基于“核心概念”的物理教學(xué)初探

趙子瑩+張軍朋

摘 ? 要：近年來，核心概念逐漸成為科學(xué)教育界的研究熱點(diǎn)，其在學(xué)生學(xué)習(xí)、教師教學(xué)中均處于重要地位。本文以金字塔型知識(shí)結(jié)構(gòu)中的核心概念為起點(diǎn)，提出了圍繞核心概念的教學(xué)模式，即將核心概念轉(zhuǎn)化為統(tǒng)攝性較低的概念和典型事實(shí)（基本理解）。最后，以粵教版必修一第一章第五節(jié)《速度變化的快慢 加速度》為例，具體闡述基于“核心概念”的教學(xué)思路。

關(guān)鍵詞：核心概念;物理教學(xué);模式建構(gòu)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?文章編號(hào)：1003-6148（2015）9-0011-3

韋鈺院士在《科學(xué)教育的原則和大概念》 一書中曾談到：科學(xué)教育的目標(biāo)不是去獲得一堆由事實(shí)和理論堆砌的知識(shí)，而應(yīng)是實(shí)現(xiàn)一個(gè)趨向于核心概念進(jìn)展的過程，這樣有助于學(xué)生理解與他們生活相關(guān)的事件和現(xiàn)象。也就是學(xué)習(xí)不僅僅為了要知道一系列的科學(xué)事實(shí)，更重要的是要圍繞核心概念構(gòu)建知識(shí)體系和模型。[1]然而，如何根據(jù)所學(xué)內(nèi)容明確核心概念？如何基于核心概念構(gòu)建物理學(xué)科的教學(xué)模式？這是一線物理教師和專家迫不及待想要解決的問題。

1 ? ?核心概念對于學(xué)生學(xué)習(xí)的重要作用

如圖1 所示，人的知識(shí)結(jié)構(gòu)呈金字塔形。最底層的全是事實(shí)，在事實(shí)知識(shí)的上面是統(tǒng)攝性較低的概念。第三層是學(xué)科視角下的核心概念和方法，第四層是跨學(xué)科的主題，最上面一層是統(tǒng)攝所有其他知識(shí)的哲學(xué)觀點(diǎn)。在這個(gè)金字塔中，越頂端的知識(shí)越少，概括程度越高;越底層的知識(shí)越多，越繁雜。

據(jù)對金字塔型知識(shí)結(jié)構(gòu)的研究，在某一具體學(xué)科下，核心概念和方法幾近處于該學(xué)科體系中的統(tǒng)領(lǐng)位置?？梢?，核心概念在學(xué)生的學(xué)習(xí)中處于重要地位。在科學(xué)教育中，教師需重視對核心概念的建立，引導(dǎo)學(xué)生對事實(shí)知識(shí)進(jìn)行整合，構(gòu)建出大的理論框架。

2 ? ?基于核心概念的教學(xué)模式構(gòu)建

美國課程專家艾里克森指出：“核心概念具有普遍的遷移功能，是學(xué)科教學(xué)價(jià)值的集中體現(xiàn)。任何教學(xué)活動(dòng)的本質(zhì)，都是以學(xué)科事實(shí)為基礎(chǔ)建構(gòu)核心概念、發(fā)展學(xué)生的思維能力。因此，重事實(shí)而輕概念，是舍本逐末的錯(cuò)誤做法。課程設(shè)計(jì)應(yīng)該以核心概念為導(dǎo)向，以學(xué)科事實(shí)為基礎(chǔ)，以便幫助學(xué)生理解學(xué)科的核心概念。學(xué)習(xí)重心應(yīng)該從記憶事實(shí)轉(zhuǎn)移到理解核心概念，進(jìn)而發(fā)展和提升學(xué)生的思維能力?！盵2]此段話一是強(qiáng)調(diào)了核心概念的重要性，二是說明核心概念的建立要以具體的事實(shí)性知識(shí)為基礎(chǔ)。這兩點(diǎn)與上面所介紹的金字塔型知識(shí)結(jié)構(gòu)所體現(xiàn)的理念是完全相符的。

基于以上的理論基礎(chǔ)，結(jié)合當(dāng)前中學(xué)物理教學(xué)的特點(diǎn)，筆者提出了圍繞物理核心概念教學(xué)的模式：①整體把握，深入分析，明確核心概念; ②把核心概念分解為下位概念，如，統(tǒng)攝性較低的概念和事實(shí)知識(shí)，即將宏觀的大概念具體化，轉(zhuǎn)化為易于學(xué)生接受的“基本理解”;③為了切實(shí)執(zhí)行“教師主導(dǎo)，學(xué)生主體”的教學(xué)原則，進(jìn)一步將“基本理解”轉(zhuǎn)化為“基本問題”。通過教師精心設(shè)置的一個(gè)個(gè)問題，促進(jìn)學(xué)生對概念的深入理解。具體建構(gòu)如圖2。

上面“從大到小”的建構(gòu)過程是教師對知識(shí)的演繹過程，這種知識(shí)建構(gòu)的方法對教師的要求是很高的。因此，教師平時(shí)要加強(qiáng)專業(yè)知識(shí)的積累，提高自身素養(yǎng)。相應(yīng)地，在課堂教學(xué)中，只需要將程序反轉(zhuǎn)過來，采取“從小到大”的教學(xué)策略，以事實(shí)為載體，以問題為驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)，幫助學(xué)生領(lǐng)悟核心概念的真諦。

3 ? ?教學(xué)模型在物理學(xué)科中的應(yīng)用

立足《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》，物理學(xué)中概念眾多，為了幫助學(xué)生掌握精要，把準(zhǔn)主干知識(shí)體系，減輕學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，要求教師在課堂中建構(gòu)核心概念，圍繞核心概念組織物理教學(xué)。接下來筆者嘗試將圖2的理論模型應(yīng)用在《速度變化的快慢 加速度》[3]一節(jié)的教學(xué)中。

3.1 ? ?分析教學(xué)內(nèi)容，挖掘核心概念

“加速度”是高中物理運(yùn)動(dòng)學(xué)中一個(gè)極為抽象的概念，趙凱華和羅蔚茵教授在《新概念物理教程·力學(xué)》中明確指出：“這是人類認(rèn)識(shí)史上最難建立的概念之一，也是每個(gè)初學(xué)物理的人最不易真正掌握的概念?！盵4]加速度這一概念不但難理解，而且非常重要。它是將運(yùn)動(dòng)和力聯(lián)系起來的橋梁，廣泛應(yīng)用于必修模塊的動(dòng)力學(xué)問題中，在選修模塊的學(xué)習(xí)中也有所牽涉。因此，我們認(rèn)為“加速度”是力與運(yùn)動(dòng)這一大概念中的核心概念。

3.2 ? ?將核心概念轉(zhuǎn)化為基本理解

根據(jù)教學(xué)目標(biāo)的要求，在加速度這一節(jié)中，需要掌握的教學(xué)內(nèi)容有：加速度的概念和物理意義;加速度的矢量性;學(xué)會(huì)區(qū)分速度、速度變化量、速度變化快慢三者的關(guān)系。其中，最抽象的過程在于對加速度概念的建構(gòu)。類比于速度是描述物體位置變化快慢的物理量，加速度是描述速度變化快慢的物理量，即單位時(shí)間內(nèi)速度的改變量為加速度。它是一個(gè)矢量，既有大小又有方向。大小可以根據(jù)其定義算出，方向與速度變化量的方向是一致的。加速度大于0，表示加速度和初速度同向;反之，加速度小于0，加速度與初速度反向?；谝陨系膶W(xué)習(xí)，通過對比，理清速度、速度變化量和加速度三者之間的關(guān)系。

3.3 ? ?將基本理解轉(zhuǎn)化為基本問題和活動(dòng)

按照圖2 中基于核心概念教學(xué)的模型建構(gòu)，《速度變化的快慢 加速度》一節(jié)的具體設(shè)計(jì)如下。

3.4 ? ?設(shè)計(jì)教學(xué)流程

在教學(xué)活動(dòng)中，具體來說，教師主要通過四個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行展開：

1）復(fù)習(xí)“速度”

從5個(gè)方面復(fù)習(xí)速度的概念，為加速度概念的建構(gòu)做好“交匯連接”的準(zhǔn)備。

2）創(chuàng)設(shè)情景，導(dǎo)入新課

結(jié)合生活情景，從學(xué)生熟悉的“速度”出發(fā)，通過一系列問題，如以下情景：具有速度的有哪些？誰的速度發(fā)生了變化？誰的速度變化最大？誰的速度變化得最快？又如何定量地比較速度變化的快慢呢？一個(gè)個(gè)問題，緊扣核心概念。層層分析，讓學(xué)生產(chǎn)生感性認(rèn)識(shí)。

3）比較分析，建立概念

運(yùn)用“控制變量法”：A、B為一組，比較相同時(shí)間下誰的速度變化快;B、C為一組，比較速度改變量相同時(shí)，誰的速度變化快。很自然地用“比值定義法”得到“用單位時(shí)間內(nèi)速度的改變量描述速度變化的快慢”。注意區(qū)分速度改變量和速度變化快慢間的關(guān)系。

4）強(qiáng)化概念

用圖3例子分析a與vt、v0之間的關(guān)系，描述a的矢量性。最后，拓展應(yīng)用，進(jìn)一步對速度和加速度進(jìn)行概念辨析，加強(qiáng)核心概念的深入理解。

通過上述教學(xué)過程，學(xué)生將深入理解加速度的內(nèi)涵和外延。我們看到，核心概念的建構(gòu)并不是讓學(xué)生去死記硬背，而是學(xué)習(xí)了事實(shí)性知識(shí)和材料后自然而然的結(jié)果。物理核心概念是物理學(xué)的“心臟”，它超越了那些散亂而孤立的知識(shí)“碎屑”和事實(shí)性知識(shí)，是物理學(xué)中最本質(zhì)、最核心的知識(shí)，是物理學(xué)的學(xué)科骨架。教師在備課時(shí)可以想象：核心概念是一所宏偉的建筑，事實(shí)性知識(shí)是構(gòu)成它的一磚一瓦。而學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)要擁有不積跬步無以至千里，不積小流無以成江海的精神，用一磚一瓦來構(gòu)建宏偉大廈。只有這樣，我們才能在有限的時(shí)間內(nèi)學(xué)到更本質(zhì)的、有利于終身發(fā)展的物理學(xué)知識(shí)，提高物理學(xué)素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張穎之，劉恩山.核心概念在理科教學(xué)中的地位和作用——從記憶事實(shí)向理解概念的轉(zhuǎn)變[J].教育學(xué)報(bào)，2010，6（1）：57—61.

[2]H. Lynn Erickson. Concept—Based Curriculum and Instruction：Teaching Beyond the Facts[M].USA：Corwin Press，2002.

[3]廣東基礎(chǔ)教育課程資源研究開發(fā)中心，物理教材編寫組.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書物理必修1[M].廣州：廣東教育出版社，2010.

[4]趙凱華，羅蔚茵.新概念物理教程·力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2004.

（欄目編輯 ? ?趙保鋼）