試論高中物理主體認(rèn)知問(wèn)題的情境設(shè)計(jì)邏輯

郭 拯

(慈溪市教育局教研室 浙江 寧波 315300)

探究性教學(xué)是指學(xué)生在教師所創(chuàng)設(shè)的學(xué)習(xí)情境中，通過(guò)以“自主、探究、合作”為特征的學(xué)習(xí)方式，解決問(wèn)題、獲得知識(shí)與技能，內(nèi)化情感態(tài)度與價(jià)值觀的教學(xué)方式和教學(xué)過(guò)程.探究教學(xué)的精髓重在“探究設(shè)計(jì)”，探究設(shè)計(jì)的精髓重在“主體認(rèn)知問(wèn)題的情境設(shè)計(jì)”.

分析目前物理課堂教學(xué)中的問(wèn)題情境設(shè)計(jì)，主要存在以下幾個(gè)突出問(wèn)題：

(1)簡(jiǎn)單化.問(wèn)題情境設(shè)計(jì)限于教材顯性內(nèi)容，注重知識(shí)的識(shí)記性，輕視理解與評(píng)價(jià)性的問(wèn)題情境；

(2)隨意化.問(wèn)題情境設(shè)計(jì)不符合學(xué)生的認(rèn)知水平和年齡特征，沒(méi)有考慮科學(xué)認(rèn)識(shí)的內(nèi)在規(guī)律；

(3)虛擬化.問(wèn)題情境設(shè)計(jì)并沒(méi)有建立在真切的物理實(shí)驗(yàn)探究基礎(chǔ)上，教學(xué)呈現(xiàn)只留于語(yǔ)言表達(dá)和結(jié)論陳述，輕視問(wèn)題探索的推演過(guò)程，學(xué)科教學(xué)特征不明顯.

那么，如何有效地設(shè)計(jì)主體認(rèn)知問(wèn)題的情境，使課堂教學(xué)具有清晰的結(jié)構(gòu)化邏輯脈絡(luò)呢？本文試從以下幾個(gè)方面進(jìn)行論述.

1 主體認(rèn)知問(wèn)題情境的設(shè)計(jì)內(nèi)涵

主體認(rèn)知問(wèn)題所揭示的知識(shí)具有其內(nèi)在的邏輯結(jié)構(gòu)，只有結(jié)構(gòu)化知識(shí)才最易內(nèi)化為學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，而結(jié)構(gòu)化的問(wèn)題情境則為這種轉(zhuǎn)化提供了心理空間，促進(jìn)這種轉(zhuǎn)化.具體體現(xiàn)為不同的教學(xué)環(huán)節(jié)有不同的問(wèn)題情境設(shè)計(jì)，不同的問(wèn)題情境表現(xiàn)出不同的互動(dòng)關(guān)系構(gòu)建，不同的互動(dòng)關(guān)系表現(xiàn)出不同的教學(xué)活動(dòng)主題.教學(xué)過(guò)程互動(dòng)環(huán)節(jié)同構(gòu)于不同類型的問(wèn)題系統(tǒng)的認(rèn)知情境環(huán)節(jié)，體現(xiàn)在3個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系上：

(1)問(wèn)題探究難度與認(rèn)知水平相協(xié)調(diào)——情境設(shè)計(jì)的前提；

(2)問(wèn)題探究目標(biāo)與教學(xué)目標(biāo)相協(xié)調(diào)——情境設(shè)計(jì)的關(guān)鍵；

(3)問(wèn)題的知識(shí)涵蓋與認(rèn)知內(nèi)容相協(xié)調(diào)——認(rèn)知問(wèn)題的實(shí)質(zhì)性保證.

在物理課堂教學(xué)中，應(yīng)使問(wèn)題情境結(jié)構(gòu)、物理知識(shí)結(jié)構(gòu)與學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)三者和諧統(tǒng)一，相互促進(jìn).

2 如何進(jìn)行主體認(rèn)知問(wèn)題情境的設(shè)計(jì)

問(wèn)題情境設(shè)計(jì)的目的是引發(fā)認(rèn)知沖突、提出研究問(wèn)題、引導(dǎo)學(xué)生分析歸納并將學(xué)習(xí)遷移擴(kuò)展.其主要特點(diǎn)就是在“問(wèn)題解決中學(xué)習(xí)”，讓學(xué)生就學(xué)科內(nèi)容形成問(wèn)題，通過(guò)“事情為什么會(huì)是這樣的”，使學(xué)生主動(dòng)、深入地激活原有經(jīng)驗(yàn)，理解問(wèn)題內(nèi)涵，分析、推論生成新理解、新假設(shè).

2.1 以科學(xué)思維方法重構(gòu)問(wèn)題情境的發(fā)展邏輯

知識(shí)間的邏輯關(guān)聯(lián)反映的是科學(xué)研究的發(fā)展過(guò)程，邏輯間的關(guān)聯(lián)一定存在物理學(xué)的思想方法.問(wèn)題情境的生成與呈現(xiàn)是具有內(nèi)在規(guī)律性的，物理情境是具有物理知識(shí)和物理思想的情境，科學(xué)思維方法是構(gòu)建問(wèn)題情境的重要依據(jù).

案例分析1:以“電容的比值定義法”例談問(wèn)題情境設(shè)計(jì).

“電容器與電容”教學(xué)環(huán)節(jié)的核心是運(yùn)用“比值定義法“建立電容概念.考查這一概念的教學(xué)過(guò)程，多數(shù)教師的問(wèn)題情境設(shè)計(jì)線索如下：

(1)研究電容器充放電過(guò)程，說(shuō)明電容器是一個(gè)儲(chǔ)存電荷的器件；

(3)類比遷移.將電容器所帶電荷量與容器所儲(chǔ)水量相比擬，內(nèi)化概念內(nèi)涵.

分析上述教學(xué)案例，其所設(shè)計(jì)的問(wèn)題情境存在一定缺陷，我們說(shuō)比較是抽象概念的前提，更是比值定義法的前提，它是確定研究對(duì)象之間差異性和共同性的思維過(guò)程和方法.比值定義法問(wèn)題情境的構(gòu)建分析如下：

第二，同中求異，闡述屬性.即同一物理?xiàng)l件下，揭示共性反映的屬性.問(wèn)題情境設(shè)計(jì)：

第三，同異綜合，揭示本質(zhì).由于物理現(xiàn)象的復(fù)雜性和多樣性，決定了在構(gòu)建“比值定義法的問(wèn)題情境”時(shí)，一般方法是“由個(gè)別到一般、由部分到整體、由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、有淺入深、由現(xiàn)象到本質(zhì)”的順序進(jìn)行設(shè)計(jì).其中的邏輯思維過(guò)程體現(xiàn)在“異中求同、同中求異、同異綜合”中逐漸構(gòu)建，進(jìn)而揭示物理本質(zhì)，其流程圖可表示如下：

異中求同

同中求異→選取標(biāo)準(zhǔn)→同異綜合

找出關(guān)鍵物理量→比 值→提示本質(zhì)

比值定義法作為概念構(gòu)建的一種重要方法，高中物理教學(xué)中與之同類情境構(gòu)建的還有，諸如：加速度、電場(chǎng)強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度等，上述思維方法的問(wèn)題情境構(gòu)建具有一定的普通性.除了比值定義法之外，物理科學(xué)方法還有許多，如“理想模型方法”.

案例分析2:以“自由落體運(yùn)動(dòng)模型”例談問(wèn)題情境設(shè)計(jì).

理想模型是為了便于研究而建立的一種高度抽象的理想客體.實(shí)際的物理過(guò)程都是諸多因素作用的結(jié)果，理想運(yùn)動(dòng)模型建立的核心思想是突出問(wèn)題研究的主要方面，忽略次要因素的作用，只考慮主要因素引起的運(yùn)動(dòng)變化過(guò)程.它們以客觀存在為原型的，作為抽象思維的結(jié)果，也是對(duì)客觀事物的一種反映.讓學(xué)生深刻體驗(yàn)到其中的物理學(xué)思想方法是問(wèn)題情境構(gòu)建的重要意義.過(guò)程如下：

(1)先演示在有空氣阻力的情況下，羽毛和小鐵片一起由靜止下落，并未同時(shí)落地;

(2)將空氣抽去一部分，羽毛和小鐵片下落接近；

(3)再抽去一部分(幾乎達(dá)真空)，羽毛和小鐵片幾乎同時(shí)落地；

(4)合理外推：在沒(méi)有空氣阻力的情況下，羽毛和小鐵片一起由靜止下落，將同時(shí)落地；

(5)反向扭轉(zhuǎn)開關(guān)，放入空氣再次對(duì)比剛才的情境，落地的時(shí)間差異又很大了.

上述問(wèn)題情境的設(shè)計(jì)所涉及的方法有,應(yīng)用因果共變分析法、反向?qū)Ρ确椒ǖ?高中物理學(xué)科蘊(yùn)含著十分豐富的科學(xué)思維方法，除上述例舉的兩種科學(xué)思維方法外，又如：控制變量法、演繹推理法、實(shí)驗(yàn)歸納法、類比法等等，這些內(nèi)隱于科學(xué)思維方法中的具體化的邏輯結(jié)構(gòu)是問(wèn)題情境構(gòu)建的重要依據(jù).

所以，德國(guó)著名物理學(xué)家玻恩(1882～1970)說(shuō)：“我榮獲1954年的諾貝爾獎(jiǎng)金，與其說(shuō)是因?yàn)槲宜l(fā)表的著作里包括了一個(gè)自然現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，倒不如說(shuō)是因?yàn)槟抢锩姘ㄒ粋€(gè)關(guān)于自然現(xiàn)象的新思想方法基礎(chǔ)的發(fā)現(xiàn).”

2．2 以學(xué)生的認(rèn)知變化趨勢(shì)預(yù)設(shè)教學(xué)環(huán)節(jié)的情境發(fā)展

相應(yīng)的教學(xué)環(huán)節(jié)根植于系列探究問(wèn)題的土壤中.課堂教學(xué)中，設(shè)計(jì)系列主體問(wèn)題探究時(shí)，要提供有助于形成概括結(jié)論的情境化方法，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)分析比較等方法，以事實(shí)為論據(jù)歸納出概括性結(jié)論，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)教材呈現(xiàn)的知識(shí)邏輯向教學(xué)呈現(xiàn)的認(rèn)知邏輯的情境發(fā)展.如以人教版新課程《物理·必修1》

“牛頓第一定律”一節(jié)內(nèi)容為例.

案例分析3:以“牛頓第一定律”例談教學(xué)環(huán)節(jié)的情境發(fā)展.

(1)教材呈現(xiàn)的知識(shí)邏輯

1)引用愛因斯坦的比喻，簡(jiǎn)述歷史上關(guān)于“力和運(yùn)動(dòng)”的觀點(diǎn)，引出物理學(xué)有效的“偵察”方法；

2)通過(guò)“理想實(shí)驗(yàn)”魅力展示，闡述伽利略的研究過(guò)程，揭示科學(xué)研究方法和物理本質(zhì),提出笛卡兒觀點(diǎn)；

3)“牛頓物理學(xué)的基石——慣性定律”的揭示；

4)通過(guò)“思考與討論”揭示物理學(xué)重要概念“慣性”與“質(zhì)量”的關(guān)系.

考察這一經(jīng)典課例的課堂教學(xué)，多數(shù)教師從生活現(xiàn)象著眼引出歷史上的研究觀點(diǎn)，然后通過(guò)理想實(shí)驗(yàn)得出伽利略觀點(diǎn)，這一層面的教學(xué)設(shè)計(jì)相對(duì)比較到位，且有許多亮點(diǎn).但從伽利略發(fā)展到笛卡兒，再?gòu)牡芽▋喊l(fā)展到牛頓的觀點(diǎn)，這一深入思維層面的教學(xué)展開卻缺乏有效系列問(wèn)題的情境構(gòu)建.從教學(xué)設(shè)計(jì)上而言，思維漸進(jìn)地展示過(guò)程決定了系列問(wèn)題的情境發(fā)展，系列問(wèn)題的情境發(fā)展須以學(xué)生的認(rèn)知變化趨勢(shì)加以構(gòu)建.這一教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)補(bǔ)充如下：

(2)教學(xué)呈現(xiàn)的認(rèn)知邏輯

問(wèn)題情境1)：教材為引出牛頓第一定律而闡述的伽利略理想實(shí)驗(yàn)，他的設(shè)計(jì)思想是怎樣的？你認(rèn)為他對(duì)“力和運(yùn)動(dòng)”的關(guān)系認(rèn)識(shí)意味著什么？

問(wèn)題情境2)：笛卡兒補(bǔ)充道：如果運(yùn)動(dòng)物體不受任何力的時(shí)候，它的運(yùn)動(dòng)速度數(shù)值和方向都不會(huì)改變，請(qǐng)分析他比伽利略的認(rèn)識(shí)高明在哪些方面？

問(wèn)題情境3)：牛頓第一定律表明了哪些內(nèi)涵？牛頓的認(rèn)識(shí)比前人更高明在哪些方面?

比較上面知識(shí)邏輯和認(rèn)識(shí)邏輯系統(tǒng)，知識(shí)邏輯明確的是“學(xué)什么”，由教材系統(tǒng)決定；認(rèn)知邏輯明確的是“怎么學(xué)”，由主體的認(rèn)知規(guī)律決定.預(yù)設(shè)的認(rèn)知邏輯使整體教學(xué)目標(biāo)具體分解為一個(gè)個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)的過(guò)程性目標(biāo)，并內(nèi)化成學(xué)生期望的學(xué)習(xí)目標(biāo)，以此“喚醒”學(xué)生的自主意識(shí)，誘導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)潛能的開發(fā).

考查“牛頓第一定律”的整體教學(xué)情境設(shè)計(jì)，應(yīng)注重從4種典型科學(xué)思維方法加以深入逐次有序構(gòu)建：

1)控制變量法.實(shí)驗(yàn)探究，讓小球從同一斜面上同一高度由靜止?jié)L下，觀察分析現(xiàn)象；

2)合理外推法.假定平面越光滑，小球運(yùn)動(dòng)的距離就越大，若平面無(wú)摩擦小球就將永遠(yuǎn)做勻速運(yùn)動(dòng)；

3)理想化方法.無(wú)摩擦的運(yùn)動(dòng)就是一種理想化模型；

4)分析歸納法.如上述案例闡述，伽利略、笛卡兒、牛頓觀點(diǎn)的思維漸進(jìn)性發(fā)展.

教學(xué)環(huán)節(jié)的情境發(fā)展是以學(xué)生認(rèn)知變化趨勢(shì)為依據(jù)的邏輯發(fā)展過(guò)程，其關(guān)鍵在于學(xué)生能將親身獲得的知識(shí)、方法，納入到主體認(rèn)知結(jié)構(gòu)中，形成知識(shí)遷移能力；并使教學(xué)設(shè)計(jì)的過(guò)程目標(biāo)建立在內(nèi)隱過(guò)程與外顯行為相結(jié)合的可測(cè)量的操作性基礎(chǔ)上.

我們說(shuō)，物理教學(xué)內(nèi)容按特點(diǎn)可以分為概念性教學(xué)內(nèi)容、規(guī)律性教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)內(nèi)容和應(yīng)用性教學(xué)內(nèi)容.以上案例僅是以規(guī)律性教學(xué)內(nèi)容的粗略靜態(tài)分析，在教學(xué)實(shí)際中對(duì)課堂教學(xué)的問(wèn)題情境或系列問(wèn)題情境的設(shè)計(jì)邏輯，要根據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)課型和學(xué)生實(shí)際情況，進(jìn)行依據(jù)于物理科學(xué)方法的教學(xué)設(shè)計(jì)，引導(dǎo)知識(shí)的發(fā)展過(guò)程，使學(xué)生不僅能掌握知識(shí)，而且能知道所學(xué)的知識(shí)是用了什么方法得出的，從而讓學(xué)生感覺(jué)到學(xué)習(xí)的真正意義.