基于學(xué)習(xí)路徑的物理規(guī)律教學(xué)策略

摘 要：北師大張春莉教授提出學(xué)生已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)、學(xué)生的思維過程、學(xué)生對(duì)知識(shí)的表征方式是構(gòu)成學(xué)習(xí)路徑的三個(gè)核心要素。在以學(xué)為中心的教學(xué)背景下，特別是在物理規(guī)律課教學(xué)中，筆者試著從學(xué)習(xí)路徑的三個(gè)核心要素談規(guī)律教學(xué)的策略，同時(shí)想與教師一起針對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)路徑找到相應(yīng)的教學(xué)路徑，從而實(shí)施有效的教學(xué)。

關(guān)鍵詞：學(xué)習(xí)路徑；知識(shí)經(jīng)驗(yàn)；知識(shí)表征；圖式表征

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）9-0011-5

所謂“學(xué)習(xí)路徑”，就是指在某學(xué)段，為達(dá)到一定的學(xué)習(xí)目標(biāo)，教師基于認(rèn)知心理學(xué)理論，根據(jù)學(xué)習(xí)起點(diǎn)、載體、方法、氛圍等要素采取一定的教學(xué)策略，從而使學(xué)生形成一系列生理和心理活動(dòng)的軌跡。物理概念是基石，物理規(guī)律是中心?；趯W(xué)生學(xué)習(xí)路徑的物理規(guī)律教學(xué)對(duì)物理規(guī)律形成的學(xué)習(xí)提出了更高的要求，教師應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生從多個(gè)角度審視物理規(guī)律，體會(huì)物理規(guī)律的建立和發(fā)展過程，感悟其中的創(chuàng)新思維和科學(xué)研究方法，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和科學(xué)研究能力。

1 以獲取學(xué)生的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)為起點(diǎn)

學(xué)生已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)是一切學(xué)習(xí)活動(dòng)的基礎(chǔ)，也是對(duì)個(gè)體行為和當(dāng)前認(rèn)知活動(dòng)的先導(dǎo)。因此，在物理規(guī)律課教學(xué)過程中，教師不能無視學(xué)生已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，而應(yīng)該把它作為學(xué)習(xí)原有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)。針對(duì)某一具體規(guī)律的教學(xué)，教師可以通過調(diào)查問卷、訪談、面批、課堂反饋、作業(yè)批改、教師經(jīng)驗(yàn)預(yù)測等方式獲取學(xué)生的已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)。例如，在“超重與失重”的規(guī)律課教學(xué)中，通過以上方式，教師可以了解到學(xué)生已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)：

①學(xué)生對(duì)力的定義、力的產(chǎn)生有較大程度了解，能對(duì)物體進(jìn)行受力分析以及求合力；

②知道力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，并能運(yùn)用牛頓第二定律求物體的加速度；

③知道在地球的同一地方，重力加速度是不變的；

④知道物體重力的大小可以通過彈簧稱測量，也知道彈簧稱測力的原理；

⑤對(duì)彈簧秤示數(shù)和重力認(rèn)識(shí)有誤區(qū)：認(rèn)為彈簧稱的示數(shù)就是物體重力的大??；

⑥對(duì)超重和失重認(rèn)識(shí)有誤區(qū)：總認(rèn)為超重就是物體重力增加，失重就是物體重力減小。

通過上述獲取學(xué)生已有的力的定義、力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系、彈簧秤示數(shù)與重力誤區(qū)認(rèn)識(shí)及生活中的超重、失重模型誤區(qū)認(rèn)識(shí)，這在“超重與失重”物理學(xué)習(xí)活動(dòng)中有著很重要的作用，教師要尊重上述知識(shí)基礎(chǔ)和生活經(jīng)驗(yàn)。首先是感受超重、失重的現(xiàn)象，然后是探究超重、失重的成因，結(jié)合牛頓第二定律和牛頓第三定律得出超重、失重的規(guī)律，最后通過各種生活現(xiàn)象對(duì)超重、失重知識(shí)的應(yīng)用達(dá)到能解決實(shí)際問題的程度。

當(dāng)然，在一般的規(guī)律教學(xué)中也是如此，教師在組織學(xué)生概括出本節(jié)規(guī)律特點(diǎn)前，要根據(jù)學(xué)生的已有認(rèn)知及其初步概括能力，調(diào)整教學(xué)預(yù)設(shè)，再次分析引導(dǎo)直到學(xué)生得出比較完整的規(guī)律，這就是規(guī)律形成過程，是比較曲折的甚至是離散的。然后，教師指導(dǎo)學(xué)生對(duì)規(guī)律進(jìn)行比較系統(tǒng)的定義，這并不意味著規(guī)律就真正地被掌握了，還需要學(xué)生通過問題解決的方式不斷地強(qiáng)化、活化。圖1是基于學(xué)生已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的規(guī)律教學(xué)的一般流程圖。

2 以發(fā)展規(guī)律學(xué)習(xí)的思維過程為主線

如果說學(xué)生已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)是學(xué)習(xí)路徑的起點(diǎn)，那么發(fā)展學(xué)生的思維過程就是連接路徑起點(diǎn)和終點(diǎn)的橋梁。而物理規(guī)律反映的是物理概念之間的聯(lián)系，是壓縮了的知識(shí)鏈。因此，我們的教學(xué)并不是急于把這些前人獲得的結(jié)論直接端給學(xué)生，如愛因斯坦所說：“對(duì)真理的探求比對(duì)真理的占有更可貴”。

2.1 依據(jù)規(guī)律學(xué)習(xí)的思維過程確定教學(xué)過程

規(guī)律的學(xué)習(xí)，必須以思維的過程為主線從而確定教學(xué)過程，切不可在學(xué)生毫無認(rèn)識(shí)或認(rèn)識(shí)不足的情況下“搬出來”，不加分析地“灌”給學(xué)生。例如，在簡諧運(yùn)動(dòng)的規(guī)律課教學(xué)中，教師如果沒有對(duì)簡諧運(yùn)動(dòng)的物理過程進(jìn)行全面細(xì)致的分析，而是直接根據(jù)書本案例模型就貿(mào)然給出公式F=-kx，那么，學(xué)生會(huì)將該規(guī)律理解成再一次復(fù)習(xí)胡克定律F=kx。

當(dāng)然，在該規(guī)律課教學(xué)中，思維過程的主線首先是引導(dǎo)學(xué)生觀察和分析彈簧振子在一次全振動(dòng)過程中回復(fù)力F、速度v、加速度a以及位移x 等物理量的變化情況，并找出最基本的規(guī)律來；然后通過分析比較，學(xué)生將會(huì)發(fā)現(xiàn)F與v的方向相反時(shí)，它們大小此增彼減，關(guān)系復(fù)雜；還可以發(fā)現(xiàn)F與a方向始終相同，大小同增同減，關(guān)系簡單；最后再看F與x，兩者方向始終相反，大小又成正比，所以它們之間的關(guān)系，最能準(zhǔn)確而簡明地反映簡諧振動(dòng)中力與運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律?；谶@樣的學(xué)習(xí)思維過程主線，確定教學(xué)過程，學(xué)生對(duì)于簡諧振動(dòng)的規(guī)律 F=-kx就不僅知其然，而且也知其所以然了。

2.2 根據(jù)規(guī)律學(xué)習(xí)的思維難度搭建教學(xué)支架

在規(guī)律的學(xué)習(xí)中，不同的規(guī)律背后隱藏的物理量間的聯(lián)系是很難挖掘的。這時(shí)候教師可以嘗試根據(jù)學(xué)習(xí)的思維難度搭建教學(xué)支架，即通過分析與綜合，揭示規(guī)律背后的隱含條件；抽象與概括使規(guī)律簡化；歸納與演繹，通過實(shí)驗(yàn)演示歸納及理論的演繹兩種方式，發(fā)現(xiàn)不同事物背后所遵守的共同的特征；最后通過比較與類比，發(fā)現(xiàn)事物的同中之異和異中之同。如圖2所示。

2.3 通過問題鏈引發(fā)深度思維

所謂“問題鏈”，是指教師為了實(shí)現(xiàn)一定的教學(xué)目標(biāo)，根據(jù)學(xué)生的已有知識(shí)或經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過程中將要產(chǎn)生或可能產(chǎn)生的困惑，將教材知識(shí)轉(zhuǎn)換成為層次鮮明、具有系統(tǒng)性的一連串的教學(xué)問題，這些教學(xué)問題是一組有中心、有序列、相對(duì)獨(dú)立而又相互關(guān)聯(lián)的問題。

超重、失重是物理必修1的教學(xué)內(nèi)容，在學(xué)習(xí)了牛頓三大定律之后，是對(duì)物體受力與運(yùn)動(dòng)之間關(guān)系規(guī)律課最精彩的教學(xué)，其學(xué)習(xí)的過程有利于學(xué)生復(fù)習(xí)鞏固牛頓三大定律的內(nèi)容，同時(shí)進(jìn)一步掌握分析物體受力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系的基本方法，在力學(xué)體系發(fā)展中屬于對(duì)抽象的力與運(yùn)動(dòng)通過具體的牛頓定律進(jìn)行再解釋的學(xué)習(xí)過程。在情景引入時(shí)，為激發(fā)學(xué)生興趣，引起學(xué)生背后隱藏的前認(rèn)知，如超重就是重力增大了嗎？是速度增加引起的嗎？和加速度有關(guān)系嗎？可以設(shè)計(jì)如下問題鏈進(jìn)行落實(shí)。

問題1：電梯從一樓到五樓的運(yùn)動(dòng)情況是怎樣的？

問題2：體重計(jì)的讀數(shù)與自己的實(shí)際體重是什么關(guān)系？

問題3：出現(xiàn)這種情況的原因是什么？

問題4：超重狀態(tài)下的物體，運(yùn)動(dòng)速度一定變大嗎？

問題5：失重狀態(tài)下的物體是因?yàn)槲矬w沒有受到重力的作用嗎？

上述設(shè)計(jì)目的皆在促進(jìn)思維的深度性，其中設(shè)計(jì)問題1的目的是讓學(xué)生根據(jù)實(shí)際情況，判斷電梯的速度與加速度間的關(guān)系；問題2的目的是通過現(xiàn)象觀察體重竟然會(huì)“變”，制造思維上的認(rèn)知沖突；問題3的目的是追問，迫使學(xué)生深入分析引起“體重”變化的原因；問題4的目的是根據(jù)學(xué)生的前概念出發(fā)，速度大就超重，指出學(xué)生思維上的誤區(qū)；問題5的目的是在搞清楚問題4后，進(jìn)一步分析超重、失重的條件及本質(zhì)，進(jìn)而掌握力與運(yùn)動(dòng)之間關(guān)系的處理方法。

3 以優(yōu)化規(guī)律知識(shí)表征為目的

表征是認(rèn)知心理學(xué)的概念，它是指知識(shí)或信息以什么樣的形式儲(chǔ)存于大腦之中，代表了外部世界與有機(jī)體內(nèi)部之間的標(biāo)定關(guān)系，是人類認(rèn)識(shí)事物的一種方式。常見的表征形式有命題、圖式以及表象。同一事物，其表征的方式不同，對(duì)它的加工也不相同。例如，學(xué)習(xí)困難的學(xué)生往往是物理規(guī)律知識(shí)表征不完善，如對(duì)機(jī)械能守恒規(guī)律的理解中，是其他力做功導(dǎo)致機(jī)械能不守恒，其他力指什么力？重力、彈簧彈力、電場力還是合外力？

3.1 形成規(guī)律網(wǎng)絡(luò)圖式表征

圖式表征往往組合了概念、命題和表象，一般認(rèn)為，圖式表征是指圍繞某個(gè)主題組織起來的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。認(rèn)知心理學(xué)家表示，現(xiàn)在想不起來的事，以后可能會(huì)突然想起來，小時(shí)候做過的某些事，到老了還十分清晰。信息沒有被遺忘，就顯得網(wǎng)絡(luò)圖式表征尤為重要。圖3所示的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)展示了機(jī)械能（動(dòng)能、勢能）與功及動(dòng)能定理之間的相互關(guān)系，這樣的表述使知識(shí)的呈現(xiàn)與表述富有結(jié)構(gòu)，容易理解與記憶。

3.2 重視不同規(guī)律圖式辨析

學(xué)生學(xué)會(huì)表征規(guī)律的圖式，但是還不夠，因?yàn)楹芏辔锢碇R(shí)是高度濃縮了物理規(guī)律之間的內(nèi)在聯(lián)系，教師要重視不同規(guī)律間的圖式，通過聯(lián)系、組合、辨析，使學(xué)生熟悉這些圖式，遇到習(xí)題時(shí)才會(huì)自覺地進(jìn)行思維。圖4是牛頓第二定律的辨析圖式，蘊(yùn)含的信息量是十分豐富的，教師需要對(duì)該圖式的主要功能與作用進(jìn)行解讀，使學(xué)生獲得知識(shí)框圖所隱含的意義，從視覺模式獲得命題表征。

3.3 通過規(guī)律運(yùn)用習(xí)得程序與規(guī)范

掌握網(wǎng)絡(luò)圖式和辨析圖式，是掌握規(guī)律的基礎(chǔ)。但在處理、解決實(shí)際物理問題中，有許多學(xué)生很怕做題、畏懼做題，究其原因，是學(xué)生沒有掌握運(yùn)用規(guī)律的程序及規(guī)范。

例題1 如圖5所示，某冰壺比賽中，運(yùn)動(dòng)員將靜止于O點(diǎn)的冰壺沿直線OB用水平恒力F推到A點(diǎn)放手，最后冰壺停在B點(diǎn)。已知冰面的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，冰壺質(zhì)量為m，OA=x，AB=L。求冰壺在A點(diǎn)的速率vA？

使用動(dòng)能定理解題的規(guī)范程序：

①確定研究對(duì)象（冰壺）及擷取運(yùn)動(dòng)過程（AB過程）；

②受力分析（明確各個(gè)力是否做功，做正功還是做負(fù)功，進(jìn)而明確合外力做的功）；

③運(yùn)動(dòng)分析（分析始、末態(tài)的動(dòng)能）；

④根據(jù)動(dòng)能定理列方程；

⑤對(duì)結(jié)果表達(dá)要用題中條件表示（還有有效數(shù)字問題、單位問題等）。

3.4 通過規(guī)律應(yīng)用習(xí)得選用規(guī)律

當(dāng)然，掌握程序與規(guī)范，是解題的基本保障。但隨著對(duì)知識(shí)的不斷深入學(xué)習(xí)，解決規(guī)律的策略將會(huì)變多，如何根據(jù)對(duì)規(guī)律的應(yīng)用來選用規(guī)律，優(yōu)化解題過程，是老師必須要正視的問題。例如，牛頓運(yùn)動(dòng)定律和動(dòng)能定理，高一學(xué)生常常是學(xué)了動(dòng)能定理，忘了牛頓運(yùn)動(dòng)定律，復(fù)習(xí)了牛頓運(yùn)動(dòng)定律，又忘了動(dòng)能定理。故需要在規(guī)律教學(xué)中，通過對(duì)規(guī)律的應(yīng)用選用規(guī)律，來幫助學(xué)生較好地理解兩大力學(xué)體系的支柱規(guī)律，為學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)指明思路，快速在兩者中加以選擇。

表1為基于兩大規(guī)律的內(nèi)在特點(diǎn)比較。

對(duì)于上述兩大規(guī)律，基于學(xué)生已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)分析有：對(duì)牛頓運(yùn)動(dòng)定律從情感角度有先入為主的思想、知識(shí)的烙印比較深、使用也日益熟練，其缺點(diǎn)在于分析運(yùn)動(dòng)過細(xì)、解決問題繁瑣、計(jì)算方程多、計(jì)算容易出錯(cuò)；但對(duì)這突如其來的“動(dòng)能定理”從情感和習(xí)慣上都難以接受，但動(dòng)能定理的優(yōu)勢在于不必考慮過程中的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)和狀態(tài)變化等細(xì)節(jié)，只需考慮始末狀態(tài)的動(dòng)能就行，適用范圍更廣、方程簡潔、計(jì)算效率高，其缺點(diǎn)是對(duì)于運(yùn)動(dòng)過程中涉及到加速度a和時(shí)間t沒辦法解決，需要借助牛頓運(yùn)動(dòng)定律的幫助。

參考文獻(xiàn)：

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

[2]葉曉，倪志強(qiáng).固化解題程序 構(gòu)建高效課堂[J].中學(xué)物理，2015，33（9）：31-32.

[3]丁江南. 選擇用牛頓運(yùn)動(dòng)定律還是動(dòng)能定理解題困惑的分析和對(duì)策[J].中學(xué)物理：高中版， 2015， 33（12）：85-86.

[4]徐招茂.問題鏈教學(xué)類型及其價(jià)值[J].物理通報(bào)，2016， 35（7）：45-48.

[5]徐招茂.基于“學(xué)習(xí)”而設(shè)計(jì)教學(xué)[J].物理教學(xué)探討， 2016，34（6）：67-69.