◎ 湯清修

編者按

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版）》提出了物理學(xué)科的核心素養(yǎng)，在物理課堂教學(xué)中如何落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，成為學(xué)科教研的重中之重。學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)高低主要看他在解決真實(shí)問題過程中的綜合表現(xiàn)，因此培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)也應(yīng)該在學(xué)科學(xué)習(xí)的過程中，不斷展現(xiàn)與學(xué)科內(nèi)容相關(guān)的真實(shí)問題解決過程。2015 年，國際青年物理學(xué)家錦標(biāo)賽（International Young Physicists’Tournament，以下簡稱“IYPT”）被引進(jìn)上海，更名為上海市中學(xué)生物理學(xué)術(shù)競賽（Shanghai Young Physicists’Tournament，以下簡稱“SYPT”）。參賽學(xué)生用一年的時(shí)間對IYPT 公布的17 個(gè)開放性的真實(shí)問題開展研究，并給出令人信服的解決方案，提升了他們解決復(fù)雜科學(xué)問題的能力。該競賽至今已經(jīng)舉辦五屆，涌現(xiàn)了一批優(yōu)秀的競賽指導(dǎo)學(xué)校，如上海市控江中學(xué)、上海市第二中學(xué)、上海市松江二中、上海市南洋中學(xué)等。上海市教育委員會教學(xué)研究室在上海市控江中學(xué)舉辦了主題為“‘真問題’在物理教學(xué)中的實(shí)踐”的教研活動，旨在將這些學(xué)校取得的成果與經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行交流推廣。本期刊登的3 篇文章分別從主題教研策劃推廣和基礎(chǔ)學(xué)校教師的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)層面呈現(xiàn)。

一、教研活動的主題和期望目標(biāo)

（一）現(xiàn)實(shí)背景和面臨問題

“核心素養(yǎng)”近年來成為教育界的熱門詞語。在學(xué)校的課程與教學(xué)中，“核心素養(yǎng)”的核心既不是單純的知識技能，也不是單純的興趣、動機(jī)、態(tài)度，而在于重視運(yùn)用知識技能、解決現(xiàn)實(shí)課題所必需的思考力、判斷力與表達(dá)力及其人格品性。各學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)反映了國家對學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)果的期望，承載了落實(shí)立德樹人根本任務(wù)在各個(gè)學(xué)科中的具體要求。《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版）》提出了物理學(xué)科的核心素養(yǎng)，現(xiàn)在大家基本認(rèn)同核心素養(yǎng)主要是在解決真實(shí)問題的過程中所反映出的綜合表現(xiàn)。那么，在物理課堂教學(xué)中如何培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)將成為今后一段時(shí)期內(nèi)需要不斷探索與實(shí)踐的問題。

上?！岸谡n改”非常重視科學(xué)探究，課標(biāo)中將科學(xué)探究細(xì)分為六個(gè)要素，在概念規(guī)律的學(xué)習(xí)中，非常關(guān)注探究的過程，積累了大量探究教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)。然而對于知識的應(yīng)用，更多的是通過做題目，考查學(xué)生運(yùn)用知識解決問題的能力。這些題目往往是理想化、模型化的，與真實(shí)生活中的問題有較大的差別，然而學(xué)生經(jīng)常在真實(shí)問題面前束手無策。因此，課堂上如何讓學(xué)生經(jīng)歷“真問題”的研究，成為我們亟待解決的問題。

（二）關(guān)于應(yīng)對策略和活動主題的思考

我們在2015 年成功舉辦了首屆SYPT，至今已經(jīng)舉辦五屆。上海的一些教師開始熟悉這一原本針對國際中學(xué)生的比賽，逐漸對SYPT很感興趣，愿意去關(guān)注和了解比賽的題目和形式。SYPT 大體情況為：①題目選自IYPT 每年公布的 17 道題目，全部來源于生活中真實(shí)開放的問題，如2019 年的一道比賽題為“漏斗與球——一個(gè)輕質(zhì)小球（如乒乓球）可以通過向漏斗吹氣而被拾起。解釋這個(gè)現(xiàn)象并探究相關(guān)影響參數(shù)”。②賽事采用團(tuán)體辯論賽的方式進(jìn)行，關(guān)注了學(xué)生表達(dá)和現(xiàn)場應(yīng)變的能力。中學(xué)生針對這些開放性物理問題的基本知識、理論分析、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、研究方案、結(jié)果討論等進(jìn)行辯論，深具科學(xué)教育價(jià)值。這項(xiàng)比賽提倡知識學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)探索相結(jié)合，將物理問題與日常生活相結(jié)合，有助于培養(yǎng)參賽學(xué)生運(yùn)用物理學(xué)的基礎(chǔ)知識和技術(shù)以及物理實(shí)驗(yàn)的研究方法解決與日常生活相關(guān)的某些真實(shí)問題，注重學(xué)術(shù)研究能力以及流暢表達(dá)學(xué)術(shù)觀點(diǎn)與人際交往的能力，注重個(gè)人能力與團(tuán)隊(duì)合作相結(jié)合，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)意識和協(xié)同研究的能力。

學(xué)術(shù)競賽畢竟是少數(shù)學(xué)生的一項(xiàng)比賽，如何增加學(xué)生的受眾面？一些基層的教師甚至學(xué)校都在探索。觀摩教師感受到參賽學(xué)生在研究課題時(shí)所展現(xiàn)出來的智慧和熱情，感受到學(xué)生在豐富的經(jīng)歷中收獲的喜悅，感受到學(xué)生在提問討論、評述環(huán)節(jié)中碰撞出來的思維的火花，之后就嘗試把 SYPT 的形式引入物理基礎(chǔ)課程的課堂教學(xué)。

參賽學(xué)校都十分支持和認(rèn)可這項(xiàng)比賽。有些學(xué)科負(fù)責(zé)人認(rèn)為SYPT 對于物理課堂教學(xué)和學(xué)科建設(shè)有著非常積極的意義，特別是在新高考改革背景下，為學(xué)生學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)、創(chuàng)新潛質(zhì)的激發(fā)、團(tuán)隊(duì)意識的提升提供了非常好的平臺。上述體會激發(fā)了學(xué)校將這項(xiàng)活動納入校本課程體系的愿望，因此近兩年來嘗試借鑒SYPT 中“真問題研究”理念，“再構(gòu)”學(xué)校物理課程體系。

鑒于上述思考，我們確定了本次教研活動的主題為“‘真問題’在物理教學(xué)中的實(shí)踐”。通過控江中學(xué)的教學(xué)展示及教研組活動，展示在物理課堂上讓學(xué)生經(jīng)歷“真問題”的解決過程，展示學(xué)校層面對課程設(shè)計(jì)的整體思考。

（三）關(guān)于活動目標(biāo)和期望成果

本次活動的主要目標(biāo)確定如下。

（1）結(jié)合學(xué)術(shù)競賽課題研究，探索“真問題”在物理學(xué)科教學(xué)中的應(yīng)用。

（2）探索以問題解決為特征的課堂教學(xué)模式，落實(shí)對學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

（3）探索學(xué)校以物理為主，開展跨學(xué)科綜合課程的機(jī)制建設(shè)。

本次活動期望解決的問題有：①選擇怎樣的“真問題”，適合與物理課堂教學(xué)結(jié)合？②以問題解決為特征的課堂教學(xué)基本結(jié)構(gòu)如何？③控江中學(xué)的學(xué)校課程模式是否可以借鑒？

二、活動方式和基本流程

（一）活動方式（見表1）

表1 活動方式

（二）活動基本流程（見圖1）

圖1 活動基本流程

三、活動過程和重要環(huán)節(jié)

（一）準(zhǔn)備階段

（1）確定展示課的內(nèi)容與形式。 確定“跳舞的硬幣”作為教學(xué)內(nèi)容，考慮到這項(xiàng)“真問題”的研究，學(xué)生需要經(jīng)歷較長的時(shí)間。為了完整呈現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)和交流的過程，我們將這個(gè)內(nèi)容分成三個(gè)部分進(jìn)行：①采用短課形式，完成“真問題”的布置與初步分析；②學(xué)生組隊(duì)課外研究，完成研究報(bào)告；③采用長課形式，完成各小組的交流匯報(bào)。

（2）進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)與磨課。執(zhí)教教師完成教學(xué)設(shè)計(jì)，然后與區(qū)教育學(xué)院的教研員等核心組成員一起進(jìn)行磨課并修改教學(xué)設(shè)計(jì)，直到完成短課視頻的拍攝。

（3）確定教研組交流內(nèi)容與形式。教研組從基礎(chǔ)型課程、拓展型課程和學(xué)生社團(tuán)等不同方面，開展“真問題”在教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)踐匯報(bào)。由三組教師用說課、專題發(fā)言、交流實(shí)施體會等形式進(jìn)行匯報(bào)。

（二）現(xiàn)場活動

（1）短課的說課活動。考慮到教學(xué)的完整性，教學(xué)展示課前，執(zhí)教教師用 10 分鐘介紹短課的教學(xué)流程及設(shè)計(jì)意圖。

（2）長課的現(xiàn)場教學(xué)。學(xué)生分成三組匯報(bào)，每組 10 分鐘交流展示自己組的研究過程以及得出的結(jié)論，其他小組同學(xué)傾聽，然后進(jìn)行 5 分鐘的提問與回答環(huán)節(jié)，接著完成互評的評價(jià)表。三組匯報(bào)完成后，由執(zhí)教教師完成總結(jié)和點(diǎn)評。

（3）參觀社團(tuán)活動專用教室。在專用教室展示不同研究組針對一部分參賽題創(chuàng)作的研究成果。

（4）教研組的經(jīng)驗(yàn)交流。首先由兩位執(zhí)教教師談教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施全過程的收獲與反思，介紹“真問題”在基礎(chǔ)型課堂的教學(xué)實(shí)踐。然后由拓展型課程的負(fù)責(zé)教師介紹學(xué)校無人機(jī)和航模項(xiàng)目中開展的“真問題”教學(xué)實(shí)踐。最后由教研組長介紹物理學(xué)術(shù)競賽的社團(tuán)對參賽題目的準(zhǔn)備情況。

（三）后期總結(jié)

（1）研討在教研網(wǎng)絡(luò)平臺上延續(xù)。由于研討時(shí)間有限，許多參與活動的教師沒有辦法進(jìn)行現(xiàn)場交流，只能將此活動放在教研網(wǎng)上繼續(xù)進(jìn)行探討。

（2）完成本次教研活動的總結(jié)。整理本次教研活動資料，對活動進(jìn)行反思，完成教研案例的撰寫。

四、活動的持續(xù)和跟進(jìn)行動

（一）對主題教研的思考

本次“真問題”選擇“跳舞的硬幣”為課題，內(nèi)容為“把一枚硬幣放在一個(gè)充分冷卻的瓶子的瓶口上。過段時(shí)間你會聽見聲響并看到硬幣在跳動。解釋這個(gè)現(xiàn)象并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證你的觀點(diǎn)”。這一課題首先要求操作觀察，其次思考背后涉及的物理知識，最后解釋這個(gè)現(xiàn)象，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證你的想法。

1.問題的描述不需要非常精準(zhǔn)

上述課題是一項(xiàng)研究新任務(wù)，不是一次考試，因此它的問題描述不需要非常精準(zhǔn)。這樣做可以使任務(wù)具有一定的挑戰(zhàn)性，要求學(xué)生在嘗試操作觀察的過程中，逐漸發(fā)現(xiàn)一些實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵點(diǎn)，嘗試改進(jìn)后才能復(fù)現(xiàn)問題中描述的現(xiàn)象?！疤璧挠矌拧敝?，有意未說明“硬幣需要沾取液體（如水）”來密封一個(gè)充分冷卻的瓶口，一段時(shí)間后，就能看到硬幣的跳動。

2.問題涉及的知識與物理教學(xué)結(jié)合緊密

“真問題”要與基礎(chǔ)課結(jié)合，其涉及的知識必須與基礎(chǔ)型物理課程內(nèi)容結(jié)合緊密。因此，需要選擇合適的“真問題”。“跳舞的硬幣”中的硬幣在未跳起的過程中，我們可以將其歸為玻意耳定律適用的情況進(jìn)行分析。學(xué)生可以將課堂學(xué)習(xí)的知識、實(shí)驗(yàn)技能、分析能力等充分運(yùn)用在解決這一真實(shí)、有趣的問題中，體會到學(xué)習(xí)的價(jià)值和樂趣。

3.以問題解決為特征的課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)

在以問題解決為特征的課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)中，學(xué)生交流表達(dá)機(jī)會較多，例如，在問題拋出后，學(xué)生圍繞問題進(jìn)行解析，分享各組的想法；在設(shè)計(jì)初步方案后，又需要增加交流的環(huán)節(jié)，相互之間可以質(zhì)疑和解釋；在研究之后，介紹小組研究過程，分享研究成果，再次圍繞研究進(jìn)行質(zhì)疑和解釋等。教師闡述時(shí)間少，在這個(gè)過程中，主要引導(dǎo)活動能夠進(jìn)行下去，在活動的最后評價(jià)學(xué)生參與的情況。這樣的課堂交流表達(dá)、動手操作往往占據(jù)了課堂 80%的時(shí)間。

4.經(jīng)歷問題解決和交流表達(dá)的過程時(shí)間成本很高

在問題解決的過程中，學(xué)生經(jīng)歷“真問題”的研究和模型不同，需要學(xué)生對影響該問題的主要因素、次要因素進(jìn)行合理判斷，然后簡化為可研究的物理問題，這個(gè)過程學(xué)生可能會經(jīng)歷“失敗—改進(jìn)—再失敗—再改進(jìn)”這樣曲折的過程。在相互交流的過程中，教師鼓勵(lì)學(xué)生站在對方研究者的立場上，指出他們研究中可能存在的問題等。這些都需要充分的時(shí)間保障。

（二）對教學(xué)的改進(jìn)建議

1.設(shè)置問題解決的環(huán)節(jié)

在平時(shí)的物理課堂教學(xué)中，教師可以設(shè)置一些小的問題解決環(huán)節(jié)。這樣的問題不宜太大、太開放，教師要設(shè)置好階梯式的問題，幫助大多數(shù)學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)達(dá)成。例如，“力的合成”這節(jié)課中，過去教師會講解實(shí)驗(yàn)步驟后，反問學(xué)生“為什么一個(gè)力拉彈簧測力計(jì)是要橡皮繩的結(jié)點(diǎn)位置與兩個(gè)互成角度的力拉時(shí)的結(jié)點(diǎn)位置重合？”學(xué)生能根據(jù)合力、分力的知識解釋這一操作背后的方法。然而經(jīng)過改進(jìn)后，教師要求學(xué)生依據(jù)等效的方法，使一個(gè)力和兩個(gè)互成角度的力成為合力與分力的關(guān)系。

上述這樣就變成問題解決的模式了，不僅需要學(xué)生理解合力、分力等效的關(guān)系，理解力的效果相同的本質(zhì)含義，還增加了操作技能方面的要求。

2.階段學(xué)習(xí)后設(shè)置合適的“真問題”

教師在學(xué)生進(jìn)行階段學(xué)習(xí)后可以設(shè)置比較完整的“真問題”的研究，讓學(xué)生經(jīng)歷相對完整的問題解決過程。例如，在學(xué)習(xí)牛頓運(yùn)動定律后，教師可以設(shè)計(jì)一個(gè)“超重、失重現(xiàn)象的研究”或者“智能手機(jī)橫屏變豎屏的研究——加速度計(jì)”等，可以結(jié)合課內(nèi)外時(shí)間安排一個(gè)相對完整的“真問題”的研究過程。由于學(xué)生學(xué)習(xí)物理的時(shí)間比較有限，所以需要合理布局。

3.滿足不同類型學(xué)生的個(gè)性化需求

學(xué)校層面可以設(shè)置長、短課的實(shí)踐，以滿足不同課型的需求。學(xué)?？梢蚤_設(shè)不同的選修拓展型課程，讓學(xué)生在自己感興趣的領(lǐng)域得到充分發(fā)展。對于能夠獨(dú)立學(xué)習(xí)的學(xué)生，學(xué)?？梢酝ㄟ^開放實(shí)驗(yàn)室、組建學(xué)生社團(tuán)、聯(lián)系相關(guān)高校等，充分滿足學(xué)生個(gè)性發(fā)展的需求。這些做法可以借鑒控江中學(xué)的學(xué)校課程模式。

然而本次活動還存在不足之處，比如教研組經(jīng)驗(yàn)交流環(huán)節(jié)中，教研組教師的發(fā)言還不夠聚焦本次教研活動的主題，需要進(jìn)一步梳理教研組經(jīng)驗(yàn)中與本次活動相關(guān)的內(nèi)容，進(jìn)行統(tǒng)整后規(guī)定交流時(shí)間。本次活動最后應(yīng)該安排一個(gè)微報(bào)告，將實(shí)踐提升到理論層面，同時(shí)也適當(dāng)介紹全市其他相關(guān)學(xué)校、區(qū)域好的做法，以擴(kuò)大參與面和影響力。