学科核心素养下的物理概念研究

文献综述（一）相关概念界定1.物理核心素养:学科核心素养是学科育人价值的集中体现，是学生通过学科学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力。物理学科核心素养主要包括.“物理观念”“科学思维一科学探究”“科学态度与责任”四个方面。“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。“科学思维”是从物理学视角对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系的认识方式；是基于经验事实建构物理模型的抽象概括过程；是分析综合、推理论证等方法在科学领域的具体运用；是基于事实证据和科学推理对不同观点和结论提出质疑和批判，进行检验和修正，进而提出创造性见解的能力与品格。“科学思维”主要包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等要素。“科学探究”是指基于观察和实验提出物理问题、形成猜想和假设、设计实验与制订方案、获取和处理信息、基于证据得出结论并作出解释，以及对科学探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力。“科学探究”主要包括问题、证据、解释、交流等要素。“科学态度与责任”，是指在认识科学根本，认识科学 技术 社会 环境关系的基础上，逐渐形成的探索自然的内在动力，严谨认真、实事求是和持之以恒的科学态度，以及遵守道德规范，保护环境并推动可持续发展的责任感。“科学态度与责任“，主要包括科学本质、科学态度、社会责任等要素。中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2018年版）S.北京：人民教育出版社，2017：4-5.2.物理概念：物理概念反映了客观事物的本质属性，是物理学的基石，物理规律反映了在某一物理状态或物理过程中相关物理概念之间在一定条件下所遵从的关系。阎金铎，郭玉英中学物理新课程教学概论M北京：北京师范大学出版集团，2008：98-121.3.电磁学：由中华人民共和国教育部于2017年修订的普通高中物理课程标准，电磁学出现在必修3选择性必修2。(1)必修3由“静电场”“电路及其应用”“电磁场与电磁波初步”“能源与可持续发展”四个主题组成。(2)选择性必修2由“磁场”“电磁感应及其应用”“电磁振荡与电磁波”“传感器”四个主题组成。4.教学策略：辞海中，“策略”一词指的“计谋策略”夏征农、陈至立.辞海（第六版第一卷）M.上海：上海辞书出版社，2009：341，而在较为普遍性的意义上，策略涉及的是为达到某一目的而采用的手段和方法。对教学策略（instructional strategy）这一概念界定，国内外诸多学者有着很多各自的看法，这些界定既呈现出一些共性，又表现出一些明显的分歧，国内的观点主要有：“教学策略是指教师在课堂上为达到课程目标而采取的一套特定的方式或方法。教学策略要根据教学情境的要求和学生的需要随时发生变化。无论在国内还是在国外的教学理论与教学实践中，绝大多数教学策略都涉及到如何提炼或转化课程内容的问题。” 施良方. 崔允漷. 教学理论:课堂教学的原理、策略与研究M. 上海:华东师范大学出版社，1999:137-360. （二）国内外研究1国内研究现状（1）物理概念教学的发展过程从论著中发现, 20 世纪 80 年代的物理概念教学所在章节大多归入物理教学过程 ( 或教学环节) 中。而后慢慢的又在中学物理教学的主要环节一章中设“讲清物理概念和规律”一节。对论著的内容进行简要分析可看出: 上海教育学院1982年在中学物理的教学过程中提及“物理概念教学”内容； 大部分研究者将概念教学方法与概念教学过程混合进行阐述, 或者针对教学过程进行具体方法的阐述, 也即大部分研究者只是论及概念教学过程, 并将此视为独立的概念教学方法。20 世纪 90 年代后期, 随着物理教育学的发展,物理教学内容退缩到“节”的层次。将概念教学归入教学模式之中, 专设一节讲述概念教学模式。从上可见, 大部分研究者已经意识到概念教学与实验、练习、复习及课外活动等教学具有差异, 特设专章、节、目进行论述。个别研究者依据物理教科书的章节对具体概念的教学方法进行论述。赵宁宁, 我国物理概念教学二十年J教育科学研究，2006.4：3（2）物理概念教学的研究内容研究者大多针对物理概念教学的定义和特点、概念教学的过程 ( 或环节) 、概念教学方法、概念教学的问题以及教学中的注意事项等进行论述, 以阎金铎、王志军、俞国祥的中学物理教材教法(1998) 最为典型, 主要谈及了“物理概念的特点”、“掌握概念的过程”、“物理概念教学”等三部分。也有研究者只涉及到概念教学的一般过程而没有特别设立“概念教学方法”的“节”。在物理教学论著当中, 也有研究者将概念教学专门设为一章加以研究, 并涉及到物理概念教学的模式、认知策略和案例。以段传宗、查有梁、廖伯琴的物理教育学研究(1996) 为例, 特别设立“物理教育中概念形成的研究”一章, 内容包括: 物理概念形成的“协作现象”模式研究、高中生掌握物理概念的认识策略研究、物理概念形成的模式研究及案例分析、物理发现与物理概念形成之研究等节。辩证唯物主义认识论成为概念教学的主要基础,故大多学者将教学过程的程序表述为: 感性引入、理解形成、练习巩固、实践运用等。在物理领域, 研究者经常默认物理概念分为定量和定性的概念, 定量的物理概念称为物理量, 物理量之间的关系构成了物理规律 。因此, 物理概念教学和物理规律教学方法之间并不存在非常大的区别, 但物理概念、规律教学和实验教学之间具有一定的区别。而期刊文献的作者将视角主要集中在几个常见的“概念教学环节”: 概念引入、概念形成。这些文献是关于某个教学环节或某个教学问题所提出的具体方法,很多研究者都关心概念的引入环节, 要求寻找概念的切入点。很多教师都借助于具体的物理概念案例, 对自己的概念教学方法进行阐述和讲解。（3）我国目前物理概念教学的研究成果通过对物理教育论著和期刊的分析, 我们可以看到我国物理概念教学一直以来受到学者们的关注, 已经取得一定的研究成果: 物理概念教学在其定义和特点、概念教学的过程 ( 或环节) 、概念教学方法、概念教学的问题、教学中的注意事项等方面已经日趋完善。20 世纪 90 年代中期以前, 研究者根据辩证唯物主义认识论和教学认识论提出了物理概念教学过程和相应的方法, 教师在此基础上加以补充和丰富。20 世纪 90 年代以后, 随着国际科学教育研究成果的引入, 教学论和心理学研究的发展, 物理概念教学研究领域出现了新的研究取向, 从更为细化的角度对物理概念教学展开研究。可以发现, 我国物理概念教学的研究方式从理论推演到实证研究的转变, 理论基础从泛化到具体的转变, 教学方法从抽象到具体的转变。但是, 辩证唯物主义的认识论、教学认识论和以心理学为指导的概念教学过程、概念教学方法之间所持有的教学方法并没有呈现出非常大的差异, 但每种教学方法其背后的价值假设却很不一样。而不同认识论的支持者共同享用着这些方法, 它们是: 对概念进行比较的方法, 又称对比、类比。比较作为一种思维过程, 包括对概念进行分析、综合、抽象和概括的过程。根据对象的差异, 包括为了抽取物理现象的本质而进行的物理现象的要素的比较; 也包括相似的物理概念之间的对比。为概念教学进行教学准备的方法: 如观察、演示实验、学生实验、列举事实、讲故事、理论导入以及旧知识引入等等。借助于国际物理教学领域的研究, 我国开始关注前概念教学问题, 这将物理概念教学的研究推进到认知的层次领域, 关注到学生学习之前的认知状态, 从学生心理的角度切入到物理概念教学本身。2.国外研究现状21世纪以来，世界各国的基础教育都进入到改革新阶段2013年，美国新一代科学教育标准NGSS正式颁布基于学习进阶发展的表现，使科学课程的3个维度实践、共通概念和核心概念紧密联系、相互促进，从而将以往的科学课程线性、零散、互不相关的内容组成系统的、相互联系的体系，并使之与社会生活领域息息相关罗莹.物理核心素养研究：物理知识与物理观念J.物理教师,2018.6：2.（1）国外物理概念教学的研究内容美国的物理教育研究者从20世纪80年代开始了大规模对学生物理概念的研究,研究对象包括各个层面的学生,如Hestenes、Wells(1992)等人开展了对芝加哥1500多名高中生物理概念理解的研究 JHallonand.Dhestenes.The initial knowledge State of college physics student.JAm.J.Phys.1985.53:5;华盛顿大学教育研究小组(1980)、Clement(1982)、Thornton(1998)等也开展了对大学生物理概念理解的研究。研究内容涉及力、运动、能量、光、热、温度及简单电路等物理概念；研究角度包括:教学前学生具有的前概念以及它们对于物理概念教学的影响；传统讲座式教学是否能够促进学生理解、掌握物理概念；如果传统教学不能起到积极作用,那么使用何种教学策略能更好地促进学生对于物理概念的理解和掌握。 Miller, J. D. The Scientific Literacy:A Conceptual and Empirical Review J.Daedalus，1983，112 (2)：29-48.（2）国外物理概念教学的研究成果经过长达二十几年对学生物理概念的研究,美国的物理教育研究者得出了一些重要的研究结果:概念广泛存在于学生头脑中,并会严重影响学生物理概念的学习传统教学很难改变学生的前概念有效“转变学生概念”的教学策略：基于小组合作互动的教学策略与基于电脑技术互动的教学策略。 吴伟，王新星，美国学生物理概念研究的发展J,课程教材教法，2008.2：84-85哈佛大学E. Mazur教授提出的一种课堂交流激活式的教学方法(Interactive- Engagement method),简称IE。这种方法主要是为了增加课堂中学生的参与和激励学生主动思维的能动精神。IE方法简单易行,不多占用时间,教学效果良好,受到教师们的青睐。最近一项对IE方法与传统教学方法教学效果比较的研究报告表明: IE方法确实比传统的教学方法优越。被调查的有62个班总共6542名学生。其中有48个班4458名学生用IE方法进行教学,另外14个班2084名学生基本不用IE方法。研究者用学生学习物理前、后的测试成绩进行对比，用平均标准增量来衡量教学效果。平均标准增量定义为实际平均增量与最大可能增量的比值,其中前者为学习物理之后的平均成绩与学习之前的平均成绩之差;后者为满分(100)与学习之前的平均成绩之差。结果表明, IE方法的平均标准增量是传统方法的两倍,分别为0.48和0.23。用另一份同样是Hestenes等人设计的检查学生解决问题能力的试卷, Mechanics-Baselinetest),简称MB,对以上62个班中的30个班3259名学生的测试,结果表明: FCI成绩与MB成绩的相关系数为0.91。这表明IE方法不仅有利于学生对基本物理概念的理解而且有利于学生解决问题能力的提高,因此是一种有效的方法。 DHestenes.Force Concept inventory. J Phys.Teach.1992.30:33.国内外研究综述：通过对国内外的研究进行对比，发现我国对物理概念的教学策略研究很大程度落后于国外，并且很多时候都停留在理论上，对老师的实际教学帮助方面还存在很大的空缺，这也是今后研究的一个重中之重。结合我国新修订的核心素养，研究的方向还有很长一段路要走。