對(duì)程序性知識(shí)的理解

何麗亞+彭朝陽

摘 要：程序性知識(shí)是關(guān)于“做”的“程序”“步驟”方面的知識(shí)，是高中物理學(xué)習(xí)的重點(diǎn)知識(shí)，也是難點(diǎn)知識(shí)。為幫助教師提高程序性知識(shí)的教學(xué)能力，本文以探究安培力的方向?yàn)槔瑥娜齻€(gè)方面來探討程序性知識(shí)的教學(xué)。

關(guān)鍵詞：程序性知識(shí)；安培力的方向；教學(xué)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2018）1-0036-3

陳述性知識(shí)是關(guān)于“什么”“為什么”“怎么樣”的知識(shí)，而程序性知識(shí)突出的是關(guān)于“做”的“程序”“步驟”方面的知識(shí)，只有掌握了有關(guān)的程序、步驟才能從事各種活動(dòng)[1]。因此，在講授高中物理程序性知識(shí)時(shí)，教師必須從符合學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律出發(fā)來設(shè)計(jì)教學(xué)，通過實(shí)驗(yàn)來創(chuàng)設(shè)問題情境，建立模型，從而尋找出各個(gè)物理量之間的規(guī)律，這樣學(xué)生才能清楚地明白程序性知識(shí)的步驟。由于受陳述性知識(shí)教學(xué)的影響，課堂中很多程序性知識(shí)被設(shè)計(jì)為陳述性知識(shí)，導(dǎo)致學(xué)生難以理解，很容易忘記。為幫助教師提高程序性知識(shí)的教學(xué)能力，本文結(jié)合人教版物理選修3-1中的“探究安培力的方向”為例來探討程序性知識(shí)的教學(xué)。教師通過展示實(shí)驗(yàn)來引導(dǎo)學(xué)生思考程序性知識(shí)的程序、步驟。建立模型把抽象的“磁場(chǎng)方向、電流方向、安培力的方向三者之間的關(guān)系”變得直觀，實(shí)現(xiàn)學(xué)生的有意義記憶。

1 程序性知識(shí)的程序、步驟

掌握程序性知識(shí)的程序、步驟是掌握程序性知識(shí)的關(guān)鍵。在學(xué)習(xí)“探究安培力的方向”這一內(nèi)容時(shí)我們應(yīng)該掌握三個(gè)程序及步驟：科學(xué)探究，創(chuàng)設(shè)問題情境，建立概念；借助模型，建立規(guī)律；應(yīng)用程序，解決問題。只有掌握好這三個(gè)程序，我們?cè)谔骄堪才嗔Φ姆较驎r(shí)，才能做到條理清晰。

1.1 科學(xué)探究，創(chuàng)設(shè)問題情境，建立概念

科學(xué)探究是獲得程序性知識(shí)的一種有效的方法。通過科學(xué)探究，創(chuàng)設(shè)問題情境，給學(xué)生充分的時(shí)間去體驗(yàn)、思考得出物理概念的過程，將靜態(tài)的陳述性知識(shí)轉(zhuǎn)化為動(dòng)態(tài)的程序性知識(shí)[2]；通過科學(xué)探究，可以引導(dǎo)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)事物的特征，建立概念[3]。所以，教師應(yīng)首先展示實(shí)驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)圖如圖1所示）。教師介紹實(shí)驗(yàn)儀器及注意事項(xiàng)（磁鐵必須用強(qiáng)磁鐵，否則磁性太弱，導(dǎo)體棒不會(huì)發(fā)生移動(dòng)），連接好實(shí)驗(yàn)儀器，合上開關(guān)之后讓學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

教師提問：請(qǐng)同學(xué)們仔細(xì)觀察，看看導(dǎo)體棒的狀態(tài)發(fā)生了什么樣的變化。

學(xué)生回答：導(dǎo)體棒發(fā)生了移動(dòng)，且向右移動(dòng)。

教師提問：導(dǎo)體棒為什么會(huì)向右移動(dòng)呢？

學(xué)生回答：因?yàn)樗艿搅肆Φ淖饔谩?/p>

教師解釋：導(dǎo)體棒移動(dòng)，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生了改變，證明導(dǎo)體棒受到了力的作用。此處，導(dǎo)體棒處于磁場(chǎng)中，我們就把導(dǎo)體棒在磁場(chǎng)中受到的力叫做安培力。大家都知道力的三要素是：大小、方向、作用點(diǎn)，這節(jié)課我們主要來研究安培力的方向。

教師提問：請(qǐng)大家猜一猜安培力的方向與什么因素有關(guān)呢？

學(xué)生回答：電流、磁場(chǎng)……

[實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證]

教師通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證學(xué)生的回答是否正確。教師改變電流的方向，學(xué)生觀察到此時(shí)導(dǎo)體棒向左移動(dòng)，教師引出控制變量法的思想；其次，控制電流方向不變，兩次改變磁場(chǎng)方向，觀察到導(dǎo)體棒發(fā)生了向左和向右移動(dòng)?？梢?，剛才大家的猜想是正確的，通過實(shí)驗(yàn)從而建立安培力的方向與電流方向、磁場(chǎng)方向有關(guān)的概念。采用控制變量法，首先，控制磁場(chǎng)方向不變，改變電流方向；其次，控制電流方向不變，改變磁場(chǎng)方向。一共有四種組合。教師把學(xué)生分為四組，每組學(xué)生探究一種組合方式，并將數(shù)據(jù)填入表1。

通過科學(xué)探究，創(chuàng)設(shè)問題情境來學(xué)習(xí)程序性知識(shí)不僅能讓學(xué)生輕松習(xí)得知識(shí)，還鍛煉了學(xué)生的思維。在演示實(shí)驗(yàn)的過程中，新命題進(jìn)入原有命題網(wǎng)絡(luò)，與原有的知識(shí)“力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因”形成聯(lián)系，將原有的知識(shí)進(jìn)一步推進(jìn)，建立一種新的程序性知識(shí)[4]。

1.2 借助模型，建立規(guī)律

由上述的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)得出安培力的方向與電流方向、磁場(chǎng)方向有關(guān)。那么，它們?nèi)咧g有什么樣的關(guān)系呢？可以借助模型。物理學(xué)科很重要的一個(gè)特點(diǎn)就是模型化[5]。通過建立模型，可以把復(fù)雜、抽象的問題變得簡(jiǎn)單、直觀；通過建立模型，復(fù)雜的空間關(guān)系可以清楚地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，鍛煉學(xué)生的空間思維能力，還可以幫助學(xué)生遷移知識(shí)。物理教學(xué)離不開物理模型教學(xué)，利用物理模型可以解釋物理現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)定律，物理模型建立的過程是從客觀存在的事物和現(xiàn)象出發(fā)經(jīng)過抽象、簡(jiǎn)化的過程[6]。

教師演示：借助模型，請(qǐng)看老師手中的模型，分別由一個(gè)三向管和三根塑料管組成。三根塑料管分別代表安培力方向、電流方向和磁場(chǎng)方向。模型如圖2所示。以模型一中的（a）為起點(diǎn)，（a）可以轉(zhuǎn)動(dòng)到（b），（b）可以轉(zhuǎn)動(dòng)到（c），（c）可以轉(zhuǎn)動(dòng)到（d）。轉(zhuǎn)動(dòng)到（d）的時(shí)候，我們發(fā)現(xiàn)，（a）和（d）是一樣的。

學(xué)生體驗(yàn)：讓學(xué)生自己嘗試，以模型1中的任何一個(gè)模型為起點(diǎn)，然后轉(zhuǎn)動(dòng)，看是否能夠轉(zhuǎn)回到之前的樣子。學(xué)生邊討論邊轉(zhuǎn)動(dòng)，最后發(fā)現(xiàn)都能轉(zhuǎn)到和之前的模型一樣的位置。

教師提問：這說明了什么呢？

教師總結(jié)：這說明所有這四種情況下安培力的方向與磁場(chǎng)方向、電流方向的相對(duì)位置關(guān)系是一樣的，只有一種相對(duì)位置關(guān)系，而且我們發(fā)現(xiàn)安培力的方向、磁場(chǎng)方向、電流方向三者之間兩兩垂直，如圖3所示。既然都相同且只有一種相對(duì)位置關(guān)系，那么這種相對(duì)位置關(guān)系就是我們要尋找的安培力的方向與磁場(chǎng)方向、電流方向應(yīng)遵循的規(guī)律。規(guī)律找到了，我們就可以利用它來判斷安培力的方向了[7]。

教師提問：當(dāng)我們要判斷安培力的方向時(shí)，每次都要借助模型轉(zhuǎn)來轉(zhuǎn)去，這樣方便嗎？

學(xué)生回答：不方便。

教師：不方便怎么辦呢？那么今天我們將要來學(xué)習(xí)一種可以代替模型的定則——左手定則。什么是左手定則？請(qǐng)大家看課本，我們會(huì)利用模型帶領(lǐng)大家練習(xí)左手定則。請(qǐng)同學(xué)們伸開左手，使拇指與其余四個(gè)手指垂直，并且都與手掌在一個(gè)水平面內(nèi)。磁場(chǎng)方向垂直于手心；四指方向指向電流方向；那么，大拇指所指方向就是安培力的方向。endprint

借助模型來練習(xí)，可以加深學(xué)生對(duì)概念的理解。讓學(xué)生再練習(xí)其余的模型，可以熟悉左手定則的程序，練習(xí)是促使陳述性知識(shí)向程序性知識(shí)轉(zhuǎn)化的必要條件。但是要掌握練習(xí)的“度”，當(dāng)學(xué)生達(dá)到預(yù)期的目的后，由此產(chǎn)生的勝任感、自信心能夠增強(qiáng)學(xué)習(xí)的動(dòng)力[1]。

1.3 應(yīng)用程序，解決問題

程序性知識(shí)的學(xué)習(xí)分為三個(gè)階段：陳述性知識(shí)階段、轉(zhuǎn)化階段和自動(dòng)化階段[8]。當(dāng)學(xué)生練習(xí)了左手定則的程序之后，為了讓學(xué)生更加深刻地理解這一程序，應(yīng)進(jìn)一步練習(xí)習(xí)題，應(yīng)用左手定則解決問題。以例1為例來進(jìn)行操作。

例1 已知電流的方向和磁場(chǎng)方向如圖4所示，請(qǐng)?jiān)趫D中畫出安培力的方向。根據(jù)圖4，由左手定則就可以判斷出安培力的方向向左。當(dāng)進(jìn)入自動(dòng)化階段時(shí)，學(xué)生不再需要借助于模型，操作活動(dòng)會(huì)更加簡(jiǎn)略，通過信息檢索來提取程序，快速而高效地解決問題[1]。

2 小 結(jié)

通過創(chuàng)設(shè)問題情境，讓學(xué)生體驗(yàn)、思考得出物理概念的這個(gè)過程可以加深學(xué)生對(duì)概念的理解；借助于模型來探索規(guī)律的這個(gè)過程，可以拓展學(xué)生的空間思維；改進(jìn)變式練習(xí)，讓更多的學(xué)生習(xí)得、鞏固物理程序性知識(shí)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生學(xué)業(yè)成績(jī)、核心素養(yǎng)提升和教師專業(yè)可持續(xù)發(fā)展的雙贏[9]。在探究安培力的方向時(shí)，最為關(guān)鍵的程序、步驟就是“科學(xué)探究，創(chuàng)設(shè)問題情境，建立概念”，這一程序是學(xué)習(xí)“借助模型、建立規(guī)律”“應(yīng)用程序、解決問題”這兩個(gè)程序的基礎(chǔ)。在學(xué)習(xí)“科學(xué)探究，創(chuàng)設(shè)問題情境，建立概念”這一程序時(shí)應(yīng)該注意的是：實(shí)驗(yàn)中必須使用強(qiáng)磁鐵，否則磁性太弱，導(dǎo)體棒移動(dòng)的現(xiàn)象不明顯，但同時(shí)由于強(qiáng)磁鐵磁性較強(qiáng)，須注意安全；其次，在讓學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)時(shí)，必須控制好變量。

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