基于先行組織者理論的高中物理預(yù)習(xí)及實踐研究

周黛竹 方偉

摘? ?要：文章以奧蘇貝爾提出的先行組織者策略為理論基礎(chǔ)，將該理論運用到高中物理預(yù)習(xí)設(shè)計中，旨在提供一份可操作的預(yù)習(xí)設(shè)計范式。針對預(yù)習(xí)策略的效果檢驗，筆者進(jìn)行了實驗班和對照班的預(yù)習(xí)實踐，結(jié)果顯示了先行組織者預(yù)習(xí)模式的有效性和優(yōu)越性，該理論下的預(yù)習(xí)實踐也客觀上提高了教師的課堂效率和學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

關(guān)鍵詞：先行組織者;高中物理;預(yù)習(xí)設(shè)計;教學(xué)實踐

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2021）1-0005-6

1? ? 引? ?言

《禮記》中有云：凡事預(yù)則立，不預(yù)則廢。這是我們中國古人總結(jié)出來的智慧和處事方法，講的是事前預(yù)先準(zhǔn)備的重要性。這句話用在高中物理的學(xué)習(xí)上亦是如此。高中物理學(xué)科自身的抽象性、深刻性、復(fù)雜性等特點對學(xué)生提出了較高的要求，而此時學(xué)生對物理學(xué)科的認(rèn)識往往還停留在感性、具體的階段，因此預(yù)習(xí)就顯得更為重要。筆者在研究高中物理預(yù)習(xí)方面的論文時，發(fā)現(xiàn)有兩種情況較為常見。一方面是教師對于高中物理預(yù)習(xí)的見解大多源于自己實際的教學(xué)經(jīng)驗，常常是以幾句話或幾個字精簡地提煉出一般的預(yù)習(xí)方法。毫無疑問，這些預(yù)習(xí)方法源于教師們的教學(xué)經(jīng)驗，或者說是基于特定學(xué)情的好方法，但也可發(fā)現(xiàn)它們的理論基礎(chǔ)不夠充足，缺乏理論上的說服力，因此預(yù)習(xí)方法的可借鑒性較弱，可操作性也較差。另一方面是教師對學(xué)生的預(yù)習(xí)指導(dǎo)多是讓學(xué)生利用課余時間提前學(xué)習(xí)，預(yù)習(xí)的形式常常為“學(xué)案”式、“導(dǎo)學(xué)案”式、“概念填空”式，而學(xué)習(xí)的內(nèi)容一般就是課堂上即將要學(xué)習(xí)的新知識。學(xué)生通過預(yù)習(xí)會提前知道知識性的結(jié)論，而在課堂上可能就難以進(jìn)行創(chuàng)造性的思考，也可能會失去探索物理新知識的興趣。

這就涉及到如下問題，物理預(yù)習(xí)到底讓學(xué)生預(yù)習(xí)什么？預(yù)習(xí)的形式是什么？怎樣設(shè)置預(yù)習(xí)內(nèi)容更為合適？在筆者看來，預(yù)習(xí)絕不是課堂所講授知識的提前“劇透”，也不是對于課堂講授內(nèi)容的“越俎代庖”。有價值的預(yù)習(xí)應(yīng)該是在課前給學(xué)生提供一個思考的契機，激發(fā)學(xué)生心中對物理的求知欲，以等待教師在課堂上的“臨門一腳”，引爆知識的氣球，最終點燃學(xué)生在課堂上對物理的探索和求知之光。作為結(jié)果，這樣的預(yù)習(xí)也當(dāng)然會提高教學(xué)效率和教學(xué)效果?；谝陨系姆治?，我們提出設(shè)計恰當(dāng)?shù)南刃薪M織者作為高中物理預(yù)習(xí)的內(nèi)容，以期給一線的教師們一點啟發(fā)。

2? ? “先行組織者理論”下的預(yù)習(xí)模式

2.1? ? 先行組織者的內(nèi)涵

“先行組織者策略”是美國認(rèn)知教育心理學(xué)家奧蘇貝爾于1960年在他的論文[1]中提出來的一種可操作性的教學(xué)技術(shù)。所謂先行組織者是呈現(xiàn)在正式的學(xué)習(xí)材料之前，用學(xué)生能夠理解的語言，向?qū)W生介紹一些相關(guān)的引導(dǎo)性材料。這些材料充當(dāng)著固定新知識的“腳手架”，其目的是用來在“已經(jīng)知道的”與“需要知道的”知識結(jié)構(gòu)之間架起“認(rèn)知橋梁”，為新的學(xué)習(xí)內(nèi)容提供觀念上的固著點，起到引導(dǎo)和組織的作用。由于它可以有效地控制認(rèn)知結(jié)構(gòu)的變量，所以對促進(jìn)學(xué)習(xí)者進(jìn)行有意義學(xué)習(xí)有重要作用。自奧蘇貝爾1960年發(fā)表關(guān)于先行組織者的實驗論文以來，其自身的內(nèi)涵和適用性也在不斷地拓展。研究者們在奧蘇貝爾原來定義的基礎(chǔ)上發(fā)展了“先行組織者”的概念?！跋刃薪M織者”既可以是在抽象、概括水平上高于學(xué)習(xí)材料的材料;也可以是具體概念，在抽象、概括水平上低于學(xué)習(xí)材料。圖1展示了先行組織者和將要學(xué)習(xí)的材料之間的關(guān)系。

奧蘇貝爾最初在他的論文中是以文字的形式表現(xiàn)先行組織者，而經(jīng)過許多研究者多年的探索，加之多媒體時代帶來的便利，如今先行組織者的呈現(xiàn)形式已經(jīng)十分多樣。就物理學(xué)科而言，目前可以分為敘述式組織者、圖形式組織者、實驗式組織者和動畫式組織者四種類型[2，3]。

2.2? ? 先行組織者的國內(nèi)發(fā)展近況

我國學(xué)者陳昌岑于1985年在他的論文《教學(xué)理論和實踐的創(chuàng)新——奧蘇貝爾“先行組織者”學(xué)說評介》[4]中首次將先行組織者的理論引入中國教育認(rèn)知心理學(xué)領(lǐng)域，并在以后兩年內(nèi)將有關(guān)先行組織者的全部理論完整地引入國內(nèi)并加以研究。此后，先行組織者的理論在各學(xué)科的研究和應(yīng)用蓬勃發(fā)展。而在物理學(xué)科教學(xué)領(lǐng)域，廉寶瑞老師于1988年首次在論文《你會運用“先行組織者”嗎？》[5]中引用該理論且將之應(yīng)用于物理教學(xué)，并有提及將先行組織者運用于預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)，與本文觀點不謀而合，只是他在論文中并未對此展開討論。

Bruce Joyce和Marsha Weil于1972年在《教學(xué)模式》書中將奧蘇貝爾提倡運用先行組織者理論的教學(xué)方式歸納為一種教學(xué)模式，即先行組織者教學(xué)模式[6]，其一般分為三個教學(xué)步驟：第一是呈現(xiàn)先行組織者，第二是呈現(xiàn)具體材料，第三是加強認(rèn)知結(jié)構(gòu)。具體的結(jié)構(gòu)見表1。

國內(nèi)許多學(xué)者在論文中應(yīng)用了以上所述的先行組織者教學(xué)模式，如黃文俊在論文《“先行組織者”教學(xué)策略下的高中物理教學(xué)案例研究》[7]中詳細(xì)地將三個階段均運用在自己的物理教學(xué)中。本文創(chuàng)造性地應(yīng)用了第一階段的思想，即在課前根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)恰當(dāng)?shù)南刃薪M織者作為預(yù)習(xí)材料，為第二、三階段正式的課堂學(xué)習(xí)做準(zhǔn)備。

2.3? ? 先行組織者設(shè)計的設(shè)計方法

我們知道先行組織者作為引導(dǎo)性材料，需要首先摸清學(xué)生的“前概念”，找到新知識的“生長點”，進(jìn)而設(shè)計合適的組織者。我們將此過程分為以下四個步驟[8]進(jìn)行：

第一步，厘清“知識點”。當(dāng)教師在準(zhǔn)備設(shè)計組織者時，首先需要對所預(yù)備的內(nèi)容有個系統(tǒng)的認(rèn)知。這里的認(rèn)知不僅是對教學(xué)過程的關(guān)注，同時也要關(guān)注采用什么樣的教學(xué)方法，即教師需要理清知識的邏輯關(guān)系。

第二步，論證“生長點”。根據(jù)第一步所確定的“知識網(wǎng)絡(luò)”，我們還要尋找知識的“生長點”，其主要包含兩方面的內(nèi)容，其一是新知識本身所需要的認(rèn)知基礎(chǔ)和學(xué)生自身的認(rèn)知能力，也即學(xué)習(xí)新內(nèi)容學(xué)生本身應(yīng)該具備的認(rèn)知條件以及其自身真實的認(rèn)知水平;其二是要尋找學(xué)生現(xiàn)階段的“錯誤前概念”以及學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中可能出現(xiàn)的認(rèn)知障礙。

第三步，尋找“切入點”。所謂的“切入點”指的是合適的切入方式，這種方式有利于學(xué)生同化新知識，符合學(xué)生現(xiàn)階段的認(rèn)知特點。當(dāng)然，我們知道合適的切入方式有許多，可以設(shè)計與新課相關(guān)的視頻，也可以設(shè)計一個簡單的實驗讓學(xué)生自己體驗，還可以是一段史料或一個問題……但是，鑒于學(xué)情是獨特的，往往可以在諸多的切入方式中選擇一種能最大程度體現(xiàn)物理本質(zhì)的方式。

第四步，設(shè)計“先行組織者”。在綜合分析的基礎(chǔ)上，接下來就是將前面的設(shè)計思想物化的階段。我們在設(shè)計時要體現(xiàn)新課程標(biāo)準(zhǔn)所倡導(dǎo)的教學(xué)理念及其對學(xué)生的要求，同時也要使先行組織者暗含或滲透新知識的元素，最后要借助文字、圖像、視頻、實驗等形式將先行組織者表達(dá)出來，即最后的物化階段。

2.4? ? 設(shè)計預(yù)習(xí)材料的一般步驟

依據(jù)先行組織者的理論，我們應(yīng)該首先了解學(xué)生現(xiàn)有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，明確他們所未知的，而后尋找并給他們提供合適的“生長點”，借著這個“腳手架”搭建新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，而這個新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)就是我們期待學(xué)生掌握的新知識，也即未知。所以，我們分三個步驟設(shè)計恰當(dāng)?shù)南刃薪M織者。

（1）確定教學(xué)目標(biāo)

教學(xué)目標(biāo)是教學(xué)的起點和歸宿。預(yù)習(xí)也不是漫無目的的，同樣受到教學(xué)目標(biāo)的規(guī)范與約束。

（2）確定學(xué)生的已知和未知

在這個環(huán)節(jié)中，我們要分析學(xué)情，以及確定學(xué)生現(xiàn)有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)所處的階段，同時可以借鑒以往經(jīng)驗甚至是通過問卷的形式找出學(xué)生錯誤的前概念。同時，我們要參照具體課程的教學(xué)目標(biāo)對學(xué)生提出的要求。

（3）設(shè)計合適的先行組織者

在明確教學(xué)目標(biāo)、“已知”與“未知”后，就可以在其中設(shè)計合適的知識“生長點”和“切入點”。

下面以人教版高中物理必修一第二章第五節(jié)《自由落體運動》的內(nèi)容為例進(jìn)行預(yù)習(xí)設(shè)計。

3? ? 預(yù)習(xí)案例設(shè)計

3.1? ? 確定教學(xué)目標(biāo)

（1）物理觀念：知道什么是自由落體運動以及自由落體運動的規(guī)律;掌握自由落體運動的加速度。

（2）科學(xué)思維：會根據(jù)觀察實驗作出合理的假設(shè)與猜想;會對自由落體運動進(jìn)行抽象和概括，構(gòu)建自由落體運動規(guī)律的可能模型;會根據(jù)紙帶上的數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的推理和論證。

（3）科學(xué)探究：會使用打點計時器得到重物運動的點跡紙帶;會使用不同方法和手段分析、處理信息，描述、解釋紙帶上的數(shù)據(jù);會利用實驗數(shù)據(jù)分析并歸納出自由落體運動的規(guī)律;學(xué)會獨立思考，并在小組實驗中與別人討論交流。

（4）科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：會在交流討論中準(zhǔn)確表達(dá)自己的觀點，又善于與其他同學(xué)合作交流;在小組實驗過程中尊重實驗事實和實驗數(shù)據(jù)，不弄虛作假，并能質(zhì)疑明顯不符合假設(shè)和猜想的問題數(shù)據(jù)。

3.2? ? 確定學(xué)生的已知和未知

（1）學(xué)生的已知

在知識層面學(xué)生已經(jīng)掌握了勻變速直線運動的規(guī)律，并會使用規(guī)律解決問題。在操作技能和實驗探究方面，學(xué)生已經(jīng)學(xué)會了使用打點計時器和處理紙帶上的數(shù)據(jù)。同時，鑒于日常生活的經(jīng)驗，學(xué)生對自由落體運動也有一定的感性認(rèn)識，如，部分學(xué)生會陷入“重的物體比輕的物體下落得快”的錯誤認(rèn)知中。另外，由于之前講授的勻變速直線運動都是水平方向上的運動，學(xué)生可能形成思維定式，對豎直方向的勻加速運動較為陌生。

（2）找到學(xué)生的未知

學(xué)生對一般日常所見的落體運動有一定的感性認(rèn)識，他們對自由落體運動的本質(zhì)特點是不清楚的。自由落體運動究竟是怎樣的運動，有著什么樣的規(guī)律，他們也是不知道的，認(rèn)知僅僅停留在對現(xiàn)象的直觀描述上，無法以數(shù)學(xué)模型呈現(xiàn)出來，也無法用物理語言去描述自由落體運動。

3.3? ? 設(shè)計合適的先行組織者

基于以上兩點的分析，提出以下的先行組織者作為預(yù)習(xí)的內(nèi)容。

（1）實驗思考題

此部分可以設(shè)計幾個實驗思考題，意為提供一個可以思考的真實情境。

（2）呈現(xiàn)相關(guān)的物理學(xué)史

此部分介紹伽利略如何用歸謬法反駁亞里士多德的說法，以及伽利略用了怎樣的方法得到事實真相的。

3.4? ? 預(yù)習(xí)案例設(shè)計

在以上幾方面的基礎(chǔ)上，我們設(shè)計了本節(jié)的先行組織者作為預(yù)習(xí)的內(nèi)容，預(yù)習(xí)案例設(shè)計片段見表2、表3。

【設(shè)計思想】第一個實驗是讓一個重物和一個與空氣接觸面一樣大的輕物同時下落，學(xué)生根據(jù)已有的生活經(jīng)驗和接下來的實驗很快得出結(jié)論：重的物體下落得要快。而學(xué)生們不知道他們已經(jīng)落入了筆者設(shè)計的“認(rèn)知陷阱”中，當(dāng)然他們的結(jié)論也就是他們在生活中所得到的感性經(jīng)驗。第一個實驗的目的是讓學(xué)生暴露自己錯誤的“前概念”。第二個實驗是讓一個重物和一個經(jīng)過縮小體積的輕物同時下落，學(xué)生在猜想的過程中甚至可能會犯錯誤，經(jīng)過實驗實踐后，學(xué)生又得到一個新的結(jié)論：重的物體和輕的物體下落得一樣快。這個結(jié)論和第一個結(jié)論有了矛盾，毫無疑問，誘發(fā)了學(xué)生新的思考，物體下落快慢究竟和什么有關(guān)，和質(zhì)量有沒有關(guān)系？接下來第三個實驗筆者并沒有繼續(xù)為學(xué)生設(shè)計，而是作為一個開放性的問題，誘發(fā)學(xué)生自己去思考，自己去設(shè)計。在整個設(shè)計過程中，借著物理小實驗作為先行組織者，意為提供一些物理情境，使學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突，借著解決已經(jīng)形成錯誤的“前概念”為新知識的生長點。這些物理小實驗既利用了學(xué)生已有的生活經(jīng)驗，操作簡單，取材方便，又在此過程中培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)思維能力、邏輯推理能力與科學(xué)探究能力，同時也為課堂上教師真正使用牛頓管進(jìn)行實驗奠定了基礎(chǔ)。

【設(shè)計思想】 通過一段閱讀材料大致介紹了亞里士多德和伽利略所處的時代背景，并簡略地介紹了他們關(guān)于自由落體運動的研究。短文中沒有提到他們各自的觀點，一方面大部分學(xué)生都有所了解，另一方面關(guān)于觀點的內(nèi)容是屬于教材2.6節(jié)的課時內(nèi)容。而本節(jié)的定位是讓學(xué)生來研究并認(rèn)識自由落體運動，因此簡單地介紹一些時代背景即可。小短文主要是為學(xué)生提供一個研究和思考的素材，將一個樸素的物理問題展示在學(xué)生面前，讓他們重新回到本源的物理問題上身臨其境地去思考、去解決物理問題。如第一問中，利用學(xué)生在語文中學(xué)習(xí)過且比較熟悉的“以子之矛，攻子之盾”的典型歸謬法來給出腳手架，引導(dǎo)學(xué)生理解甚至自己能想到伽利略的邏輯推理方法。而在第二問中，則讓學(xué)生帶入“伽利略”的身份，學(xué)生會去思考那個年代研究自由落體運動的困境以及解決困境的辦法，而這個過程則可以對即將到來的新課提供一個知識的“生長點”：如何解決方法和技術(shù)上的問題？以什么為研究工具？第三問則具有較大的靈活性，讓學(xué)生回到“現(xiàn)實中”取材，那么學(xué)生又需要解決什么樣的問題呢？該問題的設(shè)置有助于學(xué)生“親自”體會和“親自”思考，而不是等到課堂上將準(zhǔn)備好的方法、知識、理念等“灌輸”給學(xué)生。從呈現(xiàn)形式來看，屬于問題式先行組織者。

4? ? 教學(xué)實踐研究

4.1? ? 實踐研究

筆者委托在AH省WH市HW中學(xué)的趙老師進(jìn)行了對照班（44人）和實驗班（45人）的預(yù)習(xí)實踐研究。在進(jìn)行實驗之前對兩個班級進(jìn)行了獨立樣本t檢驗，檢驗結(jié)果顯示兩個班級的成績不存在明顯差異。對于實驗班的學(xué)生，在正式上課之前將提前準(zhǔn)備好的基于先行組織者的預(yù)習(xí)設(shè)計發(fā)下去，讓學(xué)生完成并收上來檢查。對于對照班的學(xué)生，在正式上課之前口頭要求預(yù)習(xí)。完成第一節(jié)新課教學(xué)之后，給兩個班級的學(xué)生發(fā)放一份相同的與當(dāng)堂所學(xué)內(nèi)容有關(guān)的測試卷，在學(xué)生完成后收上來進(jìn)行成績統(tǒng)計。

4.2? ? 實驗班與對照班的成績分析

實驗一共進(jìn)行了三次，課題分別是物理教材必修一第二章第五節(jié)的自由落體運動（預(yù)習(xí)設(shè)計如前文所示）、第四章第一節(jié)的牛頓第一定律和第五節(jié)的牛頓第三定律。通過三次實驗，將每次的平均分對比繪圖，如圖2所示。

從實驗班和對照班的平均分來看，三次教學(xué)實驗，實驗班的測試成績均高于對照班的測試成績，說明在課前進(jìn)行物理預(yù)習(xí)一定程度上是有利于提高學(xué)生的課堂效率的。筆者運用SPSS軟件對三次實驗成績分別進(jìn)行獨立樣本t檢驗，后面兩次實驗的檢驗結(jié)果是顯著的，即進(jìn)行過基于先行組織者預(yù)習(xí)的班級成績體現(xiàn)了較好的優(yōu)越性[10]。而第一次的實驗成績則是，盡管實驗班的平均分高于對照班，但成績差異并不顯著，這也說明了實際教學(xué)效果成因的復(fù)雜性，若要探明其中的原因還需要進(jìn)一步的研究。但整體來說，三次實驗的平均分都顯示了先行組織者理論下的物理預(yù)習(xí)設(shè)計的有效性。

5? ? 思考與建議

對于高中物理學(xué)習(xí)是否需要預(yù)習(xí)這個問題，一直以來都存在不同的聲音。一些教師認(rèn)為預(yù)習(xí)有助于學(xué)生提前了解重點和疑難點，可以提高學(xué)生課堂的聽課效率，提高教師的教學(xué)效率。而又有一部分教師認(rèn)為，預(yù)習(xí)擾亂了教師精心安排的引入環(huán)節(jié)，破壞了一些在課堂上引起學(xué)生思考的環(huán)節(jié)，同時低品質(zhì)的預(yù)習(xí)給學(xué)生一種錯覺，覺得自己已經(jīng)會了，對于教師的講解不以正確的態(tài)度學(xué)習(xí)，因此他們認(rèn)為低效率的預(yù)習(xí)反而不利于學(xué)生在物理課堂上的學(xué)習(xí)。

本文提供了一種模式——基于先行組織者式的預(yù)習(xí)，不會直接讓學(xué)生預(yù)習(xí)蘊含豐富奧秘的課上物理知識，以免干擾教師課堂上的教學(xué)環(huán)節(jié)，但又充當(dāng)了通往新知識的橋梁，使學(xué)生或思考、或質(zhì)疑、或探索，同時又為新的課堂做預(yù)備。

本次教學(xué)實踐結(jié)論的不足之處在于教學(xué)實驗的次數(shù)不夠多，沒有得到長期實踐的有效支持，如果想要嚴(yán)格驗證先行組織者理論下的預(yù)習(xí)設(shè)計的優(yōu)越性還需要對教學(xué)班級進(jìn)行長期的跟蹤實踐。對于先行組織者作為高中階段物理預(yù)習(xí)材料的研究，筆者期待日后有更多的學(xué)者和教師能從不同維度對先行組織者作為預(yù)習(xí)引導(dǎo)性材料作進(jìn)一步的研究，比如按學(xué)生能力進(jìn)行分層研究、按不同的物理課型展開研究等，相信這樣的教學(xué)研究和教學(xué)創(chuàng)新能真正提高課堂教學(xué)效果，最終更有效地培養(yǎng)學(xué)生的物理問題解決能力。

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（編輯? ? 趙保鋼）