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課程與教學 | 邢紅軍 童大振:聚焦課堂教學:學生發展核心素養的生命之源——以物理高端備課的研究為例
作者:邢紅軍 童大振   發表時間:2019-09-27

摘要

利用CiteSpace可視化軟件,在對國內外有代表性的核心素養文獻進行關鍵詞共現和被引聚類分析的基礎上,提出學生發展核心素養的基礎環節是一般核心素養研究,銜接環節是學科核心素養研究,關鍵環節則是核心素養教學研究。通過聚焦課堂教學,進行了落實核心素養關鍵環節的教學設計研究。從知識本質、科學方法、學科思想、教學邏輯四個維度對教學設計進行“全新”改造,力圖以生活視角重構課堂,用設計思維改變教學,構筑核心素養與教學實踐連接的橋梁,希冀為核心素養的本土化與學科化作出有益的探索。

 

關鍵詞

核心素養;知識本質;科學方法;學科思想;教學邏輯

 

 

中國學生發展核心素養以科學性、時代性和民族性為基本原則,以培養“全面發展的人”為核心,既是落實立德樹人根本任務的重要舉措,又是提升我國教育國際競爭力的迫切需要。怎樣踐行這樣一個恢宏的教育目標?如何使核心素養生命之樹長青?要準確回答這一問題,就不能滿足于當前核心素養研究以概念界定、理論思辨和教學建議為主的研究取向,而需要落實到中小學課程開發、課堂教學設計、課堂教學實踐上來,這是我國學生發展核心素養研究永葆青春的生命力之所在。

一、學生發展核心素養的研究趨勢

 

為了厘清國內外核心素養研究的演進脈絡,了解核心素養研究的基本狀況,可以通過關鍵詞共現分析與被引聚類分析進行研究。這是因為,關鍵詞是學術論文研究的重要標志,是檢索論文的基本手段。關鍵詞共現可以反映與揭示某一領域不同時期的研究熱點,被引聚類分析則能反映該領域研究的進展和影響力。
基于這種研究思路,利用CiteSpace可視化軟件,對1978—2016年的1399篇SSCI期刊主題為核心素養的文獻進行關鍵詞共現和被引聚類分析,可以揭示國際核心素養研究的熱點。研究發現,國外核心素養研究在教育領域的影響力并不明顯。影響力最大的領域是醫學,主要涉及神經病研究、醫學理論、藥學,其次是經濟管理領域,信息技術、宗教和心理學也具有較大學術影響力。研究歷史最早且對后續研究影響最大的議題有專業發展和認證標準,組織研究和技術應用研究;管理模式、決策研究、公司機制、健康教育、思維研究、護理學研究的影響力較大;評價研究的影響力最大并且持續至今,成為研究的焦點;此外,課程研究和智力研究也是近年來的研究熱點,并受到國際學術界的普遍關注;比較教育和系統化研究的影響力相對較小,研究時間較短;高等教育的研究起始較早,且持續至20世紀90年代初。
分析國外教育學、心理學和信息技術等文獻,發現與我國中小學核心素養研究相差甚遠。有所借鑒的來自《課程問題》《國際工程教育》《計算機與教育》《高等教育》《亞太教育評論》等期刊文獻。其中,新西蘭教育研究會Hipkins,R.的研究對我國中小學核心素養教育影響最大,他的文章從課程轉變的理論闡釋、科學本質教育的能力培養和思維本質的學科素養三個方面,剖析了中小學核心素養的理論與實踐研究。[1]
對國內2001—2016年的1186篇核心素養文獻進行高頻關鍵詞統計,發現我國核心素養的研究主題分布較為廣泛,聚焦于教師專業素養、學校信息素養、職業素養與教師教育、語文學科素養培養、核心素養體系構建、立德樹人的德育課程體系,以及醫學和信息技術領域大學生的培養模式、學習過程、課堂教學評價、人文素養、科學素養、課程與教學觀摩等議題。研究主題以宏觀理論和概念闡述為主,課程與教學的中觀研究為輔,但結合核心素養開發、課堂教學設計和課程評價等微觀實證研究較少。因此,我國核心素養研究能否落實到中小學教學本身、落實到課堂實踐中就顯得尤為重要,實踐經驗及其效果檢驗也值得期待,這也是核心素養是否具有生命力的關鍵所在。[2] 
在理論研究層面,林崇德教授主持的“中國學生發展核心素養研究”課題可謂核心素養研究領域的奠基之作。[3]該課題通過對核心素養的概念內涵進行梳理和界定,厘清核心素養理論結構,從而形成對核心素養的準確認識與定位;進一步從國際視角探尋核心素養的研究現狀,從傳統文化和社會現實需求中發掘學生發展的核心素養,從現行課程標準中反思學生的核心素養,最后探討了基于核心素養的教育質量評估、課程教學改革、教師專業發展以及學習環境創設等。該課題通過對核心素養實踐探索方式進行梳理和總結,提出對落實和推行核心素養有益的借鑒與啟示。
由圖1可見,學生發展核心素養不能滿足于停留在宏觀層面,而需要由宏觀層面向中觀層面過渡,進而進入到微觀層面。目前,國內的研究正在有序從一般核心素養(宏觀層面)向學科核心素養(中觀層面)發展。以物理學科為例,這一發展表現為提出物理核心素養是學生在接受物理教育過程中逐步形成的適應個人終身發展和社會需要的必備品格和關鍵能力,是學生通過物理學習內化的帶有物理學科特性的品質,是學生科學素養的重要構成。物理核心素養主要由“物理觀念”“科學思維”“科學探究”“科學態度與責任”四個方面構成。(1) 物理觀念。“物理觀念”是從物理學視角形成的關于物質、運動與相互作用、能量等的基本認識,主要包括物質觀念、運動觀念、相互作用觀念、能量觀念及其應用等要素。(2)科學思維。“科學思維”是從物理學視角對客觀事物的本質屬性、內在規律及相互關系的認識方式,主要包括模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新等要素。(3)科學探究。“科學探究”是指提出科學問題、形成猜想和假設、設計實驗與制訂方案、獲取和處理信息、基于證據得出結論并作出解釋,以及對科學探究過程和結果進行交流、評估、反思的能力。“科學探究”主要包括問題、證據、解釋、交流與合作等要素。(4) 科學態度與責任。“科學態度與責任”是指在認識科學本質,理解科學-技術-社會-環境關系的基礎上,逐漸形成的對科學和技術應有的正確態度和責任感。“科學態度與責任”主要包括科學本質、科學態度、社會責任等要素。
綜上所述,學生發展核心素養的基礎環節是一般核心素養的研究,銜接環節是學科核心素養的研究,關鍵環節則是核心素養的教學研究——這就是學生發展核心素養“內涵發展”的內涵。顯然,只有扎實推進中小學各學科基于核心素養的課程開發、課堂教學設計和課堂教學評價,才能使學生發展核心素養的生命之樹長青。反之,一味醉心于核心素養的概念界定、理論思辨和教學建議,漠視核心素養的課堂教學研究,核心素養就難以逃脫無疾而終的命運。

二、學生發展核心素養的教學研究

按照一般核心素養、學科核心素養、核心素養教學的研究思路,我們聚焦課堂教學,以物理高端備課的形式,進行了落實核心素養的教學設計探索。所謂物理高端備課,是指以物理課程與教學理論為指導,采用備課的形式,研究既符合物理學內在邏輯,又符合物理教學規律,同時符合學生學習規律并接受課堂教學實踐檢驗的教學設計,體現“從物理知識傳授到物理方法教育,再到物理思想形成”的核心理念。在此基礎上,構筑一線物理教師參與的教學研究交流平臺,從而達成物理教育理論與實踐真正結合,促進教師專業提升與學生認知發展向高水平跨越的物理教育研究活動。為此,本文從知識本質、科學方法、物理思想、教學邏輯四個維度出發,對物理教學設計進行了“全新”改造,力圖彰顯核心素養的精髓,構筑起核心素養與教學實踐連接的橋梁,希冀超越傳統教材分析、教案撰寫的局限,為核心素養的本土化與學科化作出有益的探索。
(一)厘清知識本質,彰顯概念要義
高端備課作為學生發展核心素養的教學路徑 ,為核心素養的實施提供了新的“藍本 ”。它以科學的方式展現知識的本質,強調知識的精準、嚴謹與規范,是學生發展核心素養的基礎。
一切教學活動都必須圍繞知識本質展開,才能促進學生對知識的理解。因為學生只有真正領悟了知識本質,才會擁有對知識的“感覺”,并最終發展出對知識的摯愛,這樣的教學設計才能取得良好的效果。令人惋惜的是,即使是作為教學參照與指導的教科書,其中一些概念的定義也未能很好地凸顯知識本質。
以質量概念為例,我國初中物理教材長期采用“質量是物體所含物質的多少”的定義,也采用“質量是物體慣性大小的量度”的定義。這兩個定義的來源是什么?內涵是什么?兩者是否一致?幾乎所有的初中物理教師都不清楚,這就會在一定程度上影響學生核心素養的發展。
在“初中質量概念的高端備課”一文中,我們回答了這一問題。[4]事實上,“物體所含物質的多少”的定義稱為引力質量,而“物體慣性大小的量度”的定義則是慣性質量,經過非常簡單的推導就可以證明,兩者是等價的。  
一言以蔽之,物理高端備課不僅要著眼于給出概念的定義,還要注重物理知識本質的闡釋,由此才可滿足核心素養是“學生知識、技能、情感、態度等多方面要求的結合體”的訴求。因此,在教學過程中,教師必須重視對知識本質的詮釋,通過充分展現知識本質的獨特魅力,從而發展學生的核心素養。
(二)顯化科學方法,展現教學過程
在教育教學中,把學生掌握知識作為教學目標,還是把知識作為載體以掌握科學方法作為教學目標,這反映了兩種完全不同的教育理念。一項物理問題解決的研究顯示,科學方法對于物理知識的回歸系數為0.7,物理知識對于成績的回歸系數為0.19,而科學方法對成績的回歸系數為0.27。[5]由于知識通常需要經由科學方法才能得到,因此,在這個意義上說,科學方法比科學知識更重要。
目前,我們的教育完全未把科學方法置于重要的地位,無論是教材編寫還是課堂教學,對科學方法的名稱及內容都鮮有提及,少數被提及的方法也往往以不恰當的方式呈現給學生。以比值定義法為例,人們普遍認為,如果某兩個量在一定條件下的比值是常量,這個常量便反映了事物的本質屬性,利用該比值就可以定義描述事物本質屬性的一類概念。實際上,這種觀點存在很大的紕漏,因為它只敘述了比值是常量的結論,而未闡釋比較的原因。其實,“比較”的基本要求是在比較時統一標準,因為統一標準的比較結果才有意義。進一步說,為了恰當運用科學方法,還需要將科學方法的運用過程展開,按照科學方法的內在邏輯呈現概念與規律建立的過程。比如,建立密度概念時的比值定義法呈現過程就應當包括以下四個步驟:(1)選取比較的對象(質量m);(2)選取比較的標準(體積v);(3)研究比較的意義([mv]);(4)得到比較的結論(ρ=[mv])。正是通過科學方法的展開過程,才能使物理概念與規律以一種符合物理教學邏輯的方式水落石出。[6]
事實上,科學方法不僅有助于學生掌握知識,并且也可以很好地發展學生的核心素養。比如,我們曾經指導高中生運用“外推法”,利用兩位美國科學家發表在《NATURE》雜志上的鸚鵡螺化石氣室外殼上的生長線條數的數據,得到了月球最初被地球俘獲繞地球運動時的時間距今為7億年的結論,研究結果發表在中國科學院力學研究所主辦的核心期刊《力學與實踐》雜志上。[7]
顯然,顯化科學方法的教學,才能使教學變得清晰明快。從科學方法名稱的告知,到科學方法要求的規定;從科學方法內涵的挖掘,到科學方法運用的展開,都充分發揮了科學方法的知識建構與應用功能,通過系統而規范的科學方法教育,促進學生核心素養的形成。
(三)點化學科思想,深化核心素養
作為教育的重要組成部分,學科思想具有獨特的教育價值與意義,學生只有形成了學科思想,才能真正理解與掌握知識。然而,學科思想教育卻始終未能在中小學教學中得到足夠重視,這無疑有礙學生核心素養的發展。
以物理思想教育為例。物理思想的形成是一個從物理學家“個人的物理科學”到物理學共同體“公開的物理科學”的歷程,其中,物理學家“個人的物理科學”是物理思想形成中最關鍵的部分。物理學家非常規的思考、艱辛的探索過程和激動人心的高峰體驗,構成了物理思想非凡境界的源泉。物理思想作為獨立存在的理論體系,不僅能引領物理方法的形成與運用,而且能對物理理論的發展起促進作用。因此,為了在物理教育中讓學生充分領略“公開的物理思想”并最終讓學生形成“個人的物理思想”,就有必要從物理思想的特征出發,歸納出物理思想的主要組成部分,包括以下內容:對稱思想;守恒思想;可逆思想;等效思想;假說思想;比較思想;轉換思想;相干思想;量子化思想;相對性思想。[8]
在中小學教學中落實核心素養,一些難點、重點知識往往需要借助于學科思想才能突破;同時,學生也唯有將習得的知識和科學方法提升至學科思想高度,才能內化為核心素養。比如初中物理“功的原理”,其表述為“利用任何機械時,人們所做的功都不會小于不用機械而直接徒手做的功,即使用任何機械都不省功”。長期以來,學生大都有 “為什么功不能省而力卻能省”的困惑。為突破這一教學瓶頸,我們一方面為學生點化“功的原理”中蘊含的守恒思想,另一方面凸顯守恒思想的普適性——自然界與人類社會一樣,都存在著某種“不變性”,就像人的基因圖譜一樣,無論采用何種手段都無法改變,從而為學生理解守恒思想做好鋪墊。
由于學科思想教育的薄弱與淡化,導致我國學生每當遇到問題時,總是習慣于一開始便埋頭運用系統的理論工具,按部就班地作詳盡的定量計算,而且常常為某些計算細節所困惑,盡管許多問題本可以通過學科思想的思考就能得到定性或半定量的結論。比如,有人曾發表題為《自行車是省功費力的機械》的文章,其實,根據“功的原理”中蘊含的“守恒”的思想就很容易判斷,自行車作為一種簡單機械是不能省功的。[9]  
概而言之,借助于點化學科思想名稱,揭示學科思想價值,闡釋學科思想內涵,拓展學科思想外延等方式,從而為教學設計打通思維通道。通過讓學生了解學科思想、體驗學科思想、領悟學科思想,最終達成發展學生核心素養的目的。
(四)重構課程順序,引領教學邏輯
所謂教學邏輯,是指教學過程中諸要素呈現的相互關系。教學邏輯在整個教學設計中扮演著至關重要的角色,一個概念或規律從哪里來,到哪里去,中間又歷經怎樣的過程,都應有所交代。因此,教學對邏輯有著特殊的要求,課程的模塊、探究的步驟等都無法替代教學邏輯。這種教學邏輯要求教師不僅要講出“是什么”,還要講出“為什么”。即每一個教學環節和行為都應有邏輯考量下的充分依據,從而使知識獲得的抽絲剝繭過程成為發展學生核心素養的過程。
比如,中學物理教學中對于場的處理,一般是從力與能量兩個維度進行描述。從力的角度描述,就要引入力與場強的概念;而從能量的角度描述,就要引入能量和勢的概念。然而,中學物理教材在重力場課程內容的編排上卻呈現出這樣的狀況:引入了重力但沒有引入重力場強,引入了重力勢能卻沒有引入重力勢。這就導致教材的編排出現了邏輯斷點,進一步導致電學與力學物理量之間難以形成對稱的映射關系,使得電場的教學不能通過重力場進行“類比”。這樣明顯的邏輯缺陷,長期存在于教材中卻未能得到有效解決,令人遺憾。
有鑒于此,物理高端備課基于對“場”概念的深刻認識,敏銳地找出重力場教材編排中的邏輯斷點,引入“重力場強”與“重力勢”兩個“新”概念,從而為后續電場強度與電勢的教學鋪平了道路。顯然,物理高端備課不再滿足于物理知識的簡單呈現,而是著力體現物理知識之間的邏輯、關聯與融通,通過補綴“重力場”概念定義中的“罅隙”,從而彰顯高端備課的獨特內涵,使得核心素養的落實免于陷入紙上談兵的窠臼。

三、學生發展核心素養的研究啟示

 

(一)高端備課:學生發展核心素養研究的關鍵
由于研究的領域與方法不同,學生發展核心素養的研究一般可分為“就理論理”、“就事論理”和“就事論事”三種。
“就理論理”的研究涉及核心素養的基本理論,通常是從理論到理論,講究研究的學理性和邏輯性。由于居于核心素養的上位,因此這種研究對于更新教育觀念、制訂核心素養框架等是必要的。但與學生發展核心素養的實踐還存有一段距離。
“就事論理”的研究則進入到學科核心素養的層面。這里的“事”就是實際存在的問題,“理”就是對實際問題作出必要的分析。鑒于我國中小學分科教學的教育傳統,核心素養的研究必然要走進學科,這正是核心素養的“就事論理”研究。這一研究起著承上啟下作用,但同樣與學生發展核心素養的實踐存有一段距離。
因此,學生發展核心素養的研究,最終要落實在“就事論事”的層面。這里的“事”,不是尋常的學科知識探討,也不是一般的習題解答,而是課程制訂、教學設計、教育測評等。這一層面的研究,講究實用性和操作性,重點解決學生發展核心素養過程中的“做什么”和“如何做”。它既是“就理論理”研究、“就事論理”研究的延伸,亦是兩種研究的歸宿。在一定意義上,“就事論事”的研究可謂核心素養研究中的“扎根”研究。
由是觀之,“就事論事”、“就事論理”和“就理論理”構成了核心素養研究中的不同的層面,共同構筑成一個有機整體。當前,在核心素養“就事論理”與“就理論理”研究的基礎上,加強核心素養“就事論事”的研究,就顯得尤為重要,而高端備課正是為此而展開的有益探索。
(二)高端備課:學生發展核心素養研究的推手
《中國學生發展核心素養》提出,“核心素養”是個體在面對復雜的、不確定的現實問題時,能夠發現問題、解決問題的綜合品質。何謂復雜的、不確定的現實問題?如何超越傳統習題,讓學生解決復雜的、不確定的現實問題?這些問題都需要在核心素養教學中認真研究。
有鑒于此,我們發展出了原始問題教學理論,[10]-[13]并把原始問題作為“復雜的、不確定的現實問題”來進行物理高端備課。原始問題是自然界及社會生活、生產中客觀存在、能夠反映概念、規律本質且未被加工的典型現象和事實,是對現象的描述,保留著現象的“原汁原味”,符合核心素養對于“復雜的、不確定的現實問題”的界定。
長期以來,我國教育把“習題”與“問題”混為一談。由于習題對知識獲得過程進行了或多或少的“閹割”,并且給出已知條件,這就使學生的一部分思維活動被越俎代庖,從而疏離了作為教學根源的現象,這無疑破壞了教育情境的真實性,從而使學生無法在教學活動中得到全面發展。
為了使教育從純粹的知識灌輸模式中走出來,完成真正意義上的核心素養養成,物理高端備課將物理現象的原貌呈現給學生,以生活視角重構課堂,用設計思維改變教學,使教師的教學行為與學生的學習行為有序交互協同,從而實現物理知識傳授與核心素養發展的有機結合,進而消弭實質教育與形式教育的疏離與對峙。比如,我們曾提供給中學生這樣一個原始物理問題:火車行駛在空曠的田野時,看到近處的樹木是向后退的,但遠處的樹林、山脈好像不是向后退,而是也向前走了。請給出理論解釋。經過研究,中學生給出了圓滿的答案并公開發表。[14]顯然,這樣的教學方式就較好地體現出了發展學生核心素養的意蘊。 
(三)高端備課:學生發展核心素養踐行的苗圃
為了彰顯核心素養的價值,使其保有強大的生命力,就需要為核心素養理論搭建發揮功效的教學平臺,將其用于指導教學實踐,并接受教學實踐的檢驗。
基于核心素養的理念,依據協同學理論,我們將教學過程分為被組織和自組織兩個階段。具體而言,教學過程與其他具有自組織結構的系統一樣,都要經歷由無序到有序的轉變。在教學過程的大部分時間里,學生大腦都處于無序的被組織狀態,只有通過教師的教學活動,才能使學生的大腦向臨界區域過渡,完成量變到質變的積累。當教學過程進入從被組織向自組織轉變的臨界區域時,教學過程的轉變不再需要教師的干預,轉而通過學生的自主學習活動,使大腦中的子系統自行組織,從而形成有序的系統。因此,在教學過程的自組織階段,學生起主導作用。
已有研究發現,學生在概念的形成過程中會依次經歷振蕩漸進期、高原期和突變期三個階段,對應于教學過程的不同階段——振蕩漸進期對應被組織階段,高原期對應臨界區,突變期對應自組織階段。[15]學生初學概念時,將經歷一個快速漸進振蕩期,須借助教師的干預才能習得知識;隨著學習的深入,學習出現了停滯不前的狀況,需要通過相互討論,才能為認知狀態的轉變做好準備;隨著學習進入突變期,掌握知識的效率加快,學生能夠在較短時間內完成認知狀態轉變。
為了發展學生的核心素養,在“超重與失重的高端備課”研究中,[16]我們強調教師應當講解超重知識(被組織過程),而后讓學生展開討論(臨界區域),最后讓學生自己推導失重知識(自組織過程);同樣,在“機械能守恒定律高端備課”研究中,[17]教師借助重力勢能轉變為動能的過程推導出定律(被組織過程),而后讓學生討論(臨界區域),最后讓學生自己完成由動能轉變為重力勢能的過程,推導出定律(自組織過程)。從發展學生核心素養的角度解讀,不難發現,如果教師講授過多,就會替代學生的思考過程,妨礙學生的認知狀態由被組織向自組織轉變;如果教師講授不夠,則不能把學生引領到從被組織向自組織轉變的“臨界區域”,同樣也會影響學生核心素養的養成。唯有恰當發揮教師的主導作用,確立學生的主體地位,發展學生核心素養的事業才具有長久的生命力。

 

[注釋]

[1] 王晶瑩,梁宇晨,馬云夢.國際核心素養研究進展與趨勢的量化分析[J].中國人民大學教育學刊,2017,(2).

[2] 王晶瑩,劉萱,等.我國核心素養研究熱點與發展趨勢的實證分析[J].中小學教師培訓,2017,(5) .

[3] 林崇德. 21世紀學生發展核心素養研究[M].北京:北京師范大學出版社,2016:20.

[4] 張抗抗,邢紅軍.初中質量概念的高端備課[J].湖南中學物理,2016,(2).

[5] 邢紅軍,羅良,林崇德.物理問題解決的影響因素研究[J].課程·教材·教法,2012,(6).

[6][17] 邢紅軍.初中物理高端備課[M].北京:中國科學技術出版社,2014:1-6、49-54.

[7] 邢威加,田健.地球與月球關系的研究[J].力學與實踐,2011,(5).

[8] 邢紅軍,張抗抗.論物理思想的教育價值及其啟示[J].教育科學研究,2016,(8).

[9] 王紹符.自行車是省功費力的機械[J].物理通報,2017,(8).

[10] 邢紅軍,陳清梅. 論原始物理問題的教育價值及其啟示[J].課程·教材·教法,2005,(1).

[11] 邢紅軍,陳清梅.對原始物理問題教學的思考[J].中國教育學刊,2006,(8).

[12] 邢紅軍.原始問題教學:物理教育改革的新視域[J].課程·教材·教法,2007,(5).

[13] 邢紅軍,石堯.原始物理問題教學:一個本土化教學理論的創生[J].教育學術月刊,2016,(9).

[14] 邢威加,田健.奇妙的視運動現象及其定量解釋[J].中學物理,2012,(3).

[15] 母小勇,張莉華. 一個科學概念形成過程的初步實驗研究[J].心理科學,2000,(5).

[16] 劉欣,邢紅軍,陳清梅.超重與失重的高端備課[J].物理教師,2013,(12).

 

(責任編輯:劉宏博)