xué)生搭建思維的階梯，創(chuàng)設(shè)以問題為驅(qū)動力的深度學(xué)習(xí)的課堂環(huán)境，提升和發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維能力。

(3)注重多元的學(xué)習(xí)方式

核心概念是在事實基礎(chǔ)上產(chǎn)生的深層次的、可遷移的觀念，具有高度概括與抽象的特征。它們要通過問題探究活動才能使得學(xué)生的思維超越具體的事實和活動，實現(xiàn)知識建構(gòu)與學(xué)習(xí)遷移。從使學(xué)生“學(xué)會學(xué)習(xí)”的角度出發(fā)，應(yīng)將自主探索、實驗與探究、閱讀與思考等物理學(xué)習(xí)方式落在實處，通過運用科技手段和不同方法收集、處理信息，描述和解釋探究結(jié)果，提升學(xué)生的信息素養(yǎng)。為了發(fā)展學(xué)生對概念的深層理解和運用，教師應(yīng)關(guān)注情境化的統(tǒng)整性評價任務(wù)，側(cè)重于考查概念之間的關(guān)聯(lián)，以及新情境下對概念的應(yīng)用，將學(xué)生置身于原始的、真實的、復(fù)雜的情境，在解決真實問題的過程中，應(yīng)用物理觀念分析實際問題，進行預(yù)測、解釋、推論等實踐活動，發(fā)展學(xué)生的物理學(xué)科能力。

注釋：

①八大核心素養(yǎng)由“學(xué)科素養(yǎng)”和“跨學(xué)科素養(yǎng)”兩部分構(gòu)成：“母語交際、外語交際、數(shù)學(xué)素養(yǎng)和基礎(chǔ)科技素養(yǎng)”屬于學(xué)科素養(yǎng)，“數(shù)字素養(yǎng)、學(xué)會學(xué)習(xí)、社會與公民素養(yǎng)、首創(chuàng)精神和創(chuàng)業(yè)意識、文化意識和表達”屬于跨學(xué)科素養(yǎng)。

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