基于教學(xué)內(nèi)容適切性的高中物理教學(xué)案例研究

周長春

摘 要：教學(xué)內(nèi)容要與學(xué)生的一般認(rèn)知能力、一般生活經(jīng)驗(yàn)、具體學(xué)科思維特點(diǎn)、具體學(xué)科先備知識技能相適切.教學(xué)要遵從學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，要在事先了解學(xué)生原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，幫助學(xué)生加強(qiáng)新舊知識經(jīng)驗(yàn)之間的聯(lián)系.

關(guān)鍵詞：教學(xué)內(nèi)容；適切性；認(rèn)知能力；生活經(jīng)驗(yàn)；學(xué)科思維；先備知識

教學(xué)內(nèi)容適切性是教學(xué)內(nèi)容選擇、組織、表達(dá)與學(xué)生的學(xué)習(xí)準(zhǔn)備之間的適合性質(zhì)和程度.學(xué)習(xí)準(zhǔn)備是指學(xué)生原有的知識水平或心理發(fā)展水平對新的學(xué)習(xí)的適應(yīng)性[1].基于教學(xué)內(nèi)容適切性的高中物理教學(xué)案例研究，就是要解決教學(xué)內(nèi)容的適切性問題.

加速度是運(yùn)動學(xué)中極為抽象的概念，趙凱華明確指出：“這是人類認(rèn)識史上最難建立的概念之一，也是每個初學(xué)物理的人最不易真正掌握的概念.”[2]著名哲學(xué)家羅素評價道：“加速度的基本重要性，也許是伽利略所有發(fā)現(xiàn)中最具有永久價值和最有效果的一個發(fā)現(xiàn).”愛因斯坦指出：“今天我們難以估量，在精確地建立加速度概念的公式并且認(rèn)識它的物理意義時，該顯示出多么大的想象力.”[3]如何搞好加速度等核心概念教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生避免高一剛?cè)雽W(xué)就出現(xiàn)物理學(xué)業(yè)上的新兩極分化門檻，需要智慧和方法.

一、教學(xué)內(nèi)容要與學(xué)生一般認(rèn)知能力相適切

不同個體的一般能力在表現(xiàn)早晚、發(fā)展水平、認(rèn)知結(jié)構(gòu)以及不同性別等方面表現(xiàn)出極大差異，教學(xué)內(nèi)容要以大多數(shù)學(xué)生認(rèn)知發(fā)展水平的一般特點(diǎn)為基礎(chǔ)，選擇、組織、設(shè)置恰當(dāng)?shù)男问匠尸F(xiàn)相應(yīng)的學(xué)習(xí)內(nèi)容.“基礎(chǔ)性”是評價教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生一般認(rèn)知能力適切性的一個重要指標(biāo)，同時，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)盡量滿足不同層次學(xué)生的發(fā)展需求，實(shí)現(xiàn)每個學(xué)生都得到最大限度發(fā)展的學(xué)科教育，著力做到在滿足促進(jìn)學(xué)生全面充分發(fā)展的同時又滿足“層次性”要求；根據(jù)維果茨基最近發(fā)展區(qū)理論，教學(xué)必須超越學(xué)生已有水平，走在發(fā)展的前面[4]120，因此教學(xué)素材選擇、組織、表達(dá)要為創(chuàng)設(shè)最近發(fā)展區(qū)服務(wù).

從初中的定性、具體、感性到高中的定量、抽象、理性，物理課程跳躍很大.

高一是學(xué)生的抽象邏輯思維由經(jīng)驗(yàn)型向理論型水平轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵期，到了高二這種轉(zhuǎn)化初步完成[4]118.但剛?cè)雽W(xué)的高一學(xué)生的抽象思維在很大程度上還屬于經(jīng)驗(yàn)型，他們的抽象邏輯思維需要感性經(jīng)驗(yàn)的直接支撐，因此，在高一要搞好高中與初中課程銜接，促進(jìn)學(xué)生由經(jīng)驗(yàn)型向理論型水平轉(zhuǎn)化.

加速度是在研究落體運(yùn)動規(guī)律時提出來的，當(dāng)時還沒涉及減速運(yùn)動.關(guān)于“自由落體”整個概念形成過程中，一共有6次重要進(jìn)展.學(xué)者研究表明，學(xué)生與物理學(xué)家共同體掌握“自由落體運(yùn)動”都經(jīng)歷了漸進(jìn)期、高原期和突變期[5]，因此，加速度概念的教學(xué)不能一步到位，它必須經(jīng)過一系列的漸進(jìn)式學(xué)習(xí)與問題解決才能完成.

由于學(xué)生物理學(xué)習(xí)的進(jìn)程與人類研究物理學(xué)的進(jìn)程相似，這就要求教育者在給學(xué)生引入新科學(xué)學(xué)習(xí)內(nèi)容之前，必須搞清歷史上科學(xué)家探索內(nèi)容的過程、遇到的困難和怎樣克服這些困難的，搞清科學(xué)發(fā)展過程中與該學(xué)習(xí)內(nèi)容相關(guān)的各種錯誤的前科學(xué)概念、觀念，為學(xué)生設(shè)計(jì)出能夠經(jīng)歷科學(xué)探究活動和過程的課程實(shí)施計(jì)劃和結(jié)構(gòu).基于此，《新概念高中物理讀本·第1冊》[6]第一章“質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動學(xué)”前五節(jié)分別是：“過程 變化率及其圖解表示、運(yùn)動及其時空描述、速度 加速度、 質(zhì)點(diǎn)的直線運(yùn)動、矢量”， 這樣既先補(bǔ)充了學(xué)生數(shù)學(xué)方面準(zhǔn)備的缺陷，又為化解平均速度、瞬時速度和加速度的教學(xué)難點(diǎn)做好了鋪墊，針對單向的直線運(yùn)動來定義速度，與初中物理很好地銜接起來，淡化了位移、速度和加速度的矢量性，其編排思路與思想值得我們感悟與借鑒.

關(guān)于加速度，在不同的學(xué)習(xí)階段，解決的主要問題不同，見表1.

在課程標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于《運(yùn)動的描述》學(xué)習(xí)中，筆者認(rèn)為學(xué)生至少需跨越四個臺階：描述位置變化——矢量的臺階、平均速度——等效的臺階、描述速度變化快慢——比值定義法的臺階、用圖像描述運(yùn)動信息——圖像物理意義的臺階.而在加速度的學(xué)習(xí)過程中均會涉及這四個臺階，跨過了這四個臺階，才能避免新入學(xué)就出現(xiàn)物理學(xué)業(yè)上的新兩極分化.

粵教版必修1先重點(diǎn)搞懂加速到某一速度和由某一速度減小到0，至于由某一速度先減小到0后再反向加速類的問題，粵教版將其納入必修2“豎直方向的拋體運(yùn)動”中重點(diǎn)解決.粵教版的編排，更有助于分解加速度的學(xué)習(xí)臺階.

二、教學(xué)內(nèi)容要與學(xué)生一般生活經(jīng)驗(yàn)相適切

學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)是課程教材開發(fā)的出發(fā)點(diǎn)，生活經(jīng)驗(yàn)在教學(xué)內(nèi)容中主要體現(xiàn)為素材選擇和情境創(chuàng)設(shè)，選擇教學(xué)素材、創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境需要遵循目的性、真實(shí)性、多樣性、均衡性四個原則.評價教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生一般生活經(jīng)驗(yàn)的適切性也要從四個原則出發(fā)，使教學(xué)素材的選擇和學(xué)習(xí)情境的創(chuàng)設(shè)不明顯偏向某個群體，做到與學(xué)習(xí)內(nèi)容的目的密切相關(guān)、與學(xué)生日常生活中經(jīng)歷的或者所聞所見的現(xiàn)象等生活經(jīng)驗(yàn)真實(shí)相符、與學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)的多樣性相連.

各學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)都強(qiáng)調(diào)學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)的重要性，物理教學(xué)特別強(qiáng)調(diào)凸顯從生活走向物理，強(qiáng)調(diào)情境創(chuàng)設(shè)的生活性，努力做到“復(fù)雜問題簡單化，簡單問題理性化，理性問題具體化”.教學(xué)內(nèi)容應(yīng)有利于引導(dǎo)學(xué)生利用已有的知識與經(jīng)驗(yàn)，主動探索知識的發(fā)生與發(fā)展.提供給學(xué)生的素材是越貼近學(xué)生生活、聯(lián)系社會實(shí)際等越熟悉越典型的素材越適切.素材過多會淹沒物理問題的主題和本質(zhì)，關(guān)鍵要對展示的素材進(jìn)行深度挖掘，盡量用情境熟悉、現(xiàn)象典型、源于生活的素材凸顯物理問題的本質(zhì).高一學(xué)生積累了豐富的運(yùn)動素材，如有觀察飛機(jī)飛過上空的感覺、騎自行車上坡減速（下坡加速）體驗(yàn)、跑步起跑加速的經(jīng)歷、公交車啟動與剎車（緩緩進(jìn)站與緊急剎車）等乘車的經(jīng)歷與體驗(yàn)、乘坐扶梯（電梯）的經(jīng)歷與體驗(yàn)、觀察到摩托車比卡車啟動快.引用看似熟悉的素材，如從電視里才能間接感知火箭發(fā)射、賽車的啟動用于教學(xué)，效果不會很好，而對大多數(shù)農(nóng)村中學(xué)的學(xué)生而言，通過電視也很難感知火車加速、飛機(jī)降落，人教版必修1編入了“汽車和火車的速度都在增加，但速度增加的快慢不一樣”的素材，其均衡性弱，并不適合于大多數(shù)學(xué)生.而粵教版利用“飛機(jī)勻速飛行、汽車從靜止啟動、運(yùn)動員沖刺后的速度變化”三個素材較好地凸顯了素材應(yīng)用的目的性、真實(shí)性、多樣性和均衡性.

三、教學(xué)內(nèi)容要與學(xué)生具體學(xué)科思維特點(diǎn)相適切

評價教學(xué)內(nèi)容總是與具體學(xué)科相關(guān)，不同具體學(xué)科具有自身的（信息加工、理解、記憶和交流有關(guān)的心理活動）學(xué)科思維特點(diǎn).同時，與一般認(rèn)知能力一樣，具體學(xué)科思維發(fā)展也表現(xiàn)出一般性和個體差異性，同時按照維果茨基的最近發(fā)展區(qū)理論，也要考慮到發(fā)展性.因此，教學(xué)內(nèi)容與具體學(xué)科思維特點(diǎn)適切性的評價指標(biāo)，也從“基礎(chǔ)性、層次性和發(fā)展性”等三個方面進(jìn)行：基礎(chǔ)性指教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該符合相應(yīng)學(xué)科大多數(shù)學(xué)生的學(xué)科思維特點(diǎn)；層次性指教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該考慮到相應(yīng)學(xué)科不同學(xué)生思維發(fā)展特點(diǎn)的個體差異；發(fā)展性指教學(xué)內(nèi)容要為相應(yīng)學(xué)科不同思維水平的學(xué)生均預(yù)留發(fā)展空間.

思維是智力與能力的核心，物理思維是物理智力活動的核心.物理思維不僅具有抽象性，而且具有形象性，形象思維是物理思維的先導(dǎo)，抽象思維是物理思維的核心，在具體的物理思維中往往兩種思維同時并存，并且相互作用、相互補(bǔ)充[7].高中物理研究對象多，動態(tài)思維多，理想模型多，所涉及的研究對象和研究過程多是利用理想化的方法建立理想化的研究對象和理想化的研究過程.因此，應(yīng)在初中學(xué)生已有的初步分析、概括能力的基礎(chǔ)上，突出抽象、概括，以及科學(xué)推理能力的培養(yǎng).

四、教學(xué)內(nèi)容要與學(xué)生具體學(xué)科先備知識技能相適切

建構(gòu)主義認(rèn)為，學(xué)生具有豐富的知識經(jīng)驗(yàn)，往往能夠借助已有知識經(jīng)驗(yàn)和相應(yīng)的認(rèn)知能力，對某些沒有見過的問題形成合乎邏輯的假設(shè)，并做出某種解釋.在教育教學(xué)中應(yīng)該將學(xué)生已經(jīng)具有的先備知識技能作為新內(nèi)容的生長點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生在已有知識經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)新知識技能.因此，組織教學(xué)內(nèi)容時，要事先了解學(xué)生原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中知識經(jīng)驗(yàn)的狀態(tài)，幫助學(xué)生加強(qiáng)新舊知識經(jīng)驗(yàn)之間的聯(lián)系.

高一開始就是運(yùn)動學(xué)，涉及六個物理量和大量矢量，數(shù)學(xué)跟不上，且物理學(xué)習(xí)中的矢量、斜率、三角函數(shù)、幾何都是先于數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí).“位移”“平均速度”的概念與初中所獲得“路程”“速度”是標(biāo)量這一前概念有較大的思維跨度.接著還要跨越“瞬時速度”和“加速度”的門檻，整章難度極大.高中與初中物理對應(yīng)的物理量（概念）的主要差異見表2.

弄清為什么要引入平均速度，對把握平均速度學(xué)習(xí)的難度與廣度非常重要.事實(shí)上，對于非勻變速以外的曲線運(yùn)動，平均速度是不能描述物體運(yùn)動的平均快慢的.筆者認(rèn)為高中階段學(xué)習(xí)平均速度主要基于以下六點(diǎn)：一是為粗略地描述物體空間位置變化快慢的需要；二是理解瞬時速度概念的需要；三是求瞬時速度的需要；四是推導(dǎo)勻變速直線運(yùn)動的位移-時間公式；五是理解s-t圖像圖線割線和切線斜率的需要；六是研究勻變速運(yùn)動的需要.其中前四個需要是基本需要.

弄清為什么要引入（平均）加速度，同樣非常重要.筆者認(rèn)為高中階段學(xué)習(xí)平均加速度主要基于以下五點(diǎn)：一是描述速度變化快慢的需要；二是理解瞬時加速度概念的需要；三是理解v-t圖像圖線割線和切線斜率的需要；四是研究勻變速直線運(yùn)動的需要；五是研究勻變速曲線運(yùn)動的需要.其中前四個需要是基本需要.

學(xué)習(xí)運(yùn)動的描述時的主要思維障礙是相關(guān)概念的干擾.一是在學(xué)習(xí)物理概念時，學(xué)生常常不能區(qū)分相鄰、相近的物理概念，如速度、加速度，考試中僅30%左右的學(xué)生能正確區(qū)分速度和加速度的概念.二是前科學(xué)概念的干擾，如初中《怎樣比較運(yùn)動的快慢》學(xué)過的速度對高中《運(yùn)動快慢的描述》平均速度概念的干擾.學(xué)生對“加速”一詞已有的認(rèn)識，對正確理解加速度的概念會起干擾作用，為了防止“加速”對理解加速度帶來困惑，筆者在引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)加速度的定義有意強(qiáng)調(diào)，加速度也叫作速度的變化率，并在板書中著力凸顯，即a=.

由于“加速度”的內(nèi)容編在“力學(xué)”之前，因此，對加速度矢量性的認(rèn)識就更困惑.各版本對加速度為什么有方向均沒說清楚.筆者認(rèn)為加速度矢量性教學(xué)可像《新概念高中物理讀本》一樣，先淡化處理，事實(shí)上伽利略當(dāng)時研究落體運(yùn)動規(guī)律提出加速度的概念時，并沒有意識到加速度是矢量.也可按以下四步解決：第一步，設(shè)計(jì)問題串：一物體靜止在水平面上，以加速度1m/s2做勻加速運(yùn)動，10s后的速度是多大？若不指明加速的方向，能判斷10s末物體的運(yùn)動方向嗎？若向東加速，則10s末物體向哪個方向運(yùn)動？第二步，引導(dǎo)學(xué)生得出加速度不僅有大小，還有方向，是矢量；第三步，再以直線運(yùn)動為例，說明加速運(yùn)動、減速運(yùn)動加速度的方向與運(yùn)動方向的關(guān)系；最后，用人教版的素材，分析速度變化的方向與加速度方向的關(guān)系.

參考文獻(xiàn)：

[1]王曉麗，等.教材適切性評價指標(biāo)體系的理論及實(shí)證研究[J].課程·教材·教法，2014（10）：40.

[2]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，2006：18.

[3]中華人民共和國教育部師范司.運(yùn)動學(xué)[M].北京：人民教育出版社，1999：22-23.

[4]李秉德.教學(xué)論[M].北京：人民教育出版社，1991.

[5]母小勇，馬娜.學(xué)生與物理學(xué)家共同體概念形成過程相似性[J].課程·教材·教法，2015（3）：73.

[6]趙凱華，張維善.新概念高中物理讀本（第一冊）[M].北京：人民教育出版社，2006：1-35.

[7]田世昆，胡衛(wèi)平.物理思維論[M].南寧：廣西教育出版社，1996：15.