课程与教学 | 邢红军 童大振：聚焦课堂教学：学生发展核心素养的生命之源——以物理高端备课的研究为例

摘要

利用CiteSpace可视化软件，在对国内外有代表性的核心素养文献进行关键词共现和被引聚类分析的基础上，提出学生发展核心素养的基础环节是一般核心素养研究，衔接环节是学科核心素养研究，关键环节则是核心素养教学研究。通过聚焦课堂教学，进行了落实核心素养关键环节的教学设计研究。从知识本质、科学方法、学科思想、教学逻辑四个维度对教学设计进行“全新”改造，力图以生活视角重构课堂，用设计思维改变教学，构筑核心素养与教学实践连接的桥梁，希冀为核心素养的本土化与学科化作出有益的探索。

关键词

核心素养；知识本质；科学方法；学科思想；教学逻辑

中国学生发展核心素养以科学性、时代性和民族性为基本原则，以培养“全面发展的人”为核心，既是落实立德树人根本任务的重要举措，又是提升我国教育国际竞争力的迫切需要。怎样践行这样一个恢宏的教育目标？如何使核心素养生命之树长青？要准确回答这一问题，就不能满足于当前核心素养研究以概念界定、理论思辨和教学建议为主的研究取向，而需要落实到中小学课程开发、课堂教学设计、课堂教学实践上来，这是我国学生发展核心素养研究永葆青春的生命力之所在。

一、学生发展核心素养的研究趋势

为了厘清国内外核心素养研究的演进脉络，了解核心素养研究的基本状况，可以通过关键词共现分析与被引聚类分析进行研究。这是因为，关键词是学术论文研究的重要标志，是检索论文的基本手段。关键词共现可以反映与揭示某一领域不同时期的研究热点，被引聚类分析则能反映该领域研究的进展和影响力。

基于这种研究思路，利用CiteSpace可视化软件，对1978—2016年的1399篇SSCI期刊主题为核心素养的文献进行关键词共现和被引聚类分析，可以揭示国际核心素养研究的热点。研究发现，国外核心素养研究在教育领域的影响力并不明显。影响力最大的领域是医学，主要涉及神经病研究、医学理论、药学，其次是经济管理领域，信息技术、宗教和心理学也具有较大学术影响力。研究历史最早且对后续研究影响最大的议题有专业发展和认证标准，组织研究和技术应用研究；管理模式、决策研究、公司机制、健康教育、思维研究、护理学研究的影响力较大；评价研究的影响力最大并且持续至今，成为研究的焦点；此外，课程研究和智力研究也是近年来的研究热点，并受到国际学术界的普遍关注；比较教育和系统化研究的影响力相对较小，研究时间较短；高等教育的研究起始较早，且持续至20世纪90年代初。

分析国外教育学、心理学和信息技术等文献，发现与我国中小学核心素养研究相差甚远。有所借鉴的来自《课程问题》《国际工程教育》《计算机与教育》《高等教育》《亚太教育评论》等期刊文献。其中，新西兰教育研究会Hipkins，R.的研究对我国中小学核心素养教育影响最大，他的文章从课程转变的理论阐释、科学本质教育的能力培养和思维本质的学科素养三个方面，剖析了中小学核心素养的理论与实践研究。[1]

对国内2001—2016年的1186篇核心素养文献进行高频关键词统计，发现我国核心素养的研究主题分布较为广泛，聚焦于教师专业素养、学校信息素养、职业素养与教师教育、语文学科素养培养、核心素养体系构建、立德树人的德育课程体系，以及医学和信息技术领域大学生的培养模式、学习过程、课堂教学评价、人文素养、科学素养、课程与教学观摩等议题。研究主题以宏观理论和概念阐述为主，课程与教学的中观研究为辅，但结合核心素养开发、课堂教学设计和课程评价等微观实证研究较少。因此，我国核心素养研究能否落实到中小学教学本身、落实到课堂实践中就显得尤为重要，实践经验及其效果检验也值得期待，这也是核心素养是否具有生命力的关键所在。[2] 

在理论研究层面，林崇德教授主持的“中国学生发展核心素养研究”课题可谓核心素养研究领域的奠基之作。[3]该课题通过对核心素养的概念内涵进行梳理和界定，厘清核心素养理论结构，从而形成对核心素养的准确认识与定位；进一步从国际视角探寻核心素养的研究现状，从传统文化和社会现实需求中发掘学生发展的核心素养，从现行课程标准中反思学生的核心素养，最后探讨了基于核心素养的教育质量评估、课程教学改革、教师专业发展以及学习环境创设等。该课题通过对核心素养实践探索方式进行梳理和总结，提出对落实和推行核心素养有益的借鉴与启示。具体实施路径如图1所示。

由图1可见，学生发展核心素养不能满足于停留在宏观层面，而需要由宏观层面向中观层面过渡，进而进入到微观层面。目前，国内的研究正在有序从一般核心素养（宏观层面）向学科核心素养（中观层面）发展。以物理学科为例，这一发展表现为提出物理核心素养是学生在接受物理教育过程中逐步形成的适应个人终身发展和社会需要的必备品格和关键能力，是学生通过物理学习内化的带有物理学科特性的品质，是学生科学素养的重要构成。物理核心素养主要由“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面构成。（1） 物理观念。“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，主要包括物质观念、运动观念、相互作用观念、能量观念及其应用等要素。（2）科学思维。“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，主要包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等要素。（3）科学探究。“科学探究”是指提出科学问题、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、交流与合作等要素。（4） 科学态度与责任。“科学态度与责任”是指在认识科学本质，理解科学-技术-社会-环境关系的基础上，逐渐形成的对科学和技术应有的正确态度和责任感。“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。

综上所述，学生发展核心素养的基础环节是一般核心素养的研究，衔接环节是学科核心素养的研究，关键环节则是核心素养的教学研究——这就是学生发展核心素养“内涵发展”的内涵。显然，只有扎实推进中小学各学科基于核心素养的课程开发、课堂教学设计和课堂教学评价，才能使学生发展核心素养的生命之树长青。反之，一味醉心于核心素养的概念界定、理论思辨和教学建议，漠视核心素养的课堂教学研究，核心素养就难以逃脱无疾而终的命运。

二、学生发展核心素养的教学研究

按照一般核心素养、学科核心素养、核心素养教学的研究思路，我们聚焦课堂教学，以物理高端备课的形式，进行了落实核心素养的教学设计探索。所谓物理高端备课，是指以物理课程与教学理论为指导，采用备课的形式，研究既符合物理学内在逻辑，又符合物理教学规律，同时符合学生学习规律并接受课堂教学实践检验的教学设计，体现“从物理知识传授到物理方法教育，再到物理思想形成”的核心理念。在此基础上，构筑一线物理教师参与的教学研究交流平台，从而达成物理教育理论与实践真正结合，促进教师专业提升与学生认知发展向高水平跨越的物理教育研究活动。为此，本文从知识本质、科学方法、物理思想、教学逻辑四个维度出发，对物理教学设计进行了“全新”改造，力图彰显核心素养的精髓，构筑起核心素养与教学实践连接的桥梁，希冀超越传统教材分析、教案撰写的局限，为核心素养的本土化与学科化作出有益的探索。

（一）厘清知识本质，彰显概念要义

高端备课作为学生发展核心素养的教学路径 ，为核心素养的实施提供了新的“蓝本 ”。它以科学的方式展现知识的本质，强调知识的精准、严谨与规范，是学生发展核心素养的基础。

一切教学活动都必须围绕知识本质展开，才能促进学生对知识的理解。因为学生只有真正领悟了知识本质，才会拥有对知识的“感觉”，并最终发展出对知识的挚爱，这样的教学设计才能取得良好的效果。令人惋惜的是，即使是作为教学参照与指导的教科书，其中一些概念的定义也未能很好地凸显知识本质。

以质量概念为例，我国初中物理教材长期采用“质量是物体所含物质的多少”的定义，也采用“质量是物体惯性大小的量度”的定义。这两个定义的来源是什么？内涵是什么？两者是否一致？几乎所有的初中物理教师都不清楚，这就会在一定程度上影响学生核心素养的发展。

在“初中质量概念的高端备课”一文中，我们回答了这一问题。[4]事实上，“物体所含物质的多少”的定义称为引力质量，而“物体惯性大小的量度”的定义则是惯性质量，经过非常简单的推导就可以证明，两者是等价的。  

一言以蔽之，物理高端备课不仅要着眼于给出概念的定义，还要注重物理知识本质的阐释，由此才可满足核心素养是“学生知识、技能、情感、态度等多方面要求的结合体”的诉求。因此，在教学过程中，教师必须重视对知识本质的诠释，通过充分展现知识本质的独特魅力，从而发展学生的核心素养。

（二）显化科学方法，展现教学过程

在教育教学中，把学生掌握知识作为教学目标，还是把知识作为载体以掌握科学方法作为教学目标，这反映了两种完全不同的教育理念。一项物理问题解决的研究显示，科学方法对于物理知识的回归系数为0.7，物理知识对于成绩的回归系数为0.19，而科学方法对成绩的回归系数为0.27。[5]由于知识通常需要经由科学方法才能得到，因此，在这个意义上说，科学方法比科学知识更重要。

目前，我们的教育完全未把科学方法置于重要的地位，无论是教材编写还是课堂教学，对科学方法的名称及内容都鲜有提及，少数被提及的方法也往往以不恰当的方式呈现给学生。以比值定义法为例，人们普遍认为，如果某两个量在一定条件下的比值是常量，这个常量便反映了事物的本质属性，利用该比值就可以定义描述事物本质属性的一类概念。实际上，这种观点存在很大的纰漏，因为它只叙述了比值是常量的结论，而未阐释比较的原因。其实，“比较”的基本要求是在比较时统一标准，因为统一标准的比较结果才有意义。进一步说，为了恰当运用科学方法，还需要将科学方法的运用过程展开，按照科学方法的内在逻辑呈现概念与规律建立的过程。比如，建立密度概念时的比值定义法呈现过程就应当包括以下四个步骤：（1）选取比较的对象（质量m）；（2）选取比较的标准（体积v）；（3）研究比较的意义（[mv]）；（4）得到比较的结论（ρ=[mv]）。正是通过科学方法的展开过程，才能使物理概念与规律以一种符合物理教学逻辑的方式水落石出。[6]

事实上，科学方法不仅有助于学生掌握知识，并且也可以很好地发展学生的核心素养。比如，我们曾经指导高中生运用“外推法”，利用两位美国科学家发表在《NATURE》杂志上的鹦鹉螺化石气室外壳上的生长线条数的数据，得到了月球最初被地球俘获绕地球运动时的时间距今为7亿年的结论，研究结果发表在中国科学院力学研究所主办的核心期刊《力学与实践》杂志上。[7]

显然，显化科学方法的教学，才能使教学变得清晰明快。从科学方法名称的告知，到科学方法要求的规定；从科学方法内涵的挖掘，到科学方法运用的展开，都充分发挥了科学方法的知识建构与应用功能，通过系统而规范的科学方法教育，促进学生核心素养的形成。

（三）点化学科思想，深化核心素养

作为教育的重要组成部分，学科思想具有独特的教育价值与意义，学生只有形成了学科思想，才能真正理解与掌握知识。然而，学科思想教育却始终未能在中小学教学中得到足够重视，这无疑有碍学生核心素养的发展。

以物理思想教育为例。物理思想的形成是一个从物理学家“个人的物理科学”到物理学共同体“公开的物理科学”的历程，其中，物理学家“个人的物理科学”是物理思想形成中最关键的部分。物理学家非常规的思考、艰辛的探索过程和激动人心的高峰体验，构成了物理思想非凡境界的源泉。物理思想作为独立存在的理论体系，不仅能引领物理方法的形成与运用，而且能对物理理论的发展起促进作用。因此，为了在物理教育中让学生充分领略“公开的物理思想”并最终让学生形成“个人的物理思想”，就有必要从物理思想的特征出发，归纳出物理思想的主要组成部分，包括以下内容：对称思想；守恒思想；可逆思想；等效思想；假说思想；比较思想；转换思想；相干思想；量子化思想；相对性思想。[8]

在中小学教学中落实核心素养，一些难点、重点知识往往需要借助于学科思想才能突破；同时，学生也唯有将习得的知识和科学方法提升至学科思想高度，才能内化为核心素养。比如初中物理“功的原理”，其表述为“利用任何机械时，人们所做的功都不会小于不用机械而直接徒手做的功，即使用任何机械都不省功”。长期以来，学生大都有 “为什么功不能省而力却能省”的困惑。为突破这一教学瓶颈，我们一方面为学生点化“功的原理”中蕴含的守恒思想，另一方面凸显守恒思想的普适性——自然界与人类社会一样，都存在着某种“不变性”，就像人的基因图谱一样，无论采用何种手段都无法改变，从而为学生理解守恒思想做好铺垫。

由于学科思想教育的薄弱与淡化，导致我国学生每当遇到问题时，总是习惯于一开始便埋头运用系统的理论工具，按部就班地作详尽的定量计算，而且常常为某些计算细节所困惑，尽管许多问题本可以通过学科思想的思考就能得到定性或半定量的结论。比如，有人曾发表题为《自行车是省功费力的机械》的文章，其实，根据“功的原理”中蕴含的“守恒”的思想就很容易判断，自行车作为一种简单机械是不能省功的。[9]  

概而言之，借助于点化学科思想名称，揭示学科思想价值，阐释学科思想内涵，拓展学科思想外延等方式，从而为教学设计打通思维通道。通过让学生了解学科思想、体验学科思想、领悟学科思想，最终达成发展学生核心素养的目的。

（四）重构课程顺序，引领教学逻辑

所谓教学逻辑，是指教学过程中诸要素呈现的相互关系。教学逻辑在整个教学设计中扮演着至关重要的角色，一个概念或规律从哪里来，到哪里去，中间又历经怎样的过程，都应有所交代。因此，教学对逻辑有着特殊的要求，课程的模块、探究的步骤等都无法替代教学逻辑。这种教学逻辑要求教师不仅要讲出“是什么”，还要讲出“为什么”。即每一个教学环节和行为都应有逻辑考量下的充分依据，从而使知识获得的抽丝剥茧过程成为发展学生核心素养的过程。

比如，中学物理教学中对于场的处理，一般是从力与能量两个维度进行描述。从力的角度描述，就要引入力与场强的概念；而从能量的角度描述，就要引入能量和势的概念。然而，中学物理教材在重力场课程内容的编排上却呈现出这样的状况：引入了重力但没有引入重力场强，引入了重力势能却没有引入重力势。这就导致教材的编排出现了逻辑断点，进一步导致电学与力学物理量之间难以形成对称的映射关系，使得电场的教学不能通过重力场进行“类比”。这样明显的逻辑缺陷，长期存在于教材中却未能得到有效解决，令人遗憾。

有鉴于此，物理高端备课基于对“场”概念的深刻认识，敏锐地找出重力场教材编排中的逻辑断点，引入“重力场强”与“重力势”两个“新”概念，从而为后续电场强度与电势的教学铺平了道路。显然，物理高端备课不再满足于物理知识的简单呈现，而是着力体现物理知识之间的逻辑、关联与融通，通过补缀“重力场”概念定义中的“罅隙”，从而彰显高端备课的独特内涵，使得核心素养的落实免于陷入纸上谈兵的窠臼。

三、学生发展核心素养的研究启示

（一）高端备课：学生发展核心素养研究的关键

由于研究的领域与方法不同，学生发展核心素养的研究一般可分为“就理论理”、“就事论理”和“就事论事”三种。

“就理论理”的研究涉及核心素养的基本理论，通常是从理论到理论，讲究研究的学理性和逻辑性。由于居于核心素养的上位，因此这种研究对于更新教育观念、制订核心素养框架等是必要的。但与学生发展核心素养的实践还存有一段距离。

“就事论理”的研究则进入到学科核心素养的层面。这里的“事”就是实际存在的问题，“理”就是对实际问题作出必要的分析。鉴于我国中小学分科教学的教育传统，核心素养的研究必然要走进学科，这正是核心素养的“就事论理”研究。这一研究起着承上启下作用，但同样与学生发展核心素养的实践存有一段距离。

因此，学生发展核心素养的研究，最终要落实在“就事论事”的层面。这里的“事”，不是寻常的学科知识探讨，也不是一般的习题解答，而是课程制订、教学设计、教育测评等。这一层面的研究，讲究实用性和操作性，重点解决学生发展核心素养过程中的“做什么”和“如何做”。它既是“就理论理”研究、“就事论理”研究的延伸，亦是两种研究的归宿。在一定意义上，“就事论事”的研究可谓核心素养研究中的“扎根”研究。

由是观之，“就事论事”、“就事论理”和“就理论理”构成了核心素养研究中的不同的层面，共同构筑成一个有机整体。当前，在核心素养“就事论理”与“就理论理”研究的基础上，加强核心素养“就事论事”的研究，就显得尤为重要，而高端备课正是为此而展开的有益探索。

（二）高端备课：学生发展核心素养研究的推手

《中国学生发展核心素养》提出，“核心素养”是个体在面对复杂的、不确定的现实问题时，能够发现问题、解决问题的综合品质。何谓复杂的、不确定的现实问题？如何超越传统习题，让学生解决复杂的、不确定的现实问题？这些问题都需要在核心素养教学中认真研究。

有鉴于此，我们发展出了原始问题教学理论，[10]-[13]并把原始问题作为“复杂的、不确定的现实问题”来进行物理高端备课。原始问题是自然界及社会生活、生产中客观存在、能够反映概念、规律本质且未被加工的典型现象和事实，是对现象的描述，保留着现象的“原汁原味”，符合核心素养对于“复杂的、不确定的现实问题”的界定。

长期以来，我国教育把“习题”与“问题”混为一谈。由于习题对知识获得过程进行了或多或少的“阉割”，并且给出已知条件，这就使学生的一部分思维活动被越俎代庖，从而疏离了作为教学根源的现象，这无疑破坏了教育情境的真实性，从而使学生无法在教学活动中得到全面发展。

为了使教育从纯粹的知识灌输模式中走出来，完成真正意义上的核心素养养成，物理高端备课将物理现象的原貌呈现给学生，以生活视角重构课堂，用设计思维改变教学，使教师的教学行为与学生的学习行为有序交互协同，从而实现物理知识传授与核心素养发展的有机结合，进而消弭实质教育与形式教育的疏离与对峙。比如，我们曾提供给中学生这样一个原始物理问题：火车行驶在空旷的田野时，看到近处的树木是向后退的，但远处的树林、山脉好像不是向后退，而是也向前走了。请给出理论解释。经过研究，中学生给出了圆满的答案并公开发表。[14]显然，这样的教学方式就较好地体现出了发展学生核心素养的意蕴。 

（三）高端备课：学生发展核心素养践行的苗圃

为了彰显核心素养的价值，使其保有强大的生命力，就需要为核心素养理论搭建发挥功效的教学平台，将其用于指导教学实践，并接受教学实践的检验。

基于核心素养的理念，依据协同学理论，我们将教学过程分为被组织和自组织两个阶段。具体而言，教学过程与其他具有自组织结构的系统一样，都要经历由无序到有序的转变。在教学过程的大部分时间里，学生大脑都处于无序的被组织状态，只有通过教师的教学活动，才能使学生的大脑向临界区域过渡，完成量变到质变的积累。当教学过程进入从被组织向自组织转变的临界区域时，教学过程的转变不再需要教师的干预，转而通过学生的自主学习活动，使大脑中的子系统自行组织，从而形成有序的系统。因此，在教学过程的自组织阶段，学生起主导作用。

已有研究发现，学生在概念的形成过程中会依次经历振荡渐进期、高原期和突变期三个阶段，对应于教学过程的不同阶段——振荡渐进期对应被组织阶段，高原期对应临界区，突变期对应自组织阶段。[15]学生初学概念时，将经历一个快速渐进振荡期，须借助教师的干预才能习得知识；随着学习的深入，学习出现了停滞不前的状况，需要通过相互讨论，才能为认知状态的转变做好准备；随着学习进入突变期，掌握知识的效率加快，学生能够在较短时间内完成认知状态转变。

为了发展学生的核心素养，在“超重与失重的高端备课”研究中，[16]我们强调教师应当讲解超重知识（被组织过程），而后让学生展开讨论（临界区域），最后让学生自己推导失重知识（自组织过程）；同样，在“机械能守恒定律高端备课”研究中，[17]教师借助重力势能转变为动能的过程推导出定律（被组织过程），而后让学生讨论（临界区域），最后让学生自己完成由动能转变为重力势能的过程，推导出定律（自组织过程）。从发展学生核心素养的角度解读，不难发现，如果教师讲授过多，就会替代学生的思考过程，妨碍学生的认知状态由被组织向自组织转变；如果教师讲授不够，则不能把学生引领到从被组织向自组织转变的“临界区域”，同样也会影响学生核心素养的养成。唯有恰当发挥教师的主导作用，确立学生的主体地位，发展学生核心素养的事业才具有长久的生命力。

[注释]

[1] 王晶莹，梁宇晨，马云梦．国际核心素养研究进展与趋势的量化分析[J]．中国人民大学教育学刊，2017，（2）．

[2] 王晶莹，刘萱，等.我国核心素养研究热点与发展趋势的实证分析[J].中小学教师培训，2017，（5） .

[3] 林崇德. 21世纪学生发展核心素养研究[M].北京：北京师范大学出版社，2016：20.

[4] 张抗抗，邢红军.初中质量概念的高端备课[J].湖南中学物理，2016，（2）.

[5] 邢红军，罗良，林崇德.物理问题解决的影响因素研究[J].课程·教材·教法，2012，（6）.

[6][17] 邢红军.初中物理高端备课[M].北京：中国科学技术出版社，2014：1-6、49-54.

[7] 邢威加，田健.地球与月球关系的研究[J].力学与实践，2011，（5）.

[8] 邢红军，张抗抗.论物理思想的教育价值及其启示[J]．教育科学研究，2016，（8）.

[9] 王绍符.自行车是省功费力的机械[J]．物理通报，2017，（8）.

[10] 邢红军，陈清梅. 论原始物理问题的教育价值及其启示[J]．课程·教材·教法，2005，（1）.

[11] 邢红军，陈清梅.对原始物理问题教学的思考[J].中国教育学刊，2006，（8）.

[12] 邢红军.原始问题教学：物理教育改革的新视域[J].课程·教材·教法，2007，（5）.

[13] 邢红军，石尧.原始物理问题教学：一个本土化教学理论的创生[J].教育学术月刊，2016，（9）.

[14] 邢威加，田健.奇妙的视运动现象及其定量解释[J].中学物理，2012，（3）.

[15] 母小勇，张莉华. 一个科学概念形成过程的初步实验研究[J].心理科学，2000，（5）.

[16] 刘欣，邢红军，陈清梅.超重与失重的高端备课[J].物理教师，2013，（12）.

（责任编辑：刘宏博）

       【本文作者】邢红军 首都师范大学教师教育学院 教授 博士生导师；童大振 首都师范大学教师教育学院

【论文来源】《教育科学研究》2019年第9期

【课题信息】本文为北京市教育委员会“十三五”规划社会科学基金重点课题“北京市理科中考改革导向的前瞻性研究”（SZ20171002815）的阶段性成果。

注：文中公式在微信公众号推送时可能有变，请以纸质刊物为准。

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