物理觀念形成初中物理教學(xué)實(shí)踐

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摘要：物理觀念具有整合性、漸進(jìn)性、主觀性、穩(wěn)定性等特征，物理觀念的形成需要經(jīng)過體驗(yàn)、反思、整合、實(shí)踐四個(gè)環(huán)節(jié)，階梯式、鑲嵌式、螺旋式是形成物理觀念的基本教學(xué)模式，而問題解決則是物理觀念形成的主要途徑。

關(guān)鍵詞：物理觀念；教學(xué)模式；高階思維

物理核心素養(yǎng)主要由物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四個(gè)方面的要素構(gòu)成。其中，物理觀念既是物理核心素養(yǎng)的主要內(nèi)容，又是其他物理核心素養(yǎng)的重要基礎(chǔ)。那么，在物理課堂教學(xué)中究竟該如何幫助學(xué)生形成物理觀念呢？本文認(rèn)為，物理觀念的形成，并不僅僅是物理基礎(chǔ)知識(shí)的積累，而是建立在學(xué)生物理知識(shí)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，對(duì)物理學(xué)科知識(shí)的深度理解并對(duì)其進(jìn)行概括、反思、提煉、升華、內(nèi)化的過程。

一、物理觀念的內(nèi)涵與特征

（一）物理觀念的內(nèi)涵對(duì)于物理觀念，不同的研究者對(duì)其有不同的界定，但也有共同之處，認(rèn)為物理觀念不僅是指具體的物理知識(shí)，還包括物理概念和物理規(guī)律等。本文認(rèn)為，物理觀念是以物理學(xué)科為背景，在學(xué)習(xí)物理概念與規(guī)律之后，學(xué)習(xí)者經(jīng)過了信息再加工處理，提煉升華出的能夠反映物理本質(zhì)特點(diǎn)的，關(guān)于物理問題的概括化、抽象性及整體性認(rèn)識(shí)。物理觀念不僅是物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分，還是從物理學(xué)視角解釋自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問題的基礎(chǔ)。具體來說，可以從三個(gè)層面理解物理觀念的內(nèi)涵：1．知識(shí)層面，物理觀念是高度概括化的知識(shí)系統(tǒng)。物理觀念不等同于物理知識(shí)，但物理觀念卻離不開物理知識(shí)，它與物理知識(shí)相互作用、相互影響。高中物理核心素養(yǎng)中的物理觀念包括物質(zhì)觀念、運(yùn)動(dòng)觀念、相互作用觀念、能量觀念，從這個(gè)角度看，我們可以認(rèn)為物理觀念是高度概括化的知識(shí)系統(tǒng)。2．方法層面，物理觀念給學(xué)生提供了認(rèn)知方法。如在學(xué)習(xí)了“力的作用是相互的”這個(gè)物理知識(shí)以后，學(xué)生就可以根據(jù)所學(xué)知識(shí)建立一種認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界的方法，這已超越了物理概念本身，具有了方法的內(nèi)涵，使學(xué)生學(xué)到整體性認(rèn)識(shí)世界的方法，從更高的層次去認(rèn)識(shí)物理方法。3．價(jià)值層面，物理觀念對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)有重要的價(jià)值。物理觀念不僅有利于學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的整體建構(gòu)，還有利于學(xué)生持久理解、深度理解物理學(xué)科知識(shí)，并基于此進(jìn)行整合生成。

（二）物理觀念的基本特性1．整合性物理觀念形成于具體的物理知識(shí)學(xué)習(xí)之后，是通過對(duì)龐雜、零散的物理知識(shí)整合提煉而形成的整體性認(rèn)知，它具有高度的整合性。物理觀念整合的方面包括：感性與理性的整合、概念與概念的整合、知識(shí)與行動(dòng)的整合、方法和結(jié)果的整合。2．漸進(jìn)性物理觀念是以低層次的具體物理知識(shí)的學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)的，如果缺乏物理知識(shí)的學(xué)習(xí)，那么高層次的物理觀念就很難形成。此外，不同學(xué)段的學(xué)生所形成的物理觀念是不同的，高段學(xué)生的認(rèn)知是在低段物理觀念之上經(jīng)升華與拓展形成的，因此，物理觀念的形成具有階段性和層次性。3．主觀性物理觀念是人腦對(duì)客觀物質(zhì)世界的總體性認(rèn)識(shí)，是建立在不同認(rèn)識(shí)主體的年齡特點(diǎn)、知識(shí)與能力水平、個(gè)性傾向以及興趣愛好等主觀因素基礎(chǔ)上的。4．穩(wěn)定性物理觀念形成于長(zhǎng)期物理知識(shí)學(xué)習(xí)過程中，形成物理觀念后，長(zhǎng)期儲(chǔ)存在學(xué)習(xí)者的腦海中，并對(duì)其學(xué)習(xí)行為有深刻影響，能夠影響學(xué)習(xí)者的認(rèn)知方法和思維方式，因此，物理觀念具有相對(duì)的穩(wěn)定性。

二、物理觀念形成的核心環(huán)節(jié)

（一）體驗(yàn)體驗(yàn)是學(xué)習(xí)者主動(dòng)參與物理學(xué)習(xí)過程，感知、感受客觀物質(zhì)世界的過程。物理觀念的形成來源于真實(shí)經(jīng)歷，并在經(jīng)歷中獲得經(jīng)驗(yàn)，在此過程中，學(xué)習(xí)者需要調(diào)動(dòng)視覺、聽覺、嗅覺、觸覺等多方面的感受器，獲得豐富的經(jīng)驗(yàn)，才能夠?qū)ξ镔|(zhì)世界有自我的認(rèn)識(shí)和看法。

（二）反思反思是促進(jìn)學(xué)習(xí)者認(rèn)識(shí)形成的過程，該過程中存在一個(gè)轉(zhuǎn)化，即從對(duì)外部的感知、感受、注意轉(zhuǎn)換為對(duì)思想方法、思維意識(shí)認(rèn)識(shí)的過程。因此，反思是學(xué)習(xí)者對(duì)思想方法的再思考，反思的過程可以有效地促進(jìn)學(xué)習(xí)者的思維發(fā)展，也是形成物理觀念的重要過程。

（三）整合整合是在反思的基礎(chǔ)上，將各個(gè)不同的要素進(jìn)行統(tǒng)整，即學(xué)習(xí)者對(duì)具體物理概念、物理規(guī)律等物理知識(shí)以及蘊(yùn)含于物理知識(shí)背后的不同層次和類型的物理思想方法進(jìn)行概括、歸納、綜合的過程。“大概念”不僅可以幫助學(xué)習(xí)者強(qiáng)化概念的本質(zhì)屬性，加強(qiáng)概念與概念間的相互聯(lián)系，還可以讓學(xué)生置于更大的視域內(nèi)來認(rèn)識(shí)解決問題。

（四）實(shí)踐沒有參與實(shí)踐，物理觀念就不能真正形成。內(nèi)化的觀念只有通過外顯的行為才能表現(xiàn)出來。而在用物理觀念影響行為方式的同時(shí)，應(yīng)繼續(xù)升華物理觀念，對(duì)其不斷修正和補(bǔ)充。

三、促進(jìn)物理觀念形成的教學(xué)模式

（一）階梯式“所謂階梯式教學(xué)是指教師基于學(xué)生的現(xiàn)實(shí)水平和身心發(fā)展規(guī)律，將教學(xué)活動(dòng)整合設(shè)計(jì)成具有層次的學(xué)習(xí)階梯序列，引導(dǎo)學(xué)生不斷提高學(xué)習(xí)和發(fā)展水平的教學(xué)模式。”[1]物理觀念的形成是建立在物理經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)之上的，將物理經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為物理知識(shí)，并將物理知識(shí)概括提煉到概念水平的過程，也就是從低階往更高階概念提升的過程。因此在物理教學(xué)活動(dòng)中，應(yīng)設(shè)計(jì)具有階梯性的教學(xué)活動(dòng)，具體的操作方法是，按照經(jīng)驗(yàn)水平———概念水平———思想方法水平，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行組織和整合，設(shè)計(jì)“精”“妙”“合”“活”的教學(xué)問題，再將教學(xué)問題轉(zhuǎn)化為教學(xué)活動(dòng)，應(yīng)用于物理課堂教學(xué)中。例如，在進(jìn)行合力與分力的課堂教學(xué)時(shí)，教師首先可以激發(fā)學(xué)生已有的經(jīng)驗(yàn)，以學(xué)生已有的生活體驗(yàn)為切入口，說明一個(gè)大人可以推動(dòng)一輛車，兩個(gè)小朋友也可以推動(dòng)一輛車，引導(dǎo)學(xué)生分析，一個(gè)大人對(duì)車的力的作用與兩個(gè)小朋友對(duì)車的力的作用效果是完全相同的，從而激活學(xué)生的物理經(jīng)驗(yàn)，引入“等效替代”的物理思想。其次，需要將學(xué)生的經(jīng)驗(yàn)水平上升到概念水平。如學(xué)生在基于生活實(shí)踐的基礎(chǔ)上，初步體會(huì)到“等效替代”思想后，可以引入“合力”“分力”“力的合成”“力的分解”等基礎(chǔ)概念，在這些概念的學(xué)習(xí)過程，進(jìn)一步加深了學(xué)生對(duì)“等效替代”思想的認(rèn)識(shí)，學(xué)生認(rèn)知也將從經(jīng)驗(yàn)水平上升到概念水平。最后，學(xué)生在深刻領(lǐng)悟所學(xué)的物理思想方法后，還能以該思想方法為指導(dǎo)，將其運(yùn)用到新的物理知識(shí)的學(xué)習(xí)中，能夠用其解決新的問題，實(shí)現(xiàn)舉一反三。

（二）鑲嵌式鑲嵌式教學(xué)是指在課堂教學(xué)中，將不同的物理知識(shí)分散到不同的教學(xué)過程中的教學(xué)方式。在學(xué)習(xí)某個(gè)物理核心概念時(shí)，需要首先學(xué)習(xí)多個(gè)相關(guān)支撐該核心概念的子概念，而這些子概念的學(xué)習(xí)看似相對(duì)獨(dú)立，卻又相互影響、相互作用。例如，在學(xué)習(xí)“地球上的水循環(huán)”時(shí)，首先需要學(xué)習(xí)到構(gòu)成水循環(huán)的熔化、凝固、液化、汽化、升華、凝華六個(gè)物態(tài)變化子概念，這些概念的學(xué)習(xí)是為物質(zhì)狀態(tài)變化這個(gè)核心概念做鋪墊的，由此可以看出，大概念的學(xué)習(xí)，實(shí)際上是將零散的知識(shí)融入知識(shí)結(jié)構(gòu)當(dāng)中，幫助學(xué)生建立概念體系的學(xué)習(xí)過程。因此，鑲嵌式教學(xué)能夠有效地分散教學(xué)內(nèi)容，建立知識(shí)結(jié)構(gòu)體系，強(qiáng)化理解大概念。在實(shí)際操作中，我們可以根據(jù)概念認(rèn)知以及概念本體的復(fù)雜程度，對(duì)物理概念進(jìn)行層次建構(gòu)，如設(shè)計(jì)物態(tài)變化單元主題時(shí)，其概念層次分析如圖1所示。學(xué)習(xí)“物質(zhì)”大概念下的物態(tài)變化核心概念，需要學(xué)習(xí)六個(gè)重要概念以及若干基礎(chǔ)概念，因此，在本單元的教學(xué)中，需要進(jìn)行整體規(guī)劃，逐步實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。例如“物態(tài)變化”這個(gè)主題單元，我們共設(shè)計(jì)了六個(gè)課時(shí)：課時(shí)1，溫度與溫度計(jì)；課時(shí)2，熔化與凝固；課時(shí)3，沸騰；課時(shí)4，蒸發(fā)；課時(shí)5，液化；課時(shí)6，升華與凝華。以第6課時(shí)為例，采用“1+x”問題解決教學(xué)模式，以四季為線索，將“地球上的水是怎樣循環(huán)的”確立為本節(jié)課要解決的核心問題，為了解決這一核心問題，進(jìn)一步提出水是如何上升到高空、水是如何降落到地面的等幾個(gè)子問題，并通過實(shí)驗(yàn)、分析、討論等方式一一解決。通過解決問題，學(xué)習(xí)新概念升華、凝華，同時(shí)復(fù)習(xí)已學(xué)概念熔化與凝固、汽化與液化。

（三）螺旋式螺旋式教學(xué)是建立在學(xué)習(xí)者體悟基礎(chǔ)之上的，以學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的階段性和順序性為依據(jù)，以基本概念、原理和思想為起始點(diǎn)，層層遞進(jìn)，不斷回歸、深化學(xué)生學(xué)習(xí)深度的教學(xué)樣態(tài)。學(xué)習(xí)物理觀念需要反復(fù)、持續(xù)不斷的回歸、升華，那么，在培養(yǎng)物理觀念的螺旋式教學(xué)中，需要回歸什么呢？首先，需要回歸的事物在物理學(xué)科學(xué)習(xí)中能夠起到關(guān)鍵性的作用；其次，需要回歸的事物應(yīng)該具有強(qiáng)烈的整合性，整合性越強(qiáng)，越能夠升華提煉成大概念，越能在學(xué)習(xí)中起到上位的指導(dǎo)作用；再次，需要回歸的事物應(yīng)該是有意義和價(jià)值的，它能夠?qū)W(xué)習(xí)者以后的終身學(xué)習(xí)起到積極的作用，產(chǎn)生比較深遠(yuǎn)的影響。如在《歐姆定律》的學(xué)習(xí)中，通過實(shí)驗(yàn)探究電流與電阻的關(guān)系時(shí)，學(xué)生容易忽略電阻變化時(shí)電壓也隨之變化，如何在實(shí)驗(yàn)中保持電壓不變，對(duì)初中生來說難度較大，因此，在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，可以采用螺旋式教學(xué)法，將探究過程分為四個(gè)階段：（1）根據(jù)控制變量的思想，設(shè)計(jì)出當(dāng)電壓不變時(shí)，探究電流與電阻關(guān)系的實(shí)驗(yàn)方案，并畫出實(shí)驗(yàn)電路圖；（2）根據(jù)學(xué)生設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路圖連接實(shí)物圖，演示將電阻從5Ω換為10Ω，電阻兩端的電壓表示數(shù)變大，從而提出問題：如何保持電阻R兩端的電壓不變？引導(dǎo)學(xué)生分析滑動(dòng)變阻器在實(shí)驗(yàn)中的作用；（3）優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案后，根據(jù)實(shí)驗(yàn)電路圖，連接實(shí)物圖，引導(dǎo)學(xué)生分析在連接實(shí)物圖的時(shí)候應(yīng)該注意的問題；（4）學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用圖像法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，得出電流與電阻的關(guān)系。在此過程中，通過不斷優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案，提升學(xué)生解決問題的能力，形成物理思維。無論是哪一種教學(xué)模式，最終的指向都是學(xué)生能夠?qū)W會(huì)問題解決，因此，問題解決成為物理觀念形成的基本途徑。問題解決需要強(qiáng)調(diào)兩點(diǎn)，一是要求教師將以知識(shí)為主線的課堂翻轉(zhuǎn)成以問題為主線的課堂，二是強(qiáng)調(diào)學(xué)用合一，在學(xué)中用，在用中學(xué)，學(xué)生學(xué)習(xí)新知識(shí)的過程也是運(yùn)用知識(shí)解決問題的過程，運(yùn)用知識(shí)解決問題的過程也是學(xué)習(xí)新知識(shí)的過程。

參考文獻(xiàn)：

[1]李松林.回歸課堂原點(diǎn)的深度教學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2016:127.

作者：楊靜 單位：成都七中育才學(xué)校