探尋概念建構(gòu)邏輯 發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維

朱海燕

摘? ?要：結(jié)合“加速度”教學(xué)實踐，通過探尋加速度概念定義、性質(zhì)、功用、與其它概念關(guān)系、關(guān)系網(wǎng)絡(luò)及變式演練的建構(gòu)邏輯，透視其發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維的價值與意義，啟發(fā)物理概念教學(xué)，落實發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：概念;建構(gòu)邏輯;科學(xué)思維;加速度

為適應(yīng)時代進步和社會發(fā)展的需要，現(xiàn)代教育倡導(dǎo)能力型、發(fā)展式的學(xué)習(xí)?？茖W(xué)思維是重要的能力與品格，是把握客觀事物本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及關(guān)系、正確認識事物的思維，是物理學(xué)科核心素養(yǎng)的中心要素[ 1 ]。

概念教學(xué)是高中物理核心教學(xué)內(nèi)容之一，是其它教學(xué)內(nèi)容展開的前提與基石，概念教學(xué)效果的好壞直接影響到整個高中物理的教學(xué)效果。高中物理概念多數(shù)抽象程度高、內(nèi)涵豐富，教學(xué)中教師若僅僅傳授結(jié)論性知識只能達成學(xué)生淺層、機械的學(xué)習(xí)，學(xué)生遇到實際問題往往束手無策。建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論指出，學(xué)生的學(xué)習(xí)是通過個人已有的知識、經(jīng)驗與新知識相互作用實現(xiàn)意義上的連接，從而建構(gòu)新認知的[ 2 ]。新舊知識的順利連接與融合通常需要教師的指引與幫助，尤其在抽象概念的學(xué)習(xí)中。教師引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷物理概念的建構(gòu)過程不僅能夠幫助學(xué)生實現(xiàn)對該概念的理解與掌握，還能夠在發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維方面產(chǎn)生指引、啟迪、培育的作用，實現(xiàn)學(xué)生知識、能力全面進展。物理概念如何建構(gòu)，學(xué)生怎樣經(jīng)歷，老師怎么引導(dǎo)，解決這些問題才能將幫助學(xué)生學(xué)習(xí)新知、發(fā)展科學(xué)思維落到實處，新知才有架構(gòu)的階梯，科學(xué)思維才有生長的土壤，概念建構(gòu)邏輯正是指向解決這些問題的心智操作方式、方法和依據(jù)。只有老師把握為什么這么教、這么引導(dǎo)的邏輯才能設(shè)計恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)情境、教學(xué)活動在教學(xué)過程中指導(dǎo)學(xué)生領(lǐng)會怎么想、為什么這么想的邏輯。

“加速度”是高中物理以及經(jīng)典力學(xué)中的核心概念，抽象程度較高，學(xué)習(xí)中不易建構(gòu)，各教材限于篇幅總體未能充分闡述方法性、思維性知識，教學(xué)中亟待老師深入把握概念建構(gòu)邏輯，依托學(xué)生日常經(jīng)驗與認知，融合教材，啟發(fā)思考，將知識動態(tài)化、結(jié)構(gòu)化，準(zhǔn)確而生動地實現(xiàn)建構(gòu)。本文以“加速度”教學(xué)為例，著眼于邏輯視角，探尋加速度概念的生成足跡，透視發(fā)展科學(xué)思維價值，以期啟發(fā)物理概念教學(xué)達成學(xué)生掌握新知、發(fā)展科學(xué)思維目標(biāo)的思考。

1? 定義概念，分析性質(zhì)，強化類比思維

為何引入加速度概念？為比較速度變化快慢而引入，這是加速度概念建構(gòu)的邏輯起點。怎么引入？學(xué)生已學(xué)習(xí)速度概念的定義，可類比思考，用速度變化對時間的比值比較，定義為加速度a。緊接著該探究它的性質(zhì)，顯然加速度是描述機械運動的物理量，自然要從最基本的時間、空間維度上探察。類比速度相關(guān)性質(zhì)的分析方法，可得空間上加速度是矢量，時間上平均加速度對應(yīng)時間、瞬時加速度對應(yīng)時刻，在圖象表達中分別對應(yīng)速度時間圖象割線斜率和切線斜率，新知識順利同化納入認知系統(tǒng)。類比思維常常在抽象知識的理解與建構(gòu)中發(fā)揮具體化、簡單化的作用，學(xué)生自初中以來已多次見識比值定義法，通過此次再度類比應(yīng)用，他們的類比思維得以強化，定將應(yīng)用得更熟練、更敏捷。

2? 找尋意義，啟導(dǎo)收斂思維

加速度大小用于反映速度變化快慢，它的方向有何功用？學(xué)生未接觸曲線運動，只能在直線運動中尋找。可用正負代表矢量方向。僅著眼于加速度方向這單一信息，其物理意義難以顯現(xiàn)任何端倪，收斂思維可以給予啟示，在思維過程中，組織信息，指向中心點探察思考，獲得發(fā)現(xiàn)或創(chuàng)意，解決問題。依據(jù)定義式，相關(guān)信息應(yīng)為初速度、末速度、速度變化量、時間、加速度，初末速度大小的比較，速度方向的變化。斟酌各信息分析的必要性，指導(dǎo)學(xué)生依據(jù)慣性或加速度定義與運算分析得出速度不能突變，直線運動中，速度改變方向，必經(jīng)減速再加速兩階段，可歸結(jié)到速度大小變化情況中，不必獨列信息。回到各類變速直線運動實例中，如表1，對比數(shù)據(jù)，聚焦正負，發(fā)現(xiàn)規(guī)律。

從表格數(shù)據(jù)中剔除速度變化量總與加速度同正、同負及時間都為正的特征，還能夠發(fā)現(xiàn)的是都有加速度與初速度正、負相同（同向）時速度增大，加速度與初速度正、負相反（反向）時速度減小。這就是直線運動中探察出的加速度方向的物理意義。

物理學(xué)研究中，概念的形成，規(guī)律的發(fā)現(xiàn)等無不閃爍著收斂思維的光芒，通過實例分析啟發(fā)導(dǎo)用收斂思維，能夠?qū)W(xué)生靈巧組合信息、探察信息、捕捉規(guī)律予以重要的啟發(fā)。

3? 理論論證，打磨求證思維

以上通過實例分析找出了直線運動加速度方向的物理意義，科學(xué)研究中由于實際觀察或?qū)嶒灍o法窮盡所有的事例，由此得出的結(jié)論可信度不能確保，往往需要理論證實。這是日常生活中求證思維的反映，用自己掌握的知識和經(jīng)驗去驗證某一個結(jié)論的思維。理論論證從何入手？當(dāng)前只能從定義式運算入手，直線運動，Δυ=aΔt，Δυ=υt-υ0。能體現(xiàn)矢量方向關(guān)系和作用的最直觀的方法應(yīng)屬作圖運算，但剛?cè)敫咭坏膶W(xué)生還未系統(tǒng)地學(xué)習(xí)矢量的運算，僅對位移運算能夠直觀理解，教學(xué)中只能以直線運動位移的作圖運算為腳手架指導(dǎo)直線運動速度的矢量運算。物體前進后再前進，位移運算圖為;物體前進后返回，位移運算圖為; 速度相關(guān)運算也可作圖展現(xiàn)，直線運動加速時，作圖有;直線運動減速時，作圖有，明顯有a、v0同向加速，a、v0反向減速，理論得證。

實驗探究與理論求證是科學(xué)探求真理的一對翅膀，邏輯推理、理論論證是科學(xué)思維不可或缺的重要方面，物理學(xué)習(xí)中需要理論求證的情況俯拾皆是，但凡遇到，唯有教導(dǎo)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)分析，細心打磨。

4? 辨析關(guān)系，養(yǎng)成關(guān)聯(lián)思維

事物間的聯(lián)系是普遍的，只有了解事物與其它事物縱橫交錯的聯(lián)系，才能對事物理解得更深入，把握得更準(zhǔn)確。物理量間也存在各種關(guān)系，關(guān)系有直接與間接之分，直接關(guān)系較近、較淺顯，影響較明顯，只有掌握直接關(guān)系才能進一步探索間接關(guān)系。物理量間最常見的，較直接的是大小關(guān)系（矢量還有方向關(guān)系）、變化關(guān)系。僅有加速度定義式下能夠思量的是加速度與速度，速度變化量間的大小關(guān)系、方向關(guān)系與變化關(guān)系[ 3 ]。例如，v大，是否a也大？v向右，是否a也向右？v變大，是否a也變大？等。如何正確辨析這些關(guān)系？需以定義式的計算、分析及實際事實為依據(jù)，如徐徐啟動的火車，加速至很大速度，但加速度很小。經(jīng)分析及較多實例支撐，可總結(jié)出這些關(guān)系中僅加速度與速度改變量大小同為零及方向始終相同有關(guān)聯(lián)，其余皆無必然關(guān)系[ 3 ]。

找尋概念間的關(guān)系是概念學(xué)習(xí)的必要內(nèi)容，也是關(guān)聯(lián)思維的重要應(yīng)用。關(guān)聯(lián)思維引導(dǎo)學(xué)習(xí)者全面深入地挖掘關(guān)系，在學(xué)習(xí)新知識中起到積極的推進作用，如概念間的關(guān)聯(lián)往往可推進到物理規(guī)律。辨析加速度與速度、速度變化量間的大小關(guān)系、方向關(guān)系、變化關(guān)系，是理解加速度概念的重要內(nèi)容，也是幫助學(xué)生感悟關(guān)聯(lián)思維、養(yǎng)成關(guān)聯(lián)思維的重要舉措。

5? 繪制網(wǎng)絡(luò)，培育系統(tǒng)思維

布魯納指出，知識只有被完滿的結(jié)構(gòu)聯(lián)在一起才易于識記[ 2 ]。只有在結(jié)構(gòu)中勾連縱橫的知識才有活力。繪制知識網(wǎng)絡(luò)圖是一種幫助知識結(jié)構(gòu)化的有效技術(shù)手段，用圖表的形式表征知識之間的內(nèi)在邏輯關(guān)系，將關(guān)系結(jié)構(gòu)化、可視化，幫助知識保持、促進知識遷移[ 2 ]。這是系統(tǒng)思維的運用，系統(tǒng)思維是人們運用系統(tǒng)觀點認識事物的思維方法。系統(tǒng)是客觀事物的基本屬性，只有運用系統(tǒng)思維，立足整體，統(tǒng)觀全局，才能認識系統(tǒng)的全貌，抓住系統(tǒng)的本質(zhì)，把握系統(tǒng)的變化規(guī)律?！罢镜酶咄眠h”是其功能的生動寫照。物理學(xué)的研究、應(yīng)用與發(fā)展都凝結(jié)了系統(tǒng)思維的成果。指導(dǎo)學(xué)生或獨立或合作繪制知識網(wǎng)絡(luò)圖不僅是鞏固、促進學(xué)生對所學(xué)知識理解與掌握的有效途徑，也是對學(xué)生培育系統(tǒng)思維的可行方式。圖1是依據(jù)本文邏輯繪制的加速度知識網(wǎng)絡(luò)樹狀圖。

6? 變式演練，熟習(xí)橫向思維

學(xué)習(xí)物理概念的意義不僅在于認識，更在于應(yīng)用[ 4 ]。實際問題普遍是復(fù)雜多變的，學(xué)生只有深層理解知識，綜合聯(lián)系、靈活應(yīng)用知識才能應(yīng)對。概念應(yīng)用于實際，恰是概念具體化，促進深層理解的過程。變式演練，就是圍繞同一概念，每次創(chuàng)設(shè)不同情境的問題，引導(dǎo)學(xué)生從不同角度分析，暴露各方面偏差，糾正、完善、深化理解，提升能力的方式[ 4 ]。變式的方式契合了橫向思維，是一種聯(lián)系各個相關(guān)事物從不同角度分析找出問題答案的思維[ 5 ]。變式演練既是橫向思維的應(yīng)用也是橫向思維的熟習(xí)。現(xiàn)舉一例說明。

例1：下列對直線運動判斷正確的是（? ? ? ?）

A.加速度為正時，速度變大

B.加速度正，速度正，則速度變大

C.加速度變小時，速度變小

D.速度變小時，加速度與速度反向

設(shè)計意圖：創(chuàng)設(shè)不同情境，或遺漏因素，或設(shè)置無關(guān)因素干擾，或逆向反推條件，考查學(xué)生對直線運動中物體速度增減條件的領(lǐng)會與應(yīng)用。

綜觀加速度概念建構(gòu)邏輯的探尋，如果說變式演練契合橫向思維的應(yīng)用與發(fā)展，那么思索加速度概念定義、性質(zhì)、功用及與其它概念關(guān)系的過程可以說是縱向思維的體現(xiàn)[ 5 ]，而繪制概念網(wǎng)絡(luò)圖則是縱向、橫向思維的匯集，各方面科學(xué)思維有機地集結(jié)融合，水到渠成演進為高水平的綜合思維。

探尋概念建構(gòu)邏輯，教學(xué)具有邏輯性，才能調(diào)動學(xué)生的思維參與教學(xué)過程[ 4 ]，幫助學(xué)生充分分化知識，準(zhǔn)確理解知識，有效發(fā)展思維，有力提升素養(yǎng)。

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