素養(yǎng)導(dǎo)向下基于大概念理念的ISM法教材分析初探
——以“磁場”為例

吳同華 陳美麗 宋 潔

(牡丹江師范學(xué)院物理與電子工程學(xué)院 黑龍江 牡丹江 157012)

當(dāng)下，核心素養(yǎng)作為一種教學(xué)指導(dǎo)理念已經(jīng)深入人心，但是教學(xué)實(shí)施中如何在學(xué)習(xí)知識(shí)的過程中培養(yǎng)能力又能有效促進(jìn)發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)呢？《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017版)》中明確指出“重視以學(xué)科大概念為核心，使課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)化，促進(jìn)學(xué)科核心素養(yǎng)的落實(shí)”[1].

科學(xué)領(lǐng)域中大概念(big ideas)是一種“包括了科學(xué)概念以及關(guān)于科學(xué)本身和科學(xué)在社會(huì)中所起作用的概念”[2]，是作為“聯(lián)結(jié)各種小概念的‘概念’，它如同一個(gè)認(rèn)知文件夾，為我們提供了一個(gè)框架或結(jié)構(gòu)，其中我們可以歸檔無限數(shù)量的信息”[3]，“能夠解釋較大范圍內(nèi)的一系列相關(guān)科學(xué)現(xiàn)象、事實(shí)以及相互關(guān)系；能將較大范圍內(nèi)分散的科學(xué)知識(shí)和事實(shí)聯(lián)結(jié)為有結(jié)構(gòu)、有系統(tǒng)的整體；能作為一種解釋模型，賦予個(gè)別的、具體的事實(shí)以深層的科學(xué)意義”[3].

教材分析是將課程標(biāo)準(zhǔn)的理念和要求轉(zhuǎn)化成教學(xué)設(shè)計(jì)并以此開展教學(xué)實(shí)施的關(guān)鍵環(huán)節(jié).教材分析的方法比較多，ISM法(Interpretive Structural Modeling Method，解釋結(jié)構(gòu)模型)是一種較為科學(xué)系統(tǒng)的分析方法.該方法應(yīng)用于教材分析可以有效地實(shí)現(xiàn)教材要素的結(jié)構(gòu)化和序列化，定性分析與定量分析相結(jié)合，可以有效地減少主觀隨意性對(duì)教材分析結(jié)果的影響，將教材結(jié)構(gòu)以可視化、網(wǎng)絡(luò)化的圖形呈現(xiàn)出來.借助ISM法分析教材可以幫助教師科學(xué)地解構(gòu)和重新建構(gòu)教材內(nèi)容，更好地梳理教學(xué)內(nèi)容體系，使知識(shí)內(nèi)容層次化、簡潔化，得到具有關(guān)聯(lián)性和遞進(jìn)性的教學(xué)目標(biāo)，有助于教師更科學(xué)地進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，也有利于幫助學(xué)生清晰認(rèn)知路徑建構(gòu)合理的知識(shí)結(jié)構(gòu)體系.

通過知網(wǎng)查閱已有文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，利用ISM 法進(jìn)行教材分析時(shí)，往往是基于一種經(jīng)驗(yàn)性的樸素的大概念思想，重點(diǎn)是對(duì)“科學(xué)知識(shí)”(即所選內(nèi)容的知識(shí)要素)進(jìn)行提取、分析，忽略了“關(guān)于科學(xué)本身的知識(shí)”而沒有涉及其中所蘊(yùn)含的物理觀念、科學(xué)思維、研究方法等內(nèi)容，在教材分析的過程中分析者主觀上將知識(shí)要素與核心素養(yǎng)要素進(jìn)行了人為的分割，最后導(dǎo)致教學(xué)活動(dòng)走向只重知識(shí)教學(xué)而忽視核心素養(yǎng)培養(yǎng).

基于以上分析，如果利用ISM法進(jìn)行教材分析，以“科學(xué)知識(shí)”和“關(guān)于科學(xué)本身的知識(shí)”的大概念作為目標(biāo)統(tǒng)攝，將核心素養(yǎng)要素和知識(shí)要素共同提取進(jìn)行分析，二者是否可以建立直接清晰具體的聯(lián)系、形成清晰的教學(xué)序列？是否能實(shí)現(xiàn)教材分析過程中素養(yǎng)要素的顯性化？本文嘗試以人教版高中《物理·選修3-1》第三章“磁場”為例展開探討.

1 素養(yǎng)導(dǎo)向的ISM法教材分析實(shí)例探索

磁場是高中物理重要的組成部分.磁場并非是一個(gè)孤立概念而是一個(gè)大概念，一個(gè)概念體系，包括磁場的概念、磁場的描述、磁場的基本性質(zhì)和磁場的基本應(yīng)用等4個(gè)部分，其中蘊(yùn)含著豐富的“關(guān)于科學(xué)本身的知識(shí)”的素養(yǎng)要素，對(duì)促進(jìn)學(xué)生物質(zhì)觀、運(yùn)動(dòng)觀和相互作用觀等的發(fā)展具有重要作用，在解決具體問題時(shí)往往具有原型作用.對(duì)磁場深入學(xué)習(xí)的過程是從感性認(rèn)識(shí)到理性認(rèn)識(shí)的過程，是運(yùn)用“模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新”等科學(xué)思維解決問題的過程.因此，對(duì)此部分教材分析時(shí)要充分認(rèn)識(shí)到作為內(nèi)核的磁場具有極強(qiáng)的吸附力和包容性，圍繞“磁場”這一“大概念”將比較零散的知識(shí)進(jìn)行整合，挖掘蘊(yùn)含“關(guān)于科學(xué)本身的知識(shí)”的素養(yǎng)因素進(jìn)行.不僅僅是將素養(yǎng)要素和知識(shí)要素并重，更重要的是考慮如何將素養(yǎng)要素和知識(shí)要素融為一體，一起生成，彼此促進(jìn).素養(yǎng)導(dǎo)向下基于大概念理念I(lǐng)SM法進(jìn)行教材分析的邏輯和步驟如圖1所示.

圖1 素養(yǎng)導(dǎo)向下的ISM操作流程

1.1 提取要素 確定目標(biāo)

何為教材分析中的要素？從學(xué)生的認(rèn)知過程和素養(yǎng)發(fā)展來看，要素應(yīng)該是學(xué)生知識(shí)體系的建構(gòu)和素養(yǎng)發(fā)展必不可少的知識(shí)、方法、模型等， 是知識(shí)體系形成的內(nèi)在邏輯約束；從教師的教學(xué)過程來看，要素應(yīng)該是那些串聯(lián)課堂教學(xué)的和影響教學(xué)進(jìn)程推進(jìn)的不可或缺的條件.要素有的是在課程標(biāo)準(zhǔn)里有確切的規(guī)定，明確寫在教材里的，是一種顯性要素，如教材中明確給出的概念、規(guī)律、方法等，有的是根據(jù)知識(shí)的演化過程和知識(shí)體系構(gòu)建的需要挖掘出來的，在知識(shí)結(jié)構(gòu)中有承上啟下的地位，往往是概念、規(guī)律、方法等建立的先決條件.

1.2 厘清關(guān)系 形成矩陣

要素間的關(guān)系應(yīng)該是由知識(shí)形成過程中要素之間的內(nèi)在邏輯關(guān)系客觀確定的，對(duì)教材內(nèi)容的分析無論施教者的解構(gòu)還是學(xué)習(xí)者的建構(gòu)必須以此為前提開展，否則就是違背規(guī)律，將會(huì)事倍而功半.這是由于物理知識(shí)演化推進(jìn)的過程必須是邏輯自洽的過程，而且科學(xué)思維、方法、模型在科學(xué)研究的過程中對(duì)知識(shí)的形成起著不可或缺的工具主導(dǎo)作用，是與知識(shí)共生共存的，是知識(shí)的內(nèi)在必須.因此，在要素分析時(shí)，我們認(rèn)為只有在學(xué)習(xí)或者掌握A的基礎(chǔ)上才能進(jìn)一步學(xué)習(xí)B時(shí)(A和B均可以是知識(shí)也可以是思維、方法、模型、觀念等)，或者說A對(duì)于B的學(xué)習(xí)不可或缺時(shí)，A與B之間才具有邏輯上的“內(nèi)在的直接關(guān)系”，并把A叫做B的直接子目標(biāo).

利用目標(biāo)矩陣來表示各子目標(biāo)之間的直接關(guān)系，用橫軸表示某級(jí)的教學(xué)目標(biāo)，為高級(jí)目標(biāo)，以縱軸表示橫軸某目標(biāo)的直接子目標(biāo)，在橫縱軸間存在對(duì)應(yīng)關(guān)系處劃“√”，形成目標(biāo)矩陣如表1所示.

表1 目標(biāo)矩陣

1.3 分析層級(jí)關(guān)系 形成目標(biāo)關(guān)系圖

表2 剩余目標(biāo)矩陣

續(xù)表2

表3 要素關(guān)系表

圖2 要素關(guān)系圖

1.4 修訂關(guān)系圖 建構(gòu)教學(xué)序列

教材分析的最終目的是在建立形成關(guān)系圖的基礎(chǔ)上，確定教學(xué)序列.決定教學(xué)序列應(yīng)遵循：

(1)選擇的教學(xué)路徑要由易到難，易于教學(xué).

(2)按層級(jí)關(guān)系由低向高進(jìn)行排列.

(3)如果同一層級(jí)對(duì)應(yīng)多個(gè)低級(jí)目標(biāo)，則優(yōu)先選擇水平較低的要素.

(4)若應(yīng)用范圍和低級(jí)目標(biāo)基礎(chǔ)性均相同，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際教學(xué)情況來選擇序列[3].

根據(jù)這些原則，可得到如圖3所示的教學(xué)序列圖，其中對(duì)科學(xué)素養(yǎng)的滲透蘊(yùn)含在知識(shí)教學(xué)當(dāng)中，按教學(xué)序列開展教學(xué)的過程也是素養(yǎng)提升發(fā)展的過程.

圖3 教學(xué)序列

對(duì)“磁場”部分進(jìn)行分析形成的教學(xué)序列是3個(gè)有向的層級(jí)關(guān)系圖，因此磁場部分的教學(xué)設(shè)計(jì)可按3個(gè)路徑開展以促進(jìn)核心素養(yǎng)與知識(shí)的融合，實(shí)現(xiàn)核心素養(yǎng)的落地：

(1)建立電流元的概念，掌握“左手定則”的使用方法，學(xué)會(huì)“安培力”的判斷和計(jì)算，學(xué)會(huì)“洛倫茲力”的判斷和計(jì)算，會(huì)分析帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)一步深化對(duì)運(yùn)動(dòng)觀和相互作用觀的認(rèn)識(shí)理解.

(2)認(rèn)識(shí)“磁現(xiàn)象”，建立“磁場”的概念，認(rèn)識(shí)到磁場也是一種物質(zhì)，進(jìn)一步豐富學(xué)生的物質(zhì)觀.

(3)認(rèn)識(shí)“磁現(xiàn)象”，建立“磁場”的概念，通過掌握“磁感線”和“磁感應(yīng)強(qiáng)度”，理解“磁通量”，為以后電磁感應(yīng)的學(xué)習(xí)建立基礎(chǔ).

2 總結(jié)與啟示

將“磁場”作為一個(gè)統(tǒng)攝的大概念，把核心素養(yǎng)要素作為分析要素與知識(shí)要素并重，建立聯(lián)系，運(yùn)用ISM法進(jìn)行教材分析，通矩陣過運(yùn)算獲得層級(jí)關(guān)系，使教材內(nèi)容結(jié)構(gòu)清晰化、層次化.此種方法簡便易行,好處也是顯而易見的：素養(yǎng)與知識(shí)并重，以此為基礎(chǔ)開展的教學(xué)有利于核心素養(yǎng)的顯性化教學(xué)，更好地推動(dòng)學(xué)生核心素養(yǎng)的形成與發(fā)展；素養(yǎng)之間的邏輯層次清晰，有利于學(xué)生的認(rèn)知建構(gòu)和學(xué)習(xí)進(jìn)階；始終聚焦大概念有利于學(xué)生知識(shí)的整合和科學(xué)觀念的形成.因此素養(yǎng)導(dǎo)向下基于大概念的ISM教材分析有助于實(shí)現(xiàn)核心素養(yǎng)的落地教學(xué)，實(shí)現(xiàn)物理教育的核心價(jià)值.

物理學(xué)科知識(shí)體系的建立過程是以核心概念為代表的大概念不斷形成和建立聯(lián)系的過程，對(duì)核心大概念深化理解的過程也是不斷圍繞問題科學(xué)探究的過程，是運(yùn)用科學(xué)思維、方法、模型、數(shù)學(xué)知識(shí)等解決問題的過程，是學(xué)習(xí)知識(shí)、鍛煉能力和形成素養(yǎng)的一體化過程.作為上位的一個(gè)大概念往往是由若干個(gè)層次的下位概念構(gòu)成，是一個(gè)概念體系，是由各個(gè)下位概念“層層遞進(jìn)、逐步進(jìn)階”而生成，各層級(jí)下位概念遵循嚴(yán)格的邏輯順序，不可逾越和打亂.