物理核心素养在高中物理学教育中何以实现

1、“物理核心素养”在高中物理学教育中何以实现 伴随着基础物理教育改革的进行，科学素养的培养与提高越来越得到重视，而且也试图通过物理学史，物理学与技术、社会、环境等之间关系等内容的介入提高学生对自然的理解、对物理学本质的理解。针对一般科学素养提出了“物理学核心素养”的概念，并且将提升“物理学核心素养”作为高中物理课程的培养目标。可以看出物理学的教育理念有了较大改变，但上述理念的实施却是一个非常有难度的问题，仍有很多的问题需要探讨。如物理学核心素养的概念及其界定的问题，高中物理课程的知识体系问题，如何应用物理学史等人文内容来提升学生科学素养的问题等仍然非常有必要深入研究，更重要的是，在现有

2、的较难突破的各种限制下，如何采取一些补充措施实现上述教学目标，更是我们需要深入研究的问题。    首先，物理核心素养的概念应进一步明确，体现物理学特有的要素。    高中物理课程的培养目标旨在落实“立德树人”根本任务，进一步提升学生的物理核心素养，为学生的终身发展奠定基础，促进人类科学事业的传承与社会的发展。高中物理课程在义务教育的基础上，帮助学生从物理学的视角认识自然，理解自然，建构关于自然界的物理图景;引导学生经历科学探究过程，学会科学研究方法，养成科学思维习惯。    物理核心素养主要由“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学

3、态度与责任”四个方面构成。    物理核心素养中的“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和升华;是从物理学视角解释自然现象和解决实际问题的基础。“物理观念”主要包括物质观念、运动与相互作用观念、能量观念及其应用等要素。    我们看一下国际上有关“物理科学”的讨论。詹姆斯·克拉克·麦克斯韦(James Clerk Maxwell)在19世纪70年代出版的大不列颠百科全书第9版的一个题为“物理科学”的条目中，明确规定了能用力学纲领解释的科学为物理学。首次明确了17世纪

4、以来逐步形成的“世界的机械论图像”的历史地位，亦表明了运用力学体系的结构和运动定律去解释物理现象的观念是正确的。    这里的核心是“能用力学纲领解释”(包括能量概念)。这一点可以从物理学史上看得更为清晰。19世纪物理学研究中头等重要的问题是热和机械功的关系。“热力学”定律的建立架设了力学和热学之间的桥梁。焦耳在19世纪40年代关于热功当量的演示以及能量守恒定律的确立，认识到力学过程与热学过程是统一的。大约在1850年物理“场”的概念首先在英国的物理学中建立起来的，根据“场”的概念，假定电力和磁力分布在空间并以物理场的形式作为中介来传递作用力。19世纪60年代麦克斯韦吸收了

5、法拉第的物理思想，采用了汤姆逊的分子旋涡的概念，建立了一种场的力学模型:借助以太中粒子的作用来传递力的作用。电磁波在以太中的传播速度与光速完全相同。电磁以太和发光以太完全一致，由此麦克斯韦建立了“光的电磁理论”。所有这些都是在牛顿力学框架下，以力学解释纲领为核心导致的物理学的进步。    这是经典物理学发展的思维方法的核心部分。因此，物理核心素养应当至少要包括对各部分内容中关于力学解释纲领的思想、方法的认知与理解。对照目前物理核心素养的概念，除“物理观念”之外，其余三部分都没有涉及到物理学的本质要素。这样会导致提升“物理核心素养”到底要提升什么的问题模糊不清，也增加了物理核

6、心素养测量与评价的不确定性。    其次，高中物理课程的知识体系应进一步完善，实现建构关于自然界物理图景的教学目标。    一门学科的知识体系及其各部分内容的内在联系，是理解这门学科的关键，也是进一步研究甚至是创新的基础。高中物理必修课是针对全体高中生的物理学课程，是培养学生科学素养的重要时期，应当尽量保证完整的物理学知识结构。但目前在各种条件的限制下，必修课删减了大量内容。我们知道，力与热的关系，电、磁、光之间关系的揭示是力学解释纲领发展的重要环节，是牛顿力学取得重大进展的标志，也是物理学研究方法、思维方式的重要体现。内容删减之后许多重要环节不能体现，

7、因此也很难“形成系统的理论体系和研究方法”，更难达到“从物理学的视角认识自然，理解自然”等教学目标，相应地“建构关于自然界的物理图景”也难以落实。    第三，物理学史及相关人文知识尽最大可能内化为高中物理教学的一部分，真正成为理解物理学的思维方式、研究方法的一种有效手段。    物理核心素养是一种学生内化了的对科学的认知品质，它不仅是在对物理学知识结构的整体把握的基础上获得的，更是对人类认识自然的发展过程、思维方式及其方法的认知与理解的基础上获得的。在这一过程中我们可以获得理解经典物理学，乃至现代物理学与我们的常识、经验在处理问题中的根本区别，可以获得

8、理解物理学独特的思维方式及研究方法。但是也因课时、升学等压力，物理学史内容虽有涉及，内容也较为丰富，但各部分内容几乎没有历史的延续性，而且有些问题的设计也较牵强。碎片化的物理学史可能会导致物理学的探究过程片段化，研究方法静态化，不利于养成科学思维习惯。另外，在不够完整的物理学知识图景下，在没有历史延续性的物理学史中要知道类似“经典力学的局限性”这样的问题几乎是不可能的。    物理学作为自然科学的基础学科，物理核心素养的培养应当是科学素养提升的重要部分，高中物理学必修课恰是这一工作的重要阶段。完整的知识结构，必要的物理学史等内容的介入，都会内化为提升科学素养的精神食粮。在无法改变现有的各种限制条件下，采取一些补充措施，我们认为是有必要，也是有可能的。    第一，为教师(甚至学生)提供一部能够体现上述思想的物理学史及文化的教学参考书，教师可以用较少的课时，或是以讲座的形式将物理学的知识结构，历史上物理学主要的研究方法、思维方式的发展变化等展现给学生;    第二，物理学家可以走进中学，以讲座的形式将自身的物理学研究思想、方法、工作内容与学生面对面交流，让学生对物理学的研究有进一步感性认识，激发学习兴趣;  &#