序

课程教材改革不断深化发展，对课程教学提出了更高的要求。如何在课堂教学中落实核心素养，如何缩小国家课程在转化过程中的“落差”，如何提高学科教育质量，这是推进课程实施必须研究的关键问题。

开展教学设计研究既是落实核心素养的必要基础，也是缩小课程转化“落差”的重要举措，以此促成课堂教学改进，推动教学方式和育人方式的改革。在教学设计中，要高度关注“思维与行为”和“整体与部分”这两对关系。

一是“思维与行为”，明确从学生表现表达行为看思维发展。

物理学科教学的关键在于培养学生的科学思维与激发学生的探究兴趣。思维是人脑对客观事物的间接和概括反映，在解决问题中发挥重要作用。解决问题的过程就是在相应科学方法引导下，选择恰当的知识和技能，并按照一定顺序进行整合执行。

如何将客观事物转化为具体问题并解决，不同个体的思维路径既有共性又有差异，这便是思维“虚”的一面。思维是虚的，然而行为是实的。在教学中，通过创设情境引出问题，由问题引导探究活动，培养学生思维能力，并通过观察活动中学生的表现和表达行为来判断其思维发展。因此，学生在课堂上将客观事物转化为具体问题并解决，这一过程是通过“问题”引导实现的。

“问题”是课堂教学的重要元素，其设置重在激活课堂。无论师生之间还是生生之间的活动，其触发点往往都是“问题”。问题本身的质量和逻辑关系，决定了思维的起点与路径，从而决定了学生学习经历中沿途的风景和目的地。从某种意义上说，教学设计的重点就在于设计好这一连串的问题。

思维乃虚，行为为实。“虚”的思维需要利用“实”的行为使之显现，而问题是链接思维与行为的纽带，是从虚到实的触发点。因此，问题要有明确指向，要有思考基础和思考空间。关注和研究这个由虚到实、以实显虚的关系，是教学实践的一个重要视角。

二是“整体与部分”，主要指核心素养内涵的呈现。

物理学科核心素养是一个整体，即使是一节课的教学，也往往涉及物理观念、科学思维、科学探究和科学态度与责任这四个方面。教师开展教学研究必须透析整体，为此可阶段性地集中关注一个方面，通过观察、分析和提炼其特征，形成解决问题的策略。不同研究阶段的整合或者不同研究群体的合作，便能形成对学科核心素养的整体理解。

物理学科课程标准中的科学思维主要包括模型建构、科学推理、科学论证和质疑创新四个要素。本书作者采取类似“整体与隔离”的思想方法，从核心概念入手，分别对四个要素进行研究，最后通过单元教学实例展示实践效果，这种从小处着眼切实开展教学研究的方法，不失为一种有益的尝试。

总而言之，在国家大力发展科学教育，切实推进国家课程实践转化的背景下，物理学科教师责无旁贷。我们应当积极鼓励教师参与教学研究，探究其教学行为的内在逻辑与因果关系，这将更直接地促进教学反思与改进。从这个意义上讲，教研也是发展教师“教学思维”的重要路径。

时代发展日新月异，新技术赋能教学是必然趋势，但只有牢牢把握教与学的规律，才能使这一切自然且有效地发生。因此，一再追问教学最本质的“问题”，是值得肯定的。

后记

2023年，教育部发布《基础教育课程教学改革深化行动方案》，重点关注如何通过核心素养导向的教学设计、学科实践、跨学科主题学习及作业设计等途径来推进教学改革。《普通高中物理课程标准（2017年版）》和《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》对“物理学科核心素养”作出了解释，其主要包括“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面。这四个方面相互交织、互为基础，共同培育学生运用物理知识、方法和价值观解决问题的综合素养。其中，科学思维作为方法与工具，以物理观念为思考对象，设计与优化科学探究的过程，且在科学思维过程中始终贯穿科学态度的严谨性。由此可见，围绕科学思维设计与实施课堂教学具有重要意义。 

科学思维无法通过教师的陈述来传递和培养，而是需要学生经历分析推理、抽象概括、比较分类等多种思维过程，逐渐熟悉科学思维方法，进而具备完成相应操作的能力。那么，学生的思维过程究竟是如何发生、延续和完成的呢？ 

在一次区教研活动中，我观摩了时任上海市徐汇区物理教研员桑嫣老师的示范课“伽利略对落体运动的研究”。基于“学科核心素养”设计的问题，不仅能更深刻地指向学科本质和思维方法，还常常会引发 “一石激起千层浪”的连锁反应，而以“讲授”为主的教学方式则难以达到这一效果。因此，问题是一个绝佳的传感器。

基于情境创设一连串问题，能够引导学生将不可见的思维转化为可见的问答行为，同时促使学生反过来探寻行为依据，从而形成思维路径。因此，问题和问题链是教师教学设计和实施中至关重要的环节。

2020年， 我主持的“培养科学思维的物理课堂问题链设计与实施” 被立项为2020—2023年区级学科带头人项目，课题组共有五人，均为上海市西南位育中学物理教师。课题研究工作历经基础研究、实践应用等阶段，完成了对物理学科核心素养、问题链教学等的理论研究和实践推进。

在课题研究过程中，我们通过研读新课标、聆听专家解读和教研员指导等方式，逐步在实践过程中对自身教学行为进行反思和改进。我们开设了区级教师培训课程、发表相关论文，将来自一线教学的真实体验和思考以文字形式保留下来，作为课题研究的物化基础，并最终成书。

本书共分为三个部分。第一部分对“科学思维”和“问题链”两个核心概念进行理论概述，并分析两者与物理教学的关联。第二部分运用“隔离法”对科学思维的四个要素进行拆解，通过理论与实例相结合的方式，探寻科学思维各要素的培养与课堂教学问题链之间的关系。第三部分是以“整体法”进行分析的单元教学设计实例，从两个不同视角解读发展科学思维能力的目标和问题链设计的关系。

本书的撰写工作由课题组成员合作完成。具体分工如下：第一章由董召倩撰写；第二章由董召倩和谢敏撰写；第三章由王翠萍撰写；第四章由马凌燕撰写；第五章由张鑫娜撰写；第六、第七章由谢敏撰写；全书由谢敏统稿。

在此，我们要感谢陆伯鸿老师和桑嫣老师对课题研究及本书编写过程给予的热情指导，感谢上海市西南位育中学校长陈勇、书记金琪对课题研究及本书编写的大力支持和热情指导，也感谢提供参考资料的作者。本书中的案例有部分借鉴了上海市空中课堂等优质公开教学资源之处，未能一一说明，谨表感谢。

物理学科核心素养的落实是一项庞大、复杂且专业的工作。在选择其中小小一隅开展研究的过程中，我们越发体会到“目标”与“具体实践”之间的距离。由于我们对物理学科核心素养、问题链教学等的探索和研究还不够充分，自身的认识及能力也存在局限，因此书中对于物理学科核心素养、问题链教学等的有关描述肯定存在欠缺，可能还有某些内容存在谬误或表述不当之处，敬请读者谅解并给予批评指正。

有学者说：伟大的教学方法，往往是与特定情境和特定教师共同创造出来的。对此，我们深表认同，也愿意继续探索这条从特殊到一般的教研路径。

谢敏

2025年5月