基于教育學(xué)與學(xué)科教學(xué)理論的物理教學(xué)設(shè)計(jì)比較研究
——以初中歐姆定律教學(xué)為例

周栩君 邢紅華 趙艷嶺 邢紅軍

(1. 首都師范大學(xué)物理系,北京 100048; 2. 河南省科學(xué)院生物研究所有限責(zé)任公司,河南 鄭州 450008; 3. 首都師范大學(xué)教師教育學(xué)院,北京 100048)

伴隨著社會(huì)的不斷發(fā)展,教育界逐漸形成了一系列著名的理論,如斯金納的操作學(xué)習(xí)理論、皮亞杰的建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論、奧蘇貝爾的認(rèn)知同化學(xué)習(xí)理論、加涅的智慧技能學(xué)習(xí)層次論等等．這些理論的提出是為了更好地指導(dǎo)課堂教學(xué)實(shí)踐,為教學(xué)課堂提供理論指引,幫助教育者掌握教育規(guī)律并在教育實(shí)踐中加以運(yùn)用．

然而,運(yùn)用教育學(xué)理論指導(dǎo)課堂教學(xué)實(shí)踐也逐漸暴露出一些問題,主要表現(xiàn)為教育學(xué)理論指導(dǎo)學(xué)科教學(xué)乏力,進(jìn)而影響教學(xué)的效果．因此,搭建教育學(xué)理論與課堂教學(xué)之間的橋梁,對(duì)教學(xué)效果的優(yōu)化有著重要的意義．有鑒于此,本文結(jié)合初中歐姆定律教學(xué)設(shè)計(jì),通過研究不同教學(xué)理論指導(dǎo)下初中歐姆定律的教學(xué)設(shè)計(jì),以期對(duì)溝通教育學(xué)理論與課堂教學(xué)的疏離有所啟迪．

1 基于教育學(xué)理論的歐姆定律教學(xué)設(shè)計(jì)

早期的學(xué)習(xí)心理學(xué)家片面強(qiáng)調(diào)各自所研究的某種學(xué)習(xí)形式,直到二次世界大戰(zhàn)后,心理學(xué)家才意識(shí)到,學(xué)習(xí)有不同類型,不同類型的學(xué)習(xí)有特殊的學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)結(jié)果．[1]加涅正是其中的重要一員．

加涅最初把學(xué)習(xí)分為8類,后來為了適合教育應(yīng)用又將學(xué)習(xí)結(jié)果分成5類,分別是智慧技能、認(rèn)知策略、言語信息、動(dòng)作技能、以及態(tài)度．其中智慧技能與認(rèn)知策略是教學(xué)中側(cè)重培養(yǎng)的目標(biāo)．

加涅將“運(yùn)用概念和規(guī)則對(duì)外辦事的技能”稱為智慧技能,并將其分為4個(gè)層次,由低級(jí)到高級(jí)依次是:辨別→概念→規(guī)則→高級(jí)規(guī)則．辨別是區(qū)分事物的差異的能力;概念是學(xué)習(xí)與運(yùn)用概念的能力;規(guī)則是運(yùn)用規(guī)則(原理、定律、公式等)辦事的能力;高級(jí)規(guī)則是原有的規(guī)則通過運(yùn)用又獲得新規(guī)則的能力．同時(shí),較高一級(jí)的智慧技能必須以較低一級(jí)的智慧技能的習(xí)得為先決條件．[1]與此同時(shí),加涅提出在教學(xué)中應(yīng)側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生的認(rèn)知策略,即學(xué)習(xí)者控制與調(diào)節(jié)自身的學(xué)習(xí)、記憶與思維等認(rèn)知過程的能力．后來,心理學(xué)家皮連生在此基礎(chǔ)上,將認(rèn)知策略定義為“個(gè)人調(diào)控自己的認(rèn)識(shí)活動(dòng)以提高認(rèn)知操作水平的能力”,并提出策略性行為總是具有思維的特征的觀點(diǎn)．[1]

教學(xué)設(shè)計(jì)是教學(xué)前期準(zhǔn)備工作的重要組成部分,環(huán)節(jié)的設(shè)置、內(nèi)容的安排都會(huì)對(duì)實(shí)際課堂產(chǎn)生重要的影響．為此,皮連生先生提出,教學(xué)有大教學(xué)概念和小教學(xué)概念．小教學(xué)概念主要指課堂上的師生相互作用過程,而大教學(xué)概念在此基礎(chǔ)上還包括教師的課前準(zhǔn)備,課后評(píng)價(jià)和補(bǔ)救教學(xué)等工作．[1]皮連生由大教學(xué)概念出發(fā),將教學(xué)設(shè)計(jì)分為3大部分:教學(xué)目標(biāo)、任務(wù)分析以及教學(xué)過程．

歐姆定律一直都是初中物理教學(xué)的重點(diǎn)、難點(diǎn)．其內(nèi)涵的抽象性、關(guān)系的復(fù)雜性等常使教學(xué)上的困難異常巨大,[2]這也給這節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)造成了一定的困難．基于此,皮連生以加涅的智慧技能為理論基礎(chǔ),從教學(xué)目標(biāo)、任務(wù)分析以及教學(xué)過程3部分展開,對(duì)這節(jié)課進(jìn)行了教學(xué)設(shè)計(jì)．

皮連生認(rèn)為,“教學(xué)目標(biāo)是預(yù)期的學(xué)生學(xué)習(xí)的結(jié)果或者是預(yù)期的學(xué)習(xí)活動(dòng)要達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)．教學(xué)是以教學(xué)目標(biāo)定向的活動(dòng)．在教學(xué)活動(dòng)開始之前,教師必須明確學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)果的類型并以清晰的語言陳述教學(xué)目標(biāo)．[1]”由于絕大多數(shù)初中學(xué)生對(duì)于知識(shí)學(xué)習(xí)的目的并不十分明確,所以無法針對(duì)性地學(xué)習(xí)相關(guān)概念與規(guī)律,為了改善這一情況,提高教學(xué)效果,教師應(yīng)在教學(xué)前明確告知學(xué)生本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)．基于此,本節(jié)課采用行為陳述的目標(biāo)——“能夠說出I與U、I與R之間的關(guān)系”以及“能夠運(yùn)用歐姆定律計(jì)算電路中的電流、電壓與電阻”．

當(dāng)確定教學(xué)目標(biāo)之后,就要對(duì)本節(jié)課進(jìn)行任務(wù)分析．皮連生先生提出,“任務(wù)分析是一種教學(xué)設(shè)計(jì)的技術(shù),指在開始教學(xué)活動(dòng)之前,預(yù)先對(duì)教學(xué)目標(biāo)中所規(guī)定的,需要學(xué)生習(xí)得的能力或傾向的構(gòu)成成分及其層次關(guān)系詳加分析,為學(xué)習(xí)順序的安排和教學(xué)條件的創(chuàng)設(shè)提供心理學(xué)基礎(chǔ)．[1]”因此,本節(jié)課的任務(wù)分析是基于加涅的智慧技能學(xué)習(xí)層次理論(辨別→概念→規(guī)則→高級(jí)規(guī)則)展開的．

起點(diǎn)能力對(duì)應(yīng)智慧技能中的概念,包括學(xué)生已經(jīng)掌握的有關(guān)電流強(qiáng)度、電壓、電阻以及電路圖的相關(guān)概念及知識(shí);學(xué)習(xí)的類型對(duì)應(yīng)智慧技能中的規(guī)則,即對(duì)歐姆定律的原理、定律表述以及公式展開學(xué)習(xí),先決條件是規(guī)則中的有關(guān)概念必須先行掌握．由概念到規(guī)則進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的展開．爾后,基于教學(xué)目標(biāo)和任務(wù)分析對(duì)本節(jié)課的具體教學(xué)過程展開設(shè)計(jì)．

首先,教師帶領(lǐng)學(xué)生復(fù)習(xí)原有知識(shí),即形成電流的原因及電流的概念;然后,教師告知學(xué)生本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo),即電流強(qiáng)度、電壓、電阻三者之間的關(guān)系,并配以板書,以起到組織者的作用;進(jìn)一步,在實(shí)驗(yàn)探究階段,為了培養(yǎng)學(xué)生的認(rèn)知策略,教師先指導(dǎo)思維方法,引導(dǎo)學(xué)生提出控制變量法,并確定使用該方法探究I與U、I與R之間的關(guān)系,使認(rèn)知策略轉(zhuǎn)變?yōu)榻鉀Q問題的策略．進(jìn)一步,采用控制變量法演示“探究電流與電壓的關(guān)系”、“探究電流與電阻的關(guān)系”兩個(gè)實(shí)驗(yàn),并引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)圖像概括得出歐姆定律的內(nèi)容及表達(dá)式;最后,為了檢查學(xué)生對(duì)于新授知識(shí)的理解,教師以習(xí)題的形式帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行練習(xí)．

上述教學(xué)設(shè)計(jì)是直接由加涅的智慧技能理論出發(fā),并結(jié)合皮亞杰的大概念教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)的．值得一提的是,該教學(xué)設(shè)計(jì)提出,在課堂教學(xué)開始之前要明確告知學(xué)生本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo),讓學(xué)生對(duì)知識(shí)框架有初步的了解,相較于傳統(tǒng)課堂的“直奔主題”,顯化教學(xué)目標(biāo),可以幫助學(xué)生更好地了解本節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn),對(duì)知識(shí)的學(xué)習(xí)進(jìn)行更優(yōu)地統(tǒng)籌規(guī)劃,同時(shí)也有助于激勵(lì)學(xué)生對(duì)新知識(shí)的學(xué)習(xí)．

設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)的初衷將教學(xué)重點(diǎn)立足于指導(dǎo)思維方法和實(shí)驗(yàn)演示發(fā)現(xiàn)規(guī)律兩大部分,力圖實(shí)現(xiàn)智慧技能中辨別、概念、規(guī)則3個(gè)層次,然而從概念到規(guī)則的學(xué)習(xí)屬于上位學(xué)習(xí),一般來說難度是較大的．從效果上看,直接采用教育學(xué)理論指導(dǎo)課堂教學(xué)實(shí)踐是乏力的,這是因?yàn)?兩者之間的作用是間接的(如圖1所示)．

由于缺少學(xué)科教學(xué)理論的中介作用,直接運(yùn)用教育學(xué)理論的教學(xué)設(shè)計(jì)看似水到渠成,貌似培養(yǎng)了學(xué)生的智慧技能與認(rèn)知策略,實(shí)則并沒有考慮學(xué)生的學(xué)習(xí)心理與認(rèn)知水平,因而未能揭示出教學(xué)的本質(zhì),教學(xué)效果就乏善可陳．

2 基于學(xué)科教學(xué)理論的歐姆定律教學(xué)設(shè)計(jì)

由于教育學(xué)理論對(duì)學(xué)科課堂教學(xué)實(shí)踐的指導(dǎo)是間接的,無法對(duì)實(shí)際物理課堂進(jìn)行針對(duì)性地指導(dǎo),因此,為了更好地彰顯教學(xué)的本質(zhì),應(yīng)在教學(xué)設(shè)計(jì)中引入學(xué)科教學(xué)理論(如圖2所示),使其直接指導(dǎo)學(xué)科課堂教學(xué)實(shí)踐,并成為教育學(xué)理論與學(xué)科課堂教學(xué)實(shí)踐的連接紐帶．

圖2 學(xué)科教學(xué)理論的地位及作用

如前所述,電阻概念定義的方式有悖于學(xué)生熟悉的順向邏輯,而是體現(xiàn)為“電阻越大、電流越小”的逆向邏輯,[2]這樣會(huì)導(dǎo)致學(xué)生理解上出現(xiàn)困難;其次,基于加涅的智慧技能理論的教學(xué)設(shè)計(jì)采用控制變量法與比例系數(shù)法,方法本身沒有科學(xué)性錯(cuò)誤,但是由于步驟繁多,從而增大了初中學(xué)生的學(xué)習(xí)難度,無法彰顯歐姆定律的內(nèi)涵與實(shí)質(zhì)．因此,基于學(xué)科教學(xué)理論的教學(xué)設(shè)計(jì)[2]對(duì)歐姆定律的教學(xué)進(jìn)行了全新的設(shè)計(jì)．

2.1 教學(xué)思路的順向與逆向問題

基于學(xué)科教學(xué)理論的教學(xué)設(shè)計(jì)不以電阻概念為出發(fā)點(diǎn),而是用“電導(dǎo)”代替“電阻”展開教學(xué)．這樣的改變,原因有二,其一是為了學(xué)生更好地接受并理解電導(dǎo)、電阻以及歐姆定律的相關(guān)概念;其二是為后續(xù)使用比值定義法埋下伏筆．

首先,初中生在學(xué)習(xí)歐姆定律之前所接觸的概念、規(guī)律均沿順向邏輯展開,因此學(xué)生對(duì)于順向思維方式更熟悉也更易于接受．通過中學(xué)物理的學(xué)習(xí)可知,電導(dǎo)和電阻都反映了導(dǎo)體本身的一種屬性,但是,其兩者的表述卻存在較大的不同．電導(dǎo)反映了導(dǎo)體導(dǎo)通電流性質(zhì)的強(qiáng)弱,通過實(shí)驗(yàn)可以直觀地觀察到“電導(dǎo)越大,電流越大”;而電阻反映的是導(dǎo)體阻礙電流性質(zhì)的強(qiáng)弱,通過實(shí)驗(yàn)可以得到“電阻越大,電流越小”的結(jié)論．

教學(xué)的突破口由電阻轉(zhuǎn)變?yōu)殡妼?dǎo),是為了更好地契合學(xué)生的認(rèn)知水平．初二學(xué)生的認(rèn)知水平大多處于具體運(yùn)算階段,而在學(xué)生接受新知識(shí)、新方法時(shí),認(rèn)知水平會(huì)退化到更低層次,從而體現(xiàn)出前運(yùn)算階段的特點(diǎn)[2]．歐姆定律涉及電阻的概念,而電阻恰恰是學(xué)生從未接觸過的逆向物理概念,“電阻越大,電流越小”這樣的逆向邏輯遠(yuǎn)不如“電導(dǎo)越大,電流越大”這樣的順向邏輯易于學(xué)生理解與掌握．因此,在設(shè)計(jì)本節(jié)課的教學(xué)邏輯與教學(xué)方式時(shí),應(yīng)基于物理教育心理學(xué)的相關(guān)理論,從學(xué)生的認(rèn)知水平出發(fā),以電導(dǎo)的概念為教學(xué)突破口,從而降低歐姆定律教學(xué)的難度．

其次,在順向邏輯的展開下,就可以順其自然地運(yùn)用比值定義法得到電導(dǎo)的概念和表達(dá)式,而不是運(yùn)用控制變量法使推導(dǎo)過程再次復(fù)雜化．因此,順向邏輯的確定也為比值定義法的選擇埋下了伏筆．

2.2 科學(xué)方法的選擇

比值定義法的選擇并不主流,各版本初中物理教材中均采用控制變量法,做出這樣的選擇是一種突破,需要高屋建瓴的認(rèn)識(shí)．之所以基于學(xué)科教學(xué)理論的教學(xué)設(shè)計(jì)摒棄了控制變量法,轉(zhuǎn)而采用比值定義法,是為了更好地凸顯歐姆定律的物理本質(zhì)與內(nèi)涵．首先,該方法符合學(xué)生的認(rèn)知水平,降低了學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷,與順向教學(xué)邏輯相輔相成．其次,控制變量法側(cè)重于實(shí)驗(yàn)探究以及關(guān)系式的整合,并沒有突出電阻在歐姆定律學(xué)習(xí)中的重要地位．而在比值定義法的引領(lǐng)下,以合乎邏輯的思路對(duì)電導(dǎo)、電阻進(jìn)行論述,奠定了歐姆定律的理論基礎(chǔ),凸顯了歐姆定律的教學(xué)本質(zhì)．

2.3 由特殊到一般

顯而易見,基于學(xué)科教學(xué)理論的教學(xué)設(shè)計(jì)直擊問題的核心與本質(zhì),通過改變前概念,選擇適當(dāng)?shù)目茖W(xué)方法,從而對(duì)物理教學(xué)實(shí)踐進(jìn)行了更加高效地指導(dǎo)．由于這樣的教學(xué)設(shè)計(jì)所提出的教學(xué)邏輯與教學(xué)方式是基于物理教育心理學(xué)展開的,從而能更好地幫助教師了解學(xué)生的認(rèn)知水平．因此,教育學(xué)理論要想指導(dǎo)學(xué)科教學(xué)實(shí)踐,應(yīng)借助學(xué)科教學(xué)理論進(jìn)行過渡,這樣才可以實(shí)現(xiàn)真正的教學(xué)．

3 啟示與建議

3.1 注重教學(xué)邏輯的詮釋

課堂教學(xué)邏輯是教師的課堂教學(xué)推進(jìn)合乎教學(xué)內(nèi)容的內(nèi)在組織性,即順序、層次、系統(tǒng)和學(xué)生接受知識(shí)的思維規(guī)律．教學(xué)邏輯操作就是要依據(jù)和遵循教學(xué)內(nèi)容的基本邏輯線索,根據(jù)教學(xué)各種操作行為的特點(diǎn)和表現(xiàn)力,把教學(xué)內(nèi)容線索清晰地、層層遞進(jìn)地、環(huán)環(huán)相扣地傳達(dá)給學(xué)生．[3]

教學(xué)邏輯是物理教學(xué)中的重要組成部分,恰當(dāng)且嚴(yán)密的邏輯順序可以從根本上提升課堂教學(xué)效果,幫助學(xué)生掌握物理知識(shí)．不同的教學(xué)邏輯會(huì)產(chǎn)生不同的教學(xué)效果,如何制定正確的教學(xué)邏輯,取決于學(xué)生的學(xué)習(xí)心理及知識(shí)的難易程度,只有充分了解學(xué)生的現(xiàn)有認(rèn)知水平,才可以將課程內(nèi)容以學(xué)生最易接受的邏輯順序呈現(xiàn)出來．

加涅的智慧技能理論教學(xué)設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計(jì)均以電阻概念為出發(fā)點(diǎn),由于電阻是一個(gè)逆向的概念,反映導(dǎo)體阻礙電流性質(zhì)的強(qiáng)弱,因此在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)探究過程中,只能得到“電阻不變時(shí),電流強(qiáng)度與電壓成正比;電壓不變時(shí),電流強(qiáng)度與電阻成反比”的結(jié)論．由于“正比”、“反比”、“阻礙”等逆向邏輯詞匯會(huì)干擾學(xué)生新知識(shí)的學(xué)習(xí),從而使學(xué)生對(duì)相關(guān)概念、結(jié)論產(chǎn)生混淆．

基于學(xué)科教學(xué)理論的教學(xué)設(shè)計(jì)采用“電導(dǎo)越大,電流越大”的正向邏輯,并由此出發(fā)得到電阻的表達(dá)式,進(jìn)一步變形得到歐姆定律的表達(dá)式．這樣不僅符合初中學(xué)生的認(rèn)知水平,也將歐姆定律的內(nèi)容簡化,從而大大減少了學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷,并最終取得好的教學(xué)效果．

3.2 注重教學(xué)環(huán)節(jié)的聯(lián)系

為了更清晰地展示智慧技能教學(xué)與基于學(xué)科教學(xué)理論教學(xué)的特點(diǎn),下面以表格形式呈現(xiàn),如表1所示.

表1 智慧技能教學(xué)與學(xué)科教學(xué)理論教學(xué)設(shè)計(jì)對(duì)比

表1從前概念、邏輯順序、科學(xué)方法以及教學(xué)原則4個(gè)環(huán)節(jié)出發(fā),對(duì)智慧技能教學(xué)與學(xué)科教學(xué)理論教學(xué)進(jìn)行對(duì)比．通過對(duì)比可以發(fā)現(xiàn),基于學(xué)科教學(xué)理論的教學(xué)設(shè)計(jì)整體要優(yōu)于智慧技能教學(xué)設(shè)計(jì)．

智慧技能教學(xué)設(shè)計(jì)采用的智慧技能學(xué)習(xí)層次理論,每一環(huán)節(jié)相對(duì)于上一環(huán)節(jié)均屬于上位學(xué)習(xí),對(duì)于學(xué)生來說難度較大,并且在設(shè)計(jì)的過程中,沒有依據(jù)學(xué)生的認(rèn)知水平選擇恰當(dāng)?shù)倪壿嬳樞颍浯?在科學(xué)方法的選擇上也并未與邏輯順序相關(guān)聯(lián),使教學(xué)設(shè)計(jì)各環(huán)節(jié)之間的銜接顯得生硬．

3.3 凸顯學(xué)科教學(xué)理論的作用

就物理學(xué)科而言,它是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué),根基是實(shí)驗(yàn),一切理論都要以實(shí)驗(yàn)作為唯一的檢驗(yàn)者．同時(shí),它也是一門嚴(yán)密的理論科學(xué),以物理概念為基石,以物理學(xué)定律為主干．[4]因此,邏輯順序的安排與科學(xué)方法的選擇就顯得尤為重要,歐姆定律的學(xué)習(xí)更是凸顯這一特點(diǎn)．

傳統(tǒng)歐姆定律的教學(xué)設(shè)計(jì)是依據(jù)辨別→概念→規(guī)則→高級(jí)規(guī)則4個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)教學(xué)邏輯與教學(xué)方式,但固定的理論環(huán)節(jié)并未依據(jù)課程內(nèi)容的特殊性加以改變,從而使教育學(xué)理論與學(xué)科教學(xué)的結(jié)合顯得乏力、生硬,給人一種抱令守律的感覺．同時(shí),以教育學(xué)理論為指導(dǎo)的課堂教學(xué)并未彰顯物理內(nèi)涵與本質(zhì),所以無法實(shí)現(xiàn)真正的物理教學(xué)．

基于學(xué)科教學(xué)理論的教學(xué)設(shè)計(jì)所提出的教學(xué)邏輯與教學(xué)方式,不僅幫助教師了解學(xué)生的認(rèn)知水平,而且對(duì)教學(xué)順序及內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整．順向邏輯、比值定義法、由特殊到一般的教學(xué)原則均屬于學(xué)科教學(xué)理論的范疇．同時(shí),也正是這三個(gè)方面對(duì)本節(jié)課的物理課堂直接作用,打破了原來的知識(shí)框架,以學(xué)生學(xué)習(xí)心理為出發(fā)點(diǎn),構(gòu)建新的知識(shí)——方法體系,提升了教學(xué)效果,從而回歸了物理課堂教學(xué)的本真．

由此可見,教育學(xué)理論對(duì)學(xué)科教學(xué)實(shí)踐固然有指導(dǎo)作用,但是影響卻是間接的,無法達(dá)到理論與實(shí)際教學(xué)的真正結(jié)合．而學(xué)科教學(xué)理論的加入,就為理論與實(shí)際教學(xué)之間的銜接搭建了橋梁,不僅凸顯了學(xué)科教學(xué)理論對(duì)學(xué)科教學(xué)實(shí)踐的指導(dǎo)作用,也強(qiáng)化了教育學(xué)理論的指導(dǎo)性作用,值得我們展開更進(jìn)一步的深入研究．