基于學(xué)生學(xué)習(xí)路徑的物理教學(xué)

鄭志湖

(浙江省天臺中學(xué) 浙江 臺州 317200)

美國心理學(xué)家加涅在所著《學(xué)習(xí)的條件》一書中將學(xué)生的學(xué)習(xí)路徑分為不同類型.而在實(shí)際教學(xué)過程中，任何一個班級的學(xué)生物理認(rèn)知發(fā)展水平和知識的存儲都有一定的差異.不同物理課型學(xué)生的學(xué)習(xí)路徑不同，同一物理課型中不同學(xué)習(xí)內(nèi)容的學(xué)習(xí)路徑不同.顯然，單純從物理知識角度進(jìn)行分析還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，更應(yīng)分析學(xué)生已有的知識與經(jīng)驗(yàn)、思維過程和知識表征方式，我們稱之為學(xué)習(xí)路徑.在充分了解學(xué)生已有的知識和經(jīng)驗(yàn)，分析物理問題的思維過程和對物理問題的習(xí)慣表征方式基礎(chǔ)上，站在學(xué)生的角度設(shè)計(jì)教學(xué)，把握學(xué)生的學(xué)情，確定學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，構(gòu)建最適合學(xué)生學(xué)習(xí)路徑的物理教學(xué)策略.

1 學(xué)生物理學(xué)習(xí)路徑獲取

1.1 學(xué)生已有物理知識與經(jīng)驗(yàn)獲取

已有知識經(jīng)驗(yàn)可運(yùn)用教材分析法，從所學(xué)物理教材了解學(xué)生共性的問題，從物理核心素養(yǎng)的物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任這4個維度來分析；訪談分析法是在學(xué)生學(xué)習(xí)共性基礎(chǔ)上，融入學(xué)生個體差異；問卷調(diào)查法是一種涉及到學(xué)生個體的調(diào)查方法，了解學(xué)生學(xué)習(xí)經(jīng)歷、學(xué)到了什么和掌握程度3個方面入手.觀察法是在課堂教學(xué)過程中和學(xué)生作業(yè)中獲取學(xué)生的學(xué)習(xí)途徑.

1.2 學(xué)生思維過程的獲取

通過與學(xué)生交談和導(dǎo)學(xué)案等途徑分析學(xué)生思維起點(diǎn)；通過師生互動、問題解決，讓學(xué)生呈現(xiàn)自己的思維過程和思維方法；運(yùn)用觀察法,教師看學(xué)生做，教師聽學(xué)生說；運(yùn)用預(yù)測法：教師預(yù)測學(xué)生思維過程，教師推測學(xué)生的思維過程.

1.3 學(xué)生知識表征的獲取

知識表征是一個狀態(tài)量，是靜態(tài)的.學(xué)生的知識表征可以是語言、文字、圖像、公式、概念圖、知識結(jié)構(gòu)圖等.通過課堂師生互動，隨堂檢測、作業(yè)展示中獲取學(xué)生知識表征方式.

2 學(xué)生的物理學(xué)習(xí)路徑分析

教師對學(xué)生學(xué)習(xí)路徑分析要體現(xiàn)全面性、清晰性和穩(wěn)定性.學(xué)生已有的知識和經(jīng)驗(yàn)是一切學(xué)習(xí)活動的起點(diǎn)和基礎(chǔ)，分析學(xué)生實(shí)際需求、學(xué)習(xí)動機(jī)、學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生的認(rèn)知狀態(tài)和發(fā)展規(guī)律，分析掌握學(xué)生學(xué)習(xí)該內(nèi)容所具備的與該內(nèi)容相聯(lián)系的已有知識與經(jīng)驗(yàn)，分析學(xué)生個性差異、最近發(fā)展區(qū)和新舊知識聯(lián)系，判斷用于同化或順應(yīng)新知識的支點(diǎn).

通過分析學(xué)生對知識的思維起點(diǎn)，以起點(diǎn)為基點(diǎn)分析學(xué)生的思維流程，通過學(xué)生思維過程障礙的分析，分析學(xué)生知識結(jié)構(gòu)和認(rèn)知結(jié)構(gòu)的偏差、思維中原有的錯誤前概念，分析學(xué)生思維形式、思維方法和思維過程；教師要從學(xué)生視角入手找到學(xué)生思維的難點(diǎn)之所在，分析思維障礙如何突破.

物理問題表征按表征樣式分析，包括語言表征、事物表征、原理表征、數(shù)學(xué)表征.通過表征質(zhì)量分析，掌握不同的表征方式所反映出的學(xué)生對物理問題的理解深刻程度，從而判斷學(xué)生對知識的掌握程度；通過表征變化分析，掌握學(xué)生知識能力水平的提高程度，分析學(xué)生由單一的表征方式向多表征方式轉(zhuǎn)換，掌握學(xué)生對問題的理解程度.

物理學(xué)習(xí)路徑并不唯一. 物理學(xué)習(xí)路徑隨著教學(xué)理念、學(xué)生原有知識和經(jīng)驗(yàn)、教師教學(xué)經(jīng)驗(yàn)、學(xué)校教學(xué)資源的發(fā)展而變化.在物理教學(xué)中要從學(xué)生、學(xué)校與教師的實(shí)際情況出發(fā)，來選擇當(dāng)前最適切的學(xué)習(xí)路徑.

3 基于學(xué)生學(xué)習(xí)路徑的物理教學(xué)策略

學(xué)生學(xué)習(xí)的起點(diǎn)、學(xué)習(xí)過程中所經(jīng)歷的思維過程、知識的表征方式都是隱藏在學(xué)生頭腦中的，像被裝在黑盒子里一樣不能直接被觀察到，不同學(xué)生的物理學(xué)習(xí)起點(diǎn)、思維過程與知識表征是不同的，并且還會因?qū)W習(xí)環(huán)境的作用而發(fā)生不同的變化.教師必須基于學(xué)生學(xué)習(xí)路徑，形成教學(xué)策略，即以物理核心素養(yǎng)培養(yǎng)為目標(biāo)，原有知識經(jīng)驗(yàn)為起點(diǎn)，以思維路徑為主線，以優(yōu)化知識表征為目的.

3.1 以原有知識和經(jīng)驗(yàn)為起點(diǎn)

學(xué)生已有的知識和經(jīng)驗(yàn)是學(xué)生一切學(xué)習(xí)活動的基礎(chǔ)，針對學(xué)生已有不同的知識和經(jīng)驗(yàn)采取相應(yīng)的教學(xué)策略.

3.1.1 利用原有知識經(jīng)驗(yàn)同化新知識

學(xué)生的原有知識和經(jīng)驗(yàn)是新知識學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，教師應(yīng)當(dāng)在舊知識與新知識之間為學(xué)生牽線搭橋，引導(dǎo)學(xué)生利用原有知識經(jīng)驗(yàn)同化新知識.學(xué)生在學(xué)習(xí)新知識時，新信息首先進(jìn)入短時記憶，與來自長時記憶的原有知識經(jīng)驗(yàn)建立一定的聯(lián)系，然后構(gòu)建新知識的心理意義并納入原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中，這就是舊知識吸納新知識的“同化”過程.同化學(xué)習(xí)可分為3類，即下位學(xué)習(xí)、上位學(xué)習(xí)與組合學(xué)習(xí).新知識是舊知識的類屬時為下位學(xué)習(xí)，一般可理解為一般到特殊的學(xué)習(xí)，如勻變速直線運(yùn)動到自由落體運(yùn)動的學(xué)習(xí).新知識包括舊知識時為上位學(xué)習(xí)，一般可理解為特殊到一般的學(xué)習(xí)，如理想氣體的等壓、等容與等溫變化到狀態(tài)方程的學(xué)習(xí).新舊知識間是并列關(guān)系時為組合學(xué)習(xí)，如平拋運(yùn)動到電場中的類平拋運(yùn)動的學(xué)習(xí)等.

同化教學(xué)策略需要關(guān)注3個方面的內(nèi)容.首先是確定學(xué)生的原有知識經(jīng)驗(yàn)對新知識的學(xué)習(xí)是否可以利用，如果可以利用，就為新知識的學(xué)習(xí)提供必要的固定點(diǎn).其次是分析原有知識經(jīng)驗(yàn)與新知識的區(qū)分，防止新舊知識的混淆.最后是分析固定點(diǎn)作用的原有知識經(jīng)驗(yàn)是否穩(wěn)定、清晰，因?yàn)檫@既影響到為新知識提供固定點(diǎn)的強(qiáng)度，也影響到學(xué)生是否對新舊知識作出區(qū)別,如折射定律的掌握程度直接影響到學(xué)生對光的全反射學(xué)習(xí)路徑.

3.1.2 創(chuàng)設(shè)情境 主動探究生成新知識

當(dāng)學(xué)生對新知識的學(xué)習(xí)缺乏足夠的知識與經(jīng)驗(yàn)或者舊的知識和經(jīng)驗(yàn)與新知識有較大差異的時候，由于原有的知識與經(jīng)驗(yàn)不能為新知識的學(xué)習(xí)提供固定點(diǎn)，同化學(xué)習(xí)的方法很難發(fā)揮作用，學(xué)生往往會偏向于選擇順應(yīng)學(xué)習(xí)的方法，通過吸收、補(bǔ)充、修正的方法重構(gòu)原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu).學(xué)生對這類新知識往往沒有足夠的感性認(rèn)知體驗(yàn)，也缺乏足夠理性的認(rèn)知基礎(chǔ)，教師應(yīng)該創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生自主探究，如牛頓第二定律的學(xué)習(xí).

3.1.3 感知錯誤認(rèn)識錯因獲得新知識

如果原有知識經(jīng)驗(yàn)與新知識的學(xué)習(xí)發(fā)生矛盾時，學(xué)習(xí)者必須先對原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改或重構(gòu)，依靠修改或重建后的認(rèn)識結(jié)構(gòu)去組織新知識，由于思維定勢，學(xué)生一般都不會主動去修改或重構(gòu)原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，學(xué)生只有在切身體會到原有的知識經(jīng)驗(yàn)的局限性或錯誤之后才能產(chǎn)生修改或重構(gòu)的意愿，特別是錯誤的知識與經(jīng)驗(yàn)，對新知識的學(xué)習(xí)會起到負(fù)面作用，此時，就要想方設(shè)法讓學(xué)生通過感知錯因獲得新知識.其中有一類錯誤原因，教師是可以事先預(yù)測的，教師有目的地設(shè)置情境，讓學(xué)生通過深入分析和辨別感知錯誤原因，從而徹底消除學(xué)生的錯誤.另一類錯誤原因，教師事先不清楚，通過課堂教學(xué)過程、作業(yè)批改和學(xué)生訪談等途徑去發(fā)現(xiàn)的，如萬有引力提供向心力中線速度與軌道半徑關(guān)系.

3.2 以思維路徑為主線

高效課堂的一個重要標(biāo)志是教與學(xué)的思維保持高度的一致性.課堂教學(xué)中，教師的思維必須貼合學(xué)生的思維，根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的思維習(xí)慣、困難與錯誤，教師應(yīng)采取不同的教學(xué)策略.

3.2.1 依據(jù)思維路徑確定教學(xué)順序

學(xué)生的思維是有共性有規(guī)律的，對于新知識的學(xué)習(xí)，學(xué)生的思維一般遵循從定性到定量，從具體到抽象，從現(xiàn)象到本質(zhì)，從簡單到復(fù)雜，從特殊到一般的認(rèn)知過程.教師應(yīng)該隨時捕捉學(xué)生的思維路徑，基于學(xué)生的學(xué)習(xí)路徑開展教學(xué)，根據(jù)學(xué)習(xí)狀態(tài)調(diào)整教學(xué)節(jié)奏和教學(xué)順序.這要求我們的教學(xué)設(shè)計(jì)要有充分的預(yù)設(shè)，要有一定的靈活性.

3.2.2 根據(jù)思維難度搭建教學(xué)支架

學(xué)生的學(xué)習(xí)路徑不可能總是順暢的，學(xué)生的思維在遇到障礙的時候需要得到一些支持.支架式教學(xué)是指教師依據(jù)學(xué)生的需求給予他們支持，在學(xué)習(xí)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)幫助學(xué)生完成“伸手不能及”的學(xué)習(xí)任務(wù)，當(dāng)他們的學(xué)習(xí)順利后及時撤走這種支持.支架式教學(xué)策略要求教師把教學(xué)定位在學(xué)生學(xué)習(xí)的最近發(fā)展區(qū)內(nèi)，教師的“教”只是為學(xué)生搭建學(xué)習(xí)的“支架”，“幫助”“協(xié)助”而不是“代替”學(xué)生學(xué)習(xí)，它的教學(xué)形式是把復(fù)雜的教學(xué)內(nèi)容和學(xué)習(xí)任務(wù)加以分解，層次遞進(jìn).從呈現(xiàn)的內(nèi)容上看，支架式教學(xué)可分為理論支架與事實(shí)支架.

(1)理論支架

理論支架是在學(xué)生思維遇到障礙時，教師通過語言或文字的形式向?qū)W生提供對思維起引導(dǎo)與鋪墊過渡作用的理論性協(xié)助.其中一種形式是問題引導(dǎo)，問得好即教得好，見縫插針式的課堂提問是銜接學(xué)生思維斷點(diǎn)的有效手段，教師對課堂的預(yù)設(shè)不可能完全符合課堂教學(xué)的實(shí)際，如果學(xué)習(xí)臺階設(shè)置得過高則會引起學(xué)生思維的障礙，此時教師可以給學(xué)生搭建一些富有啟發(fā)性的問題支架協(xié)助學(xué)生的學(xué)習(xí).還有一種形式就是類比鋪墊，當(dāng)學(xué)生在新的學(xué)習(xí)情境中學(xué)習(xí)一種新的知識時，一般都會有畏懼的心理，學(xué)習(xí)的難度自然會比較大.當(dāng)所學(xué)的內(nèi)容與已有的知識具有相似性的時候，教師可以給學(xué)生創(chuàng)設(shè)類比支架，運(yùn)用知識遷移的方法將陌生的情境轉(zhuǎn)化為熟悉的情境，使學(xué)生原有的知識經(jīng)驗(yàn)得到有效的利用，從而降低新知識的接受臺階.

(2)事實(shí)支架

事實(shí)支架就是在學(xué)生思維遇到障礙時，教師通過實(shí)驗(yàn)或視頻的形式向?qū)W生提供對思維起引導(dǎo)與鋪墊過渡作用的實(shí)踐性協(xié)助.

高中學(xué)生具備了一定的批判性思維能力，單純用理論推導(dǎo)得出的結(jié)論往往會受到學(xué)生的懷疑，特別是當(dāng)學(xué)生對這種結(jié)論所對應(yīng)的物理現(xiàn)象缺乏直觀體驗(yàn)的時候，學(xué)生對這個理論的接受程度會明顯下降，教師要讓學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中豐富與修正自己原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu).

3.2.3 利用思維定勢引發(fā)認(rèn)知沖突

不良的思維定勢對物理的學(xué)習(xí)起到消極的影響，我們可以通過思維定勢引發(fā)認(rèn)知沖突，學(xué)生對沖突的解決過程也就是自覺完善自身知識結(jié)構(gòu)的過程.使學(xué)生在認(rèn)知沖突中完善自己的思維結(jié)構(gòu)，同時提升思維的嚴(yán)謹(jǐn)性.

3.3 以優(yōu)化知識表征為目的

知識的表征是指信息在大腦中記載和呈現(xiàn)，也就是信息在大腦中建構(gòu)和再認(rèn).知識的表征方式一般可分為表象、命題、線性排序和圖式4種，同一知識可以用多種方式來表征，我們要引導(dǎo)學(xué)生選擇最佳的方式來表征知識.

3.3.1 強(qiáng)化表象表征

表象源于感知，由于物理源于生活，又是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，幾乎所有的物理知識都有栩栩如生的生活背景，在教學(xué)中，要盡可能通過實(shí)驗(yàn)、視頻、圖片、動畫和肢體語言等方式為學(xué)生提供感性素材.我們可以通過演示實(shí)驗(yàn)，隨堂實(shí)驗(yàn)或?qū)嶒?yàn)室實(shí)驗(yàn)的方式讓學(xué)生直接感受物理現(xiàn)象.有些物理現(xiàn)象不容易被觀察，甚至超出了人的感知能力，我們可借助于現(xiàn)代化的教學(xué)手段.

引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注關(guān)鍵特征.因?yàn)楸硐笤从诟兄獏s高于感知，表象比感覺、知覺更進(jìn)一步，表象具有概括性.教學(xué)活動總是在一定的教學(xué)情景中展開.影響學(xué)生知覺選擇的因素很多，物理現(xiàn)象的關(guān)鍵特征不一定總會被學(xué)生感知到，人總是傾向于選擇性地注意出乎意料的、突如其來的活動以及強(qiáng)烈的明暗對比，這就要求我們在課堂教學(xué)中注意調(diào)控意外事件的發(fā)生，把握好課堂教學(xué)的氛圍，對重點(diǎn)內(nèi)容要適當(dāng)增加聲音的強(qiáng)度和動作的力度以引起學(xué)生的知覺.同時，由于人腦中的表象只是一種概括的心理意象，一些重要的細(xì)節(jié)特征很容易被忽略掉，這也需要教師對學(xué)生作特別的引導(dǎo)才能引起知覺，比如物理圖像，一般人總是注意圖像的整體，往往不能區(qū)分x-t圖和v-t圖，也常?；煜駝訄D線和波動圖線，所以教師在展示圖像的時候要引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注圖像的縱坐標(biāo)，這些細(xì)節(jié)特征雖然并不顯眼，但對理解圖像意義有重要意義，只有通過有意的引導(dǎo)與訓(xùn)練，學(xué)生才能建立正確的具有實(shí)際意義的表象.

3.3.2 優(yōu)化命題表征

當(dāng)操作任務(wù)比較復(fù)雜時，人們偏向于采用命題來表征知識，進(jìn)行命題的轉(zhuǎn)換，因?yàn)槊}能表征對象的含義及不同對象間關(guān)系的信息，且歸納、總結(jié)和概括比表象表征更強(qiáng).單個命題是陳述性知識的最小單元，同一主題的命題會發(fā)生相互聯(lián)系時構(gòu)成命題網(wǎng)絡(luò)，它們都是推理和解決問題的基礎(chǔ).

優(yōu)化命題表征還要求選擇合適的表征對象.有些知識既可以用表象表征，又可以用命題表征，但有些知識只能用命題表征，命題表征特別適用于那些復(fù)雜的、富有抽象含義的物理知識.

3.3.3 明確線性排序

線性排序是一種基于經(jīng)驗(yàn)積累的解決問題的操作流程或思維順序，優(yōu)秀的學(xué)習(xí)者大腦中一般儲存有大量的不同類型線性排序，所以這樣的學(xué)生在解決具體問題時非常的快速而又高效.物理學(xué)習(xí)的一個重要目標(biāo)是解決物理問題，線性排序直接指向問題的解決，良好的線性排序是學(xué)以致用的重要途徑，教師在教學(xué)中應(yīng)該明確學(xué)生大腦中需要具備哪些線性排序，然后通過不斷的強(qiáng)化訓(xùn)練內(nèi)化為學(xué)生大腦中的線性排序.

高中物理需要很多的線性排序，線性排序是一種程序性知識，這些解決問題的流程與思維順序需要教師引導(dǎo)學(xué)生一題多解，一題多變，多題歸一才能習(xí)得.

3.3.4 利用圖式表征

在物理知識的綜合應(yīng)用階段，適合于應(yīng)用圖式表征.圖式是陳述性知識更為高級的單位，圖式是主體內(nèi)部的一種動態(tài)的、可變的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，往往綜合了命題、表象及線性排序.它是學(xué)生對自己熟悉的類型、事件、文本或其他各種實(shí)體中命題、次序及知覺信息所作的綜合.

認(rèn)知心理學(xué)家認(rèn)為圖式的形成過程是“發(fā)現(xiàn)不同實(shí)例的相似之處，對這些相似之處作出編碼表征，摒棄不同實(shí)例之間次要差異，最終在記憶中形成圖式”，在物理教學(xué)中，我們要向?qū)W生展示多個質(zhì)同形異的物理實(shí)例，學(xué)生才能形成穩(wěn)定的圖式，如變式訓(xùn)練就是有效途徑.

3.4 基于學(xué)生學(xué)習(xí)路徑各類課型教學(xué)策略

基于學(xué)生學(xué)習(xí)路徑教學(xué)目標(biāo)遵循課程標(biāo)準(zhǔn)、依據(jù)教學(xué)內(nèi)容，切合學(xué)生實(shí)際.教學(xué)活動根據(jù)學(xué)生原有知識與經(jīng)驗(yàn)和思維過程確定學(xué)習(xí)路徑，依據(jù)學(xué)習(xí)路徑設(shè)計(jì)學(xué)生活動，根據(jù)學(xué)生活動確定教師活動.根據(jù)知識類型選擇教學(xué)方法，根據(jù)思維層次選擇學(xué)習(xí)方式，根據(jù)學(xué)生、教師、學(xué)校實(shí)際選擇教學(xué)方式.對于不同物理課型設(shè)計(jì)不同的教學(xué)策略,如表1所示.

表1 基于學(xué)習(xí)路徑的各類物理課型教學(xué)策略

續(xù)表1

綜上所述，通過獲取和分析學(xué)生的學(xué)習(xí)路徑，了解學(xué)生原有知識經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)和思維的困惑點(diǎn)，確定教學(xué)的起點(diǎn)和重難點(diǎn)，讀懂學(xué)生的思維過程和特點(diǎn)，并選擇合適的教學(xué)路徑，通過不同表征方式之間的相互轉(zhuǎn)化，引導(dǎo)學(xué)生有意識地優(yōu)化學(xué)習(xí)路徑，使不同學(xué)習(xí)路徑的學(xué)生都能得到最優(yōu)發(fā)展.

參 考 文 獻(xiàn)

1 張春莉，劉怡.基于學(xué)生學(xué)習(xí)路徑分析的教學(xué)路徑研究.中小學(xué)教師培訓(xùn),2015(9):39～43

2 梁旭.認(rèn)知物理教學(xué)研究.杭州：浙江教育出版社，2011