面向核心素养与能力的物理教学目标设计与实施——以“重力势能”教学为例

^丨力做功的证据.
示意图：
复 习 之 前 学 过 的 内 容 ，引出
势 能 的 定 义 ，明 确 势 能 是 属
_-_〇___七:)丨
于 系 统 而 非 单 个 物 体 . （物理 观念） 利用演绎推理分析做功来获 取 势 能 的 表 示 方 式 . （科学思
提 出 问 题 ：做 功 是 一 个 过 程 ，而 势 能 是 一 个 状 态 维 ）
维 ，科 学 探 究 ）
水 平 1:能 够 依 据 做 功 得 出 重 力 势 能 的
观 察 物 体 的 运 动 过 程 ，利用 表 达 式 E p= m发A/i ，无 法 清 楚 区 分 过 程
做 功 的 概 念 求 解 重 力 势 能 ， 量和状态量.
解释为何用=
表示 水 平 2:不 仅 能 够 得 出 重 力 势 能 的 表 达
重 力 势 能 . （科 学 思 维 ，科学 式 £ p= m^ ，并 且 能 够 说 明 它 的 大 小 与
量.能否用一个状态量来表示势能？请详细解
释 并 提 出 假 设 . （提 前 给 学 生 引 力 做 功 的 参 考 资
料 ，学 生 可 以 引 用 其 结 论 ，避 免 教 学 焦 点 偏 离 .）
水 平 1:明确表示要用做功去分析势能. 水 平 2:明确表示要用做功去分析势能
的 表 达 ，并 用 做 功 的 多 少 表 示 势 能 . 水 平 3:明确表示要用做功去分析势能
* 通 讯 作 者 . Email: zhangping@ . 27
Vol. 42 No. 6 (2021)
物 理教师 PHYSICS TEACHER
第 42卷第6 期 2021 年
中 的 认 识 不 足 ，教 学 实 施 应 注 意 围 绕 大 概 念 系 统 条 理 展 开 教 学 ，建 立 物 理 观 念 层 级 系 统 的 同 时 发 展其他核心素养.
综 合 教 学 目 标 的 指 向 核 心 素 养 、发 展 能 力 以 及 可 操 作 性 3 方 面 的 要 求 ，借 鉴 物 理 学 科 核 心 素 养 维 度 和 学 科 能 力 的 划 分 方 式 ，物 理 教 学 目 标 的 交 叉 模 型 可 用 表 1 表示. 2 教学实施
教学实施是在教学目标研制基础上的实践过 程 ，是 核 心 素 养 落 地 的 重 要 环 节 . 保 障 核 心 素 养 有 效落实需要考虑以下3 个方面.
第 42卷第6 期 2021 年
物 理教师 PHYSICS TEA C H ER
Vol. 42 No. 6 (2021)
面向核心素养与能力的物理教学目标设计与实施
— 以“重 力 势 能 ”教 学 为 例
冯金明张萍*
( 北 京 师 范 大 学 物 理 学 系 ，北 京 100875)
摘 要 ：物 理 教 学 中 如 何 落 实 核 心 素 养 是 一 线 教 师 的 关 注 热 点 . 本 文 以 “重 力 势 能 ”教 学 为 例 ，基 于 指 向 核 心 素 养 、发 展 能 力 、可 操 作 的 目 标 导 向 ，提 出 学 科 核 心 素 养 和 能 力 交 叉 的 教 学 目 标 框 架 . 基 于 教 学 过 程 篮 控 的 诉 求 ， 给 出 结 构 化 知 识 、整 合 进 阶 、评 价 应 具 指 导 性 的 实 践 原 则 ，并 提 出 剔 除 不 相 干 信 息 、突 出 学 生 主 体 地 位 、建立合 适的教学情境等保障措施.三位一体促进核心素养真正落到实处. 关 键 词 ：核 心 素 养 ；目 标 设 计 ；重力势能
的 表 达 ，明 显 表 达 出 选 择 参 考 的 情 况 下 用做功的多少表示势能.
理论与生活关联 问 题 : 举 出 实 际 生 活 中 ，系统具有Байду номын сангаас能的例子.
系统间存在相互作用具有做 功 的 能 力 ，我 们 就 说 系 统 具 有 势 能 . （物 理 观 念 ）
水 平 1:举 出 任 意 两 个 物 体 组 成 的 系 统 具有势能. 水 平 2:举 出 两 个 物 体 由 于 引 力 或 电 磁 相互具有势能. 水 平 3:举 出 两 个 以 上 多 个 物 体 由 于 引 力或电磁相互具有势能.
最 后 ，教 学 评 价 要 具 指 导 性 . 单 元 主 题 的 学 习
进 阶 由 于 自 身 测 量 的 尺 度 较 小 ，在 验 证 过 程 中 本 身 就 存 在 巨 大 困 难 ，而 横 在 教 学 实 践 和 学 习 进 阶 之 间 存 在 的 3 个 中 间 因 素 ：对 学 习 进 阶 的 理 解 、教 学 设 计 能 力 、教 学 实 践 能 力 会 使 进 阶 研 究 结 果 变 得 繁 琐 复 杂 ，[7]降 低 了 进 阶 的 评 估 指 导 作 用 . 把 量 化和质性数据结合起来进行分析某种程度上能够 减 弱 进 阶 的 诸 多 不 确 定 性 ，因 此 能 更 加 清 晰 地 描 绘 学 习 的 认 知 发 展 ，也 为 后 期 指 导 提 供 有 效 的 干 预路径.
综 合 课 堂 教 学 知 识 的 结 构 化 、系 统 化 ，教学过 程 的 整 合 学 习 进 阶 、教 学 评 价 的 指 导 性 原 则 ，重力 势 能 教 学 过 程 可 按 表 2 来进行操作.
学科能力
观察记忆
学
习 理
概括论证
解
关联整合
物理观念
表 1 重力势能教学目标 科学思维
解释说明从做功出发研究 势 能 ；能 够 列 举 与 重 力 势 能有关的现象.
之间的一般关联.
科学探究
科学态度与责任
分析解释
应 用 实 践 推论预测
选 取 合 适 的 参 考 面 ，论 证 重力做功等于系统的重力 势能.
利 用 归 纳 思 维 ，通 过 对 3 种不同路径的重力做功分 析 ，总 结 归 纳 重 力 做 功 的 特点并与重力势能表达 关联.
能明确将重力做功视为探 究重力势能的出发点进而 探究重力势能的表达式.
核 心 素 养 是 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 、必备 品格 和 关 键 能 力 . [1]物 理 核 心 素 养 是 核 心 素 养 学 科 具 体 化 的 体 现 ，是 在 三 维 目 标 基 础 上 的 整 合 、提炼 与发展.当前教学中存在的问题是教学过程有知 识 而 缺 素 养 . [2]原 因 一 方 面 可 能 是 教 师 习 惯 了 以 三 维 目 标 作 为 指 导 的 教 学 方 式 ，缺 乏 对 核 心 素 养 与 三 维 目 标 发 展 关 系 的 理 解 ；另 一 方 面 可 能 是 在 教 学 实 践 中 ，教 师 缺 乏 基 于 一 线 教 学 情 境 进 行 核 心素养落实的有效指导.针对教学实践中存在的 上 述 问 题 ，本 文 从 教 学 目 标 的 研 制 、教 学 过 程 的 实 施 及 注 意 事 项 3 个 层 级 ，以 高 中 “重 力 势 能 ”教 学为例详细说明核心素养如何融人物理教学过 程 当 中 ，以 期 为 一 线 教 师 的 课 堂 教 学 提 供 借 鉴 和 参考. 1 目标设计
将探究重力势能的探究过 程迁移到弹性势能探 究中.
建构新模型
建立势能求解的一般性 方法.
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教学过程
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表 2 重力势能的教学实施过程 教学意图
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评价
教学引入
情 境 演 示 ：通 过 卡 文 迪 许 实 验 观 测 物 体 间 万 有
理解从一般到特殊再到一 般 的 探 索 路 径 ；能 将 理 论 推导结果与现实感知结合 交互验证.
科 学 本 质 上 ，理 解势能的探究 路 径 ，在 观 察 经 验基础上的理 论 推 理 过 程 ，体 会物理概念的 发展源于实践， 源于生活.
综合应用
知觉联想
迁
移
创 新
迁移与质疑
知 道 弹 性 势 能 、引 力 势 能 与 重 力 势 能 如 何 关 联 ，并 给出一般性的估算方法.
首 先 ，目 标 作 为 课 程 设 计 的 出 发 点 和 落 脚 点 ， 是核心素养落地的关键要素和有效抓手.m 在设 计教学目标时要突出学科核心素养各个维度的培 养 要 求 即 物 理 观 念 、科 学 思 维 、科 学 探 究 、科 学 态 度和责任4 个方面的具体目标.
其 次 ，学 习 目 标 要 体 现 出 对 学 生 学 科 能 力 的 培 养 . 学 科 能 力 是 学 科 素 养 的 统 一 体 ，是 学 生 在 认 识活动和问题解决活动中稳定的心理调节机 制 ，[3〃]其 表 现 核 心 是 知 识 经 验 的 系 统 化 、结构化 和 功 能 化 . 从 信 息 加 工 理 论 视 角 出 发 ，学科能力
利用演绎思维获取势能的 一般表达.
通过做功明晰重力势能与 其定量表达之间的联系.
利用演绎思维理想化物体 和地球引力势能求解 情境.
明 确 重 力 势 能 、弹 性 势 能 、 利 用 类 比 推 理 ，建 立 重 力
引 力 势 能 之 间 的 关 联 ，建 势 能 、弹 性 势 能 、引力势能
立势能的理解体系.
其 次 ，教 学 过 程 要 兼 顾 知 识 和 能力 的进 阶即 整 合学习进阶.[7]在 核 心 素 养 的 培 养 中 ，知 识 是 载 体 ， 能 力 是 表 现 ，整 合 二 者 就 成 为 了 素 养 背 景 下 教 学 的 必 然要求. 例如在重力势能教学评价环节，基于复杂 度的知识和能力层级划分包含了核心素养的载体 和 学 科 能 力 表现，通过对这些阶段性过程的评价，可 以 得 到 教 学 设 计 尺 度 上 进 阶 路 径 的 详 细 信 息 ，也就 为核心素养落实程度提供了参考依据.
水 平 1:仅 知 道 可 以 用 重 力 做 功 求 解 重
力势能• 简 化 模 型 ：通 过 科 学 建 模 、推 水 平 2:知 道 由 于 地 球 质 量 和 体 积 都 远
理 、论 证 将 系 统 做 功 简 化 为 大 于 物 体 ，地 球 位 移 忽 略 不 计 ，仅 需 要
重 力 对 物 体 做 功 . （科 学 思 求 解 重 力 做 功 即 可 得 系 统 的 重 力 势 能 .
首 先 ，知 识 体 系 要 结 构 化 、系 统 化 . 结 构 化 的 知 识 不 仅 是 核 心 素 养 的 有 效 载 体 ，其 系 统 化 程 度 更 是 学 科 能 力 表 现 水 平 的 重 要 体 现 . [3]研 究 表 明 ， 教师对于知识的结构化教学有所了解但是认知程 度 偏 低 . 且 教 学 实 施 的 有 效 性 偏 低 . [6]鉴 于 知 识 的 结构化对于学科能力的重要影响以及教师在教学
理论探究重力势能 分析地球表面的物体和地球所组成系统的 势能. 问 题 ：物 体 和 地 球 组 成 的 系 统 该 如 何 求 解 其 系 统势能. 探究物体直线下落时势能的表示.
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问 题 ：做 功 是 一 个 过 程 量 ，重 力 势 能 真 的 与 做 功 路径无关么？如何验证？为什么？
具 体 表 现 在 学 习 理 解 （观 察 记 忆 、概 括 论 证 、关联 整 合 ）、应 用 实 践 （分 析 解 释 、推 论 预 测 、综 合 应 用 ）、创 新 迁 移 （知 觉 联 想 、迁 移 与 质 疑 、建 构 新 模 型 ）三 个 维 度 9 个小项当中
最 后 ，教 学 0 标 作 为 评 价 的 参 考 标 准 务 必 可 操 作 ，即 方 式 方 法 注 重 过 程 ，行 为 程 度 力 求 精 准.[2]在 描 述 其 操 作 行 为 时 ，尽 量 用 一 些 清 晰 具 体 的 词 汇 ，便 于 操 作 和 检 测 . 例 如 ，物 理 观 念 与 观 察 记忆交叉项提出要学生能解释说明从做功出发研 究 势 能 并 且 能 够 列 举 与 重 力 势 能 有 关 的 现 象 ，目 标中引用的行为动词能够比较容易地用于评价教 学效果是否达到了该教学目标.