促進(jìn)物理觀念養(yǎng)成的教學(xué)設(shè)計(jì)新范式

摘 要：物理觀念的養(yǎng)成是落實(shí)核心素養(yǎng)的基礎(chǔ)與核心，結(jié)合形成物理觀念養(yǎng)成的常見架構(gòu)，創(chuàng)生新范式.以“功是能量轉(zhuǎn)化的量度”為例，通過“三向遷移”，對(duì)具體案例進(jìn)行條分縷析，體現(xiàn)新范式的真正價(jià)值.

關(guān)鍵詞：物理觀念;教學(xué)設(shè)計(jì);新范式

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1008-4134（2021）02-0045-03

作者簡(jiǎn)介：王雄（1977-），男，浙江嘉興人，本科，中學(xué)高級(jí)教師，研究方向：物理學(xué)科理性思維培養(yǎng).

“物理觀念”是物理學(xué)科核心素養(yǎng)的要素之一，是關(guān)于物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)與相互作用、能量的基本認(rèn)識(shí);是物理概念和規(guī)律在頭腦中的提煉與升華;是從物理學(xué)視角解釋自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問題的基礎(chǔ)[1].但由于缺乏對(duì)物理觀念的深入思考，使得物理觀念教育常常處于較“虛”的狀態(tài).那么，如何通過范式這座“橋梁”，讓觀念教育之“虛”與課堂知識(shí)教育之“實(shí)”有機(jī)結(jié)合在一起呢？

1 促進(jìn)物理觀念養(yǎng)成的新范式

浙江師范大學(xué)蔡鐵權(quán)教授及其團(tuán)隊(duì)通過研究，建構(gòu)了物理觀念養(yǎng)成的一般架構(gòu)[2]（如圖1所示）.

這一架構(gòu)可為教學(xué)設(shè)計(jì)提供基本參考，但在復(fù)雜的教學(xué)中，學(xué)生的特點(diǎn)、教師的風(fēng)格以及教學(xué)的內(nèi)容都不同，需要尋求更具有統(tǒng)一性的范式.為此，通過對(duì)以上架構(gòu)進(jìn)行梳理與整合，形成促進(jìn)物理觀念養(yǎng)成的教學(xué)設(shè)計(jì)新范式（如圖2所示），主要包括圖2中三個(gè)階段.

圖2中知識(shí)情境階段是對(duì)圖1中事實(shí)經(jīng)驗(yàn)、應(yīng)用實(shí)踐、遷移創(chuàng)新三環(huán)節(jié)的整合，突出觀念養(yǎng)成的主要載體;概念層級(jí)階段包括了圖1中概念規(guī)律、核心概念兩環(huán)節(jié)，突出觀念養(yǎng)成的主要途徑;觀念養(yǎng)成即為圖1中的物理觀念，更加突出觀念養(yǎng)成的過程性.

1.1 階段1：知識(shí)情境

知識(shí)情境是物理概念與觀念形成的載體.這里的知識(shí)情境可以是一個(gè)主情境，也可以是多種情境.其作用主要包括兩方面.第一，教學(xué)設(shè)計(jì)起點(diǎn)：教師要精心設(shè)計(jì)情境，通過情境初步鏈接學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)與科學(xué)知識(shí)，并結(jié)合情境去發(fā)現(xiàn)問題、形成問題.第二，教學(xué)設(shè)計(jì)的終點(diǎn)：在相關(guān)的物理觀念養(yǎng)成后，教師將重點(diǎn)創(chuàng)設(shè)真實(shí)復(fù)雜的情境，讓學(xué)生將相關(guān)物理觀念應(yīng)用到實(shí)際的問題解決中，通過遷移創(chuàng)新等過程讓物理觀念得到進(jìn)一步提升.

1.2 階段2：概念層級(jí)

物理教學(xué)研究重視概念學(xué)習(xí)，在這一階段的概念層級(jí)包括一條主線：從小概念（前概念、 迷思概念）到大概念（核心概念）的過程.體現(xiàn)概念從小到大，從外圍到核心的層次性.同時(shí)也可以是一個(gè)逆向過程.

1.3 階段3：觀念養(yǎng)成

追求統(tǒng)一性是物理學(xué)發(fā)展的內(nèi)在動(dòng)力，體現(xiàn)了物理學(xué)科的本質(zhì)特征.在這一階段的觀念養(yǎng)成主要包括兩個(gè)動(dòng)作：提煉與升華.在掌握概念（規(guī)律）以后，先整合成核心概念，再擴(kuò)大概念的廣度與深度，通過提煉與升華，建構(gòu)成相對(duì)完整的、對(duì)物理世界統(tǒng)一的認(rèn)知，即養(yǎng)成物理觀念.

在這個(gè)新范式中，通過三個(gè)階段的串聯(lián)，有效體現(xiàn)了物理觀念養(yǎng)成各階段的一般線性關(guān)系.但在真實(shí)的教學(xué)中，我們還要根據(jù)教與學(xué)的實(shí)際，進(jìn)行深度運(yùn)用.

2 促進(jìn)物理觀念養(yǎng)成的范式示例

在教學(xué)中總認(rèn)為“物理觀念”很大很抽象，僅通過一節(jié)課不可能完全掌握.而事實(shí)上，我們可以把一節(jié)課的“物理觀念”理解成：通過一節(jié)課的物理概念、規(guī)律的學(xué)習(xí)，使學(xué)生對(duì)相關(guān)問題獲得自我認(rèn)識(shí)，這種認(rèn)識(shí)可以是很小很具體的事實(shí)陳述[3].有了這樣的認(rèn)知，在一節(jié)課中物理觀念養(yǎng)成就成為可能.為此，我們選擇了初中物理“功是能量轉(zhuǎn)化的量度”作為案例進(jìn)行分析，運(yùn)用教學(xué)設(shè)計(jì)新范式進(jìn)行示例，形成“三向遷移”的實(shí)踐方式.

2.1 方式1：正向遷移

結(jié)合圖2，新范式促進(jìn)物理觀念養(yǎng)成的基本思路是：在情境中形成問題;在歸納辨析中形成概念（規(guī)律）;在不斷的概念正向遷移中形成核心概念;最后在回歸實(shí)踐情境中落實(shí)觀念養(yǎng)成.

案例1：

在“功是能量轉(zhuǎn)化的量度”這節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)中，我們進(jìn)行了以下設(shè)計(jì)：

（1）知識(shí)情境：叉車把貨物從地面抬升到一定高度;舉重運(yùn)動(dòng)員舉起杠鈴;人推小車在水平路面上通過一段路程等.（2）概念層級(jí)：從做功與能量轉(zhuǎn)化兩個(gè)角度對(duì)情境進(jìn)行分析，通過不斷的正向遷移，先得出做功與能量轉(zhuǎn)化兩個(gè)小概念，進(jìn)而通過定量計(jì)算形成“功是能量轉(zhuǎn)化的量度”這一大概念.（3）觀念養(yǎng)成：通過查閱資料學(xué)習(xí)焦耳對(duì)功與能量轉(zhuǎn)化的研究科學(xué)史，新情境的遷移與創(chuàng)新，升華到能量觀念.其核心環(huán)節(jié)如圖3所示.

正向遷移的理論支持：皮亞杰認(rèn)為人（兒童）其認(rèn)知發(fā)展要經(jīng)過四個(gè)時(shí)期： 感知運(yùn)動(dòng)階段、前運(yùn)算階段、具體運(yùn)算階段、形式運(yùn)算階段[4]，其主要認(rèn)知特點(diǎn)是從具體到抽象，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從感性到理性，從思維不可逆性到可逆性.而新范式中的正向遷移方式很符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律.

正向遷移的操作核心：學(xué)生物理觀念難以形成的原因之一是學(xué)生沒有相對(duì)應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)，或相關(guān)的情境是零散的、斷裂的.因此，其操作核心是要精心創(chuàng)設(shè)知識(shí)情景，串聯(lián)相關(guān)情境，為學(xué)生學(xué)習(xí)提供肥沃“土壤”，讓概念之間、概念與觀念之間能順利形成正遷移，以促進(jìn)觀念的養(yǎng)成.

2.2 方式2：反向遷移

反向遷移是相對(duì)于正向遷移而言的，是指通過已有的生活經(jīng)驗(yàn)，對(duì)物理觀念已形成初步的理解;然后運(yùn)用這一物理觀念不斷地進(jìn)行概念反向遷移，形成概念的分解;再回到復(fù)雜的問題情境中，分析解決物理問題，在應(yīng)用的過程中深化對(duì)物理觀念的認(rèn)識(shí).

案例2：結(jié)合基于反向遷移的物理觀念養(yǎng)成，在設(shè)計(jì)“功是能量轉(zhuǎn)化的量度”這一節(jié)時(shí)，我們也可以先通過列舉生活中多樣形式的能量，讓學(xué)生初步建立能量觀念.之后通過具體范例辨析，判斷能量轉(zhuǎn)化的多少與快慢，通過樹型圖把“能量觀念”的性質(zhì)一層層反向遷移（如圖4所示）.完成功、功率等概念之間的區(qū)別與聯(lián)系，最后回歸到多樣的具體情境進(jìn)行運(yùn)用.反向遷移過程直觀高效，學(xué)生學(xué)習(xí)效果好.