楊 貴

(紅河哈尼族彝族自治州第一中學(xué) 云南 紅河 661100)

李燕瓊

(蒙自市第四中學(xué) 云南 紅河 661100)

為落實“立德樹人”教育根本任務(wù)，2016年中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)研究成果發(fā)布：“以人為本”從人的個體性、社會性和文化性出發(fā)，凝練了發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的18項綜合指標，其中關(guān)于思維方法、思維品質(zhì)的指標為“理性思維、批判質(zhì)疑”.為實踐落實各項“核心素養(yǎng)”指標，2017年以來各學(xué)科課程標準頒布，學(xué)校就作為核心素養(yǎng)有效實施的“主陣地”，學(xué)科課堂就成了核心素養(yǎng)落地生根的“前鋒營”.物理學(xué)科作為核心素養(yǎng)培養(yǎng)的重要學(xué)科，其核心素養(yǎng)包括 “物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任” 4個方面，“科學(xué)思維”是物理學(xué)科核心素養(yǎng)的關(guān)鍵性素養(yǎng)，是培養(yǎng)“理性思維、質(zhì)疑創(chuàng)新”指標的核心要素.本文在課程教學(xué)觀視角下對科學(xué)思維、模型建構(gòu)、科學(xué)推理等內(nèi)容進行拓展，構(gòu)建了高中物理科學(xué)思維目標體系，有助于增強“思維素養(yǎng)”培養(yǎng)的整體銜接性，有助于“科學(xué)思維”教學(xué)實施及評價.

1 “科學(xué)思維”目標體系的構(gòu)建

1.1 追問：課程教學(xué)觀視角

教育目標的實踐需考慮以下問題：(1)教育目標是什么？(2)為實現(xiàn)教育目標課程標準、教材怎么編寫？(3)為落實課程標準，教師怎樣把課程標準精神和教材知識高效精準地傳授給學(xué)生？(4)學(xué)生怎樣高效的學(xué)習(xí)、自主發(fā)展，提升自身的文化基礎(chǔ)？從怎樣有效地編寫課程標準、教材的視角審視教育實踐活動，稱之為課程觀視角；從學(xué)生怎么樣高效學(xué)習(xí)、自主發(fā)展，提升自己文化基礎(chǔ)的視角審視教育實踐活動，稱之為學(xué)生觀視角.從教師怎樣高效地使課程標準精神和教材內(nèi)容，依據(jù)學(xué)生認知、身心發(fā)展規(guī)律，開展有效教學(xué)設(shè)計、實施高效課堂和精準評價的視角審視教育實踐活動，稱之為課程教學(xué)觀視角.因此，有效落實“核心素養(yǎng)”，可以走課程觀路徑、學(xué)生觀路徑和課程教學(xué)觀路徑，課程專家已經(jīng)編寫出物理課程標準和與課程標準保持高度一致性的教材，是走課程觀路徑，本文從課程教學(xué)觀視角進行探究.

1.2 追問：科學(xué)思維

2017年版普通高中物理課程標準中“科學(xué)思維”是指：“從物理學(xué)視角對客觀事物本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認識方式; 是基于經(jīng)驗事實建構(gòu)物理模型的抽象概括過程;是分析綜合、推理論證等方法在科學(xué)領(lǐng)域的具體運用; 是基于事實證據(jù)和科學(xué)推理對不同觀點和結(jié)論提出質(zhì)疑和批判，進行檢驗和修正，進而提出創(chuàng)造性見解的能力與品格，主要包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素”[1].要依據(jù)此進行“科學(xué)思維”素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計、教學(xué)實施及評價，需要追問以下問題：(1)課程教學(xué)觀視角下，科學(xué)思維到底是什么？(2)高中物理科學(xué)思維要素，除了“模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新”4個外，還有哪些其他要素？(3)高中物理模型有哪些？科學(xué)推理的特定形式有哪些？

為了回答(1)、(2)兩個問題，需要先明確“思維、科學(xué)思維、思維方法”的概念.《辭?！分袑λ季S的描述：“思維”指理性認識(思想)或指理性認識的過程(思考)，是人腦對客觀事物間接的和概括的反映[2]；科學(xué)思維強調(diào)以實證為判斷的依據(jù)、以邏輯作論證的手段、以質(zhì)疑作評價的起點[3]；思維方法就是思維主體為達到思維目的，把相關(guān)概念和動作因素組合排列成為靜態(tài)的或動態(tài)的具有先后次序、步驟、程序和可以運行的操作過程的總和[4].從課程教學(xué)觀視角，“科學(xué)思維”是指物理理論體系的建構(gòu)或應(yīng)用的思維方法和思維品質(zhì).

查閱書籍和文獻資料，關(guān)于“思維方法”的框架結(jié)構(gòu)及內(nèi)容沒有統(tǒng)一的認識：第一種觀點認為，思維的方法是抽象、歸納、演繹、分析與綜合等[5]，包括邏輯思維方法和非邏輯思維方法(直覺、靈感、想象等)[6]；第二種觀點認為，科學(xué)思維方式是基于經(jīng)驗事實建構(gòu)理想模型的抽象概括，是基于科學(xué)理性的分析綜合與推理論證，是基于事實證據(jù)和科學(xué)推理對不同觀點和結(jié)論提出質(zhì)疑與批判等[7].綜合觀之，科學(xué)思維方法包含“抽象、推理、論證、概括、分析、綜合、批判、質(zhì)疑、創(chuàng)新”等內(nèi)容.

在“三維目標”教學(xué)中：完整意義上的物理教育包括物理知識教育、物理方法教育、物理思想教育、物理觀念教育、物理精神教育.其中“物理思想”諸如：對稱思想、守恒思想、可逆思想、假說思想等[8]；物理科學(xué)方法蘊含在概念教材、規(guī)律教材和應(yīng)用教材中，科學(xué)方法諸如：圖像法、比值定義法、整體法和隔離法等[9].此處的“物理方法、科學(xué)方法、物理思想”都是構(gòu)建或者應(yīng)用物理理論體系的研究方法集，屬于科學(xué)思維的范疇.這樣，科學(xué)思維就是“過程與方法”的綜合表現(xiàn)，“科學(xué)思維”教育與“過程與方法”的距離就近了一層，方便新舊教材的銜接.再次，物理學(xué)是一門基于“觀察和實驗”的學(xué)科，科學(xué)思維方法還應(yīng)該包括“觀察法與實驗法”；“定性與定量”分析也是物理學(xué)應(yīng)用中常用的思維方法.

綜上所述，物理學(xué)更多的是培養(yǎng)“理性思維、質(zhì)疑批判”的學(xué)科，所以這里的科學(xué)思維方法指邏輯思維方法.從課程教學(xué)觀的視角，物理科學(xué)思維方法包括觀察與實驗、抽象與概括、綜合與分析、推理與論證、質(zhì)疑與批判、創(chuàng)新與創(chuàng)造、定性與定量等.課程標準中“科學(xué)思維”的4要素，是科學(xué)思維方法中的核心思維方法，這也體現(xiàn)了高中物理核心素養(yǎng)的“核心性”，即“核心”包含了外延的最小化和對象的最大化雙重含義[10].課程教學(xué)觀視角下物理科學(xué)思維的內(nèi)容結(jié)構(gòu)如圖1所示.

圖1 課程教學(xué)觀視角下物理科學(xué)思維內(nèi)容結(jié)構(gòu)圖

1.3 追問：模型建構(gòu)與物理模型

物理概念是科學(xué)抽象在物理學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的重要成果，所以“物理模型”是指物理概念背后的現(xiàn)實原型或反映特定問題、特定事物本質(zhì)特征的物理結(jié)構(gòu).“模型建構(gòu)”體現(xiàn)的是物理模型的建構(gòu)過程，是在對客觀事物進行抽象和概括的基礎(chǔ)上，抓住其關(guān)鍵因素，構(gòu)建能反映其本質(zhì)特征的理想模型的科學(xué)抽象過程[11].理想化方法是模型建構(gòu)的一種特定形式，比如“質(zhì)點、點電荷”等模型的建構(gòu).

在物理學(xué)理論體系的建立和應(yīng)用過程中，構(gòu)建了諸多物理模型，比如“原子的核式結(jié)構(gòu)模型、碰撞、輕桿模型”等.關(guān)于物理模型的分類，參照不同的分類標準，國內(nèi)外有較大的差異，為了方便物理模型的教學(xué)實施及評價，借鑒國內(nèi)的分類方法，將物理模型分為模擬式物理模型(電場線、磁場線)、理想模型、實驗?zāi)Ｐ?光電效應(yīng)、理想斜面實驗)和知識應(yīng)用教材中的物理模型(輕桿/細繩/彈簧模型、復(fù)合場模型)，理想模型又包括實體模型(點電荷、單擺、光源、理想變壓器)、條件模型(勻強電場/磁場、平行光)、過程模型(碰撞、平拋運動)[12].筆者梳理了2017年版課程標準、新教材及應(yīng)用教材中的物理模型，為方便模型的教學(xué)實施及評價，這里不按照分類標準羅列物理模型，按照教材結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)高中物理中的模型，其分布如表1所示.

表1 按教材結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)的高中物理模型

1.4 追問：科學(xué)推理

科學(xué)推理是依據(jù)科學(xué)事實、運用邏輯思維，由一個或者幾個科學(xué)判斷，得出另外一個未知科學(xué)判斷的思維形式，是“核心思維方法”的“核心”，具體表現(xiàn)為：(1)科學(xué)推理是構(gòu)建物理模型、科學(xué)論證、質(zhì)疑和創(chuàng)新的手段和工具；(2)科學(xué)推理是學(xué)生認識事物、解決問題、指導(dǎo)行為的重要思維方式.

關(guān)于科學(xué)推理的特定形式，國內(nèi)外都有研究：國內(nèi)一線教師俞國富認為，高中物理教材中涉及科學(xué)推理的內(nèi)容很豐富，這些內(nèi)容主要體現(xiàn)為演繹推理、歸納推理和類比推理[13]；國內(nèi)知名的課程與教學(xué)論專家廖伯琴認為，科學(xué)推理是科學(xué)思維的重要體現(xiàn)，不僅包括邏輯上的歸納推理、演繹推理和類比推理，還包括控制變量、組合推理、概率推理、相關(guān)推理、因果推理等推理形式；美國俄亥俄州立大學(xué)羅森(Lawson)教授開發(fā)的LCTSR科學(xué)推理能力測量表中，推理的維度主要包括守恒推理、比例推理、控制變量推理、高級控制變量推理、概率推理、相關(guān)性推理、假設(shè)演繹推理等[14].可以看出，科學(xué)推理內(nèi)容的廣度有所不同，但能夠體現(xiàn)科學(xué)推理所包含的豐富內(nèi)容.另外，物理學(xué)是一門“應(yīng)用數(shù)學(xué)工具”的學(xué)科，包含了多種數(shù)學(xué)推理方法的應(yīng)用.綜合上述，從課程教學(xué)觀視角，科學(xué)推理可分為數(shù)學(xué)推理方法和物理推理方法，其分類結(jié)構(gòu)如圖2所示.

圖2 課程教學(xué)觀視角下高中科學(xué)推理的分類結(jié)構(gòu)

1.5 課程教學(xué)觀視角下物理科學(xué)思維素養(yǎng)指標體系

2017年版高中物理課程標準中，科學(xué)思維直接對應(yīng)“模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新”等要素，從課程教學(xué)觀的視角審視：科學(xué)思維到四要素之間、四要素到教學(xué)實施、測評之間跨度較大，教師不易理解和教學(xué)實踐.依據(jù)上文對科學(xué)思維、科學(xué)思維方法、模型建構(gòu)及科學(xué)推理的內(nèi)容擴展，增加“一級指標(科學(xué)思維)、二級指標(思維方法)和細化指標”，構(gòu)建了如表2所示的高中物理科學(xué)思維目標體系.從“指標一”到“細化指標”是逐漸解剖、細化的過程，這就彌補了它們之間的理解空隙和執(zhí)行難的問題.

表2 課程教學(xué)觀視角下高中物理科學(xué)思維素養(yǎng)目標體系

2 “科學(xué)思維”素養(yǎng)目標體系的有效性

2.1 暢通“思維素養(yǎng)”目標培養(yǎng)的物理學(xué)徑向 增強科學(xué)思維培養(yǎng)的整體銜接性

“思維素養(yǎng)”目標的物理學(xué)科徑向為：立德樹人-核心思維素養(yǎng)：理性思維、批判質(zhì)疑-學(xué)科思維素養(yǎng)群(數(shù)學(xué)、生物、化學(xué)等思維素養(yǎng)集)-物理科學(xué)思維方法-物理核心思維方法(模型構(gòu)建、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新)-物理單元思維素養(yǎng)培養(yǎng)目標-物理課堂思維目標-思維素養(yǎng)達標檢測.課程教學(xué)觀視角下物理科學(xué)思維目標體系，增加了“一級指標”體現(xiàn)了思維的物理特性，“二級指標”中的思維方法在數(shù)學(xué)、生物、化學(xué)等學(xué)科中也在培養(yǎng)，與其他學(xué)科思維素養(yǎng)構(gòu)成思維方法群，形成思維方法交集，這樣物理科學(xué)思維與核心思維素養(yǎng)就形成有效的銜接；另外，“細化指標”下接“物理單元思維素養(yǎng)培養(yǎng)目標、課堂思維素養(yǎng)培養(yǎng)目標及測評”，就打通了物理科學(xué)思維從課程標準到實施評價的通道.總之，構(gòu)建的物理科學(xué)思維目標體系，暢通了思維素養(yǎng)物理學(xué)徑向的培養(yǎng)之路，使思維素養(yǎng)的培養(yǎng)具有整體銜接性.

2.2 “可視化”科學(xué)思維 增強科學(xué)思維目標的可操作性

課程教學(xué)觀視角下的高中物理科學(xué)思維目標體系中：“一級指標”回答了物理科學(xué)思維是什么的問題；“二級指標(思維方法)”回答了科學(xué)思維方法有哪些內(nèi)容的問題；“細化指標”回答了“模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新”四大核心思維方法的具體內(nèi)容和要素是什么的問題.這些問題的回答，使科學(xué)思維的物理本質(zhì)特性凸顯，使抽象的科學(xué)思維看得見、摸得著、接地氣，“可視化”了物理科學(xué)思維.另外，物理科學(xué)思維“可視化”，使得“科學(xué)思維”的教學(xué)設(shè)計、課堂實施及測評有據(jù)可查、有理可依，增強了科學(xué)思維目標教育的“可操作性”.

2.3 提高“科學(xué)思維”學(xué)業(yè)質(zhì)量的精準度 發(fā)揮目標引領(lǐng)作用

課程教學(xué)觀視角下高中物理科學(xué)思維方法指標體系中“細化目標”，解決了核心思維方法教什么的問題，比如：(1)模型建構(gòu)維度教的是“模擬式物理模型、理想模型、實驗?zāi)Ｐ汀?yīng)用教材中的模型”的建構(gòu)及應(yīng)用模型解決問題；(2)科學(xué)推理維度教的是應(yīng)用“數(shù)學(xué)推理、物理推理”方法建構(gòu)物理理論體系，用“數(shù)學(xué)推理、物理推理”方法作為工具應(yīng)用物理理論體系解決問題.但是，“怎么教、教到什么程度？”就需要繼續(xù)追尋：“怎么教？”就是教學(xué)設(shè)計層面的問題；“教到什么程度？”是學(xué)業(yè)質(zhì)量水平的問題.2017年版普通高中物理課程標準中明確了科學(xué)思維的學(xué)業(yè)質(zhì)量水平：情景從簡單到復(fù)雜分為5個等級，其中“水平2”是學(xué)業(yè)水平合格性考試的命題依據(jù)，對應(yīng)教材體系中的“必修課程”內(nèi)容，“水平3”比“水平2”情景更復(fù)雜；“水平4”是高考要求，“水平5”面對的是較復(fù)雜實際問題情境科學(xué)思維的應(yīng)用，“水平4、水平5”都對應(yīng)教材體系中“必修課程和選擇性必修課程”的內(nèi)容.應(yīng)用目標體系中“細化指標”和“水平”所對應(yīng)的課程內(nèi)容，可細化學(xué)業(yè)質(zhì)量水平，以“模型建構(gòu)”為例，課程標準中關(guān)于“模型建構(gòu)”的學(xué)業(yè)質(zhì)量水平如下.

水平1：能說出一些所學(xué)的簡單物理模型；

水平2：能在熟悉的問題情境中應(yīng)用所學(xué)的常見的物理模型；

水平3：能在熟悉的問題情境中根據(jù)需要選用所學(xué)的恰當(dāng)?shù)哪Ｐ徒鉀Q簡單的物理問題；

水平4：能將實際問題中的對象和過程轉(zhuǎn)換成所學(xué)的物理模型；

水平5：能將較復(fù)雜的實際問題中的對象和過程轉(zhuǎn)換成物理模型；

細化的模型素養(yǎng)學(xué)業(yè)水平質(zhì)量如下.

水平1：能說出質(zhì)點、點電荷、檢驗電荷、勻速圓周運動等簡單物理模型；

水平2：能在熟悉的問題情境中應(yīng)用勻變速直線運動、自由落體運動、平拋運動、勻速圓周運動、行星的運動、電場線、等勢面等常見的物理模型；

水平3：能在熟悉的問題情境中，根據(jù)情境的類型特點，選用勻變速直線運動、自由落體運動、平拋運動、勻速圓周運動、電場線、等勢面等模型解決問題；

水平4：能在實際問題情境中，根據(jù)情境的類型特點，將對象和過程轉(zhuǎn)化成表1中所學(xué)的一個或者多個物理模型解決問題；

水平5：能在較復(fù)雜的實際問題情境中，根據(jù)情境的類型特征，將對象和過程轉(zhuǎn)化建構(gòu)成表1中的一個或者是多個物理模型解決問題.

通過對比分析，細化后的學(xué)業(yè)質(zhì)量水平更精準，能夠有效地引導(dǎo)教師的教學(xué)設(shè)計、教學(xué)實施及評價，發(fā)揮目標引領(lǐng)作用.