初中物理學(xué)科大概念教學(xué)初探
——以“功能關(guān)系”學(xué)習(xí)為例

王 瑜 高志俊

（1.揚(yáng)州市教育科學(xué)研究院，江蘇 揚(yáng)州 225007；2.揚(yáng)州開發(fā)區(qū)實(shí)驗(yàn)中學(xué)，江蘇 揚(yáng)州 225012）

在學(xué)科教學(xué)中如何落實(shí)核心素養(yǎng)？有什么證據(jù)可以證明教師設(shè)計(jì)的教學(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng)建立了系統(tǒng)關(guān)聯(lián)？在課堂教學(xué)中，通過什么方式方法才能落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)？……要理清這些問題，有必要回到教學(xué)的起點(diǎn)，從教師最熟悉的領(lǐng)地出發(fā)，從每天的備課、上課開始，從教學(xué)目標(biāo)制定、教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)的每一項(xiàng)具體工作入手，研究核心素養(yǎng)如何在課堂上落地，該做出怎樣的調(diào)整，該如何轉(zhuǎn)變.

對(duì)這些問題的系統(tǒng)思考，聚焦落實(shí)核心素養(yǎng)的實(shí)踐研究與實(shí)證研究，可以明晰在課堂上落實(shí)核心素養(yǎng)的著力點(diǎn)，探索學(xué)科特點(diǎn)和學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，探索在課堂上落實(shí)核心素養(yǎng)的實(shí)踐框架.

1 課時(shí)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)與不足分析

課時(shí)教學(xué)主要以一節(jié)課為單位進(jìn)行設(shè)計(jì).

課時(shí)教學(xué)，具有悠久歷史，已經(jīng)積累了豐富的教學(xué)策略和教學(xué)方法，形成了清晰的教學(xué)流程，具有比較好的教學(xué)效果.

課時(shí)教學(xué)有利于知識(shí)的落實(shí)，教師通常都偏愛課時(shí)教學(xué).由于經(jīng)過不斷摸索和積累，課時(shí)教學(xué)的環(huán)節(jié)已經(jīng)比較完善.以新授課為例，上課的一般流程是：先利用1-2min創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入新課；然后，用大部分時(shí)間講授新課，其間會(huì)組織學(xué)生討論、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究等，最后留2-3min進(jìn)行課堂小結(jié)和學(xué)習(xí)反饋.

這樣的課時(shí)教學(xué)易于堂堂清、節(jié)節(jié)清.教師在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，針對(duì)一節(jié)課的時(shí)長(zhǎng)，制定教學(xué)目標(biāo)，確定教學(xué)內(nèi)容.在教學(xué)實(shí)施時(shí)，從新課的引入到具體內(nèi)容的展開，再到最后的課堂小結(jié)和反饋，都在45min內(nèi)完成，并確保學(xué)生掌握所學(xué)內(nèi)容，做到“堂堂清”.

教師為了實(shí)現(xiàn)本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)，可以設(shè)計(jì)很多活動(dòng)，從初始自學(xué)到動(dòng)手實(shí)驗(yàn)、師生交流、例題分析，以及總結(jié)反饋，教師對(duì)每個(gè)環(huán)節(jié)的掌控精確到了分鐘.因此，只要教師按照既定的規(guī)劃進(jìn)行，通常就能完成教學(xué)任務(wù)，做到“節(jié)節(jié)清”.

課時(shí)教學(xué)雖然具有教學(xué)環(huán)節(jié)完善、落實(shí)知識(shí)點(diǎn)高效等優(yōu)勢(shì)，但由于教學(xué)時(shí)間較短，教師在確定教學(xué)目標(biāo)時(shí)更多指向知識(shí)和技能領(lǐng)域，更多地將學(xué)生當(dāng)作認(rèn)知個(gè)體來看待，對(duì)作為一個(gè)完整人應(yīng)具有的綜合能力和素養(yǎng)培育不夠.學(xué)生獲得更多的是知識(shí)與技能，相對(duì)缺乏對(duì)客觀世界的完整認(rèn)識(shí)和體驗(yàn)，難以形成學(xué)科大概念.

而學(xué)科大概念的建構(gòu)需要較長(zhǎng)時(shí)間.當(dāng)前各個(gè)學(xué)科都提出了學(xué)科核心素養(yǎng)，以指導(dǎo)課堂教學(xué)從以知識(shí)為本轉(zhuǎn)向以素養(yǎng)為本.指導(dǎo)教師不能機(jī)械地講解脫離生活的抽象概念，不能簡(jiǎn)單傳授瑣碎的知識(shí)點(diǎn)，而是要選擇重要的學(xué)科大概念，用恰當(dāng)、生動(dòng)的方式，通過深入的探究學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生完整地認(rèn)識(shí)和把握世界.

這些學(xué)科大概念可以幫助學(xué)生從本質(zhì)上理解生活中的一些事件和現(xiàn)象.它們既是學(xué)科思想方法，也是思維方式，可以讓學(xué)生站在更高的位置看待問題，從更宏觀的視角分析問題，從而更好地解決問題.比如，物理學(xué)科的“宇宙中所有物質(zhì)都是由很小的微粒構(gòu)成的”、“物體可以對(duì)一定距離以外的其它物體產(chǎn)生作用”、“當(dāng)物體發(fā)生變化或被改變時(shí)，會(huì)發(fā)生能量的轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移，但總量是不變的”等，都是學(xué)科大概念.

學(xué)科大概念與具體的知識(shí)點(diǎn)不同，它們比較抽象、比較概括，不像具體知識(shí)點(diǎn)那么容易學(xué)習(xí).這決定了學(xué)習(xí)學(xué)科大概念需要較長(zhǎng)時(shí)間，需要學(xué)生不斷體驗(yàn)，持續(xù)思考，長(zhǎng)久理解.而課時(shí)教學(xué)以一節(jié)課為閉環(huán)，不利于學(xué)生對(duì)學(xué)科大概念的建構(gòu)與理解.

可以發(fā)現(xiàn)，課時(shí)教學(xué)所制定的教學(xué)目標(biāo)更多定位于知識(shí)和技能目標(biāo)，過程與方法目標(biāo)更多體現(xiàn)為教師的教學(xué)過程和教學(xué)方法，而情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)，如果沒有與具體的學(xué)習(xí)任務(wù)相結(jié)合，落實(shí)的效果往往不佳.同時(shí)，課時(shí)教學(xué)所確定的學(xué)習(xí)內(nèi)容往往比較具體，一般都是2—4個(gè)知識(shí)點(diǎn)，教師通過層層推進(jìn)幫助學(xué)生識(shí)別、對(duì)比、區(qū)分這些知識(shí)點(diǎn)，并進(jìn)行簡(jiǎn)單運(yùn)用.每節(jié)課最后，教師通常進(jìn)行反饋檢測(cè)，以考查學(xué)生的掌握情況.

學(xué)科大概念具有抽象性和綜合性，這決定了學(xué)習(xí)它的過程需要學(xué)生的深度體驗(yàn)，需要通過真實(shí)的問題解決、綜合性的學(xué)習(xí)任務(wù)才能更好地完成學(xué)科大概念的建構(gòu)和理解.學(xué)科大概念不是一個(gè)具體的知識(shí)點(diǎn)，但內(nèi)涵和外延卻非常豐富.它是由許多具體知識(shí)凝練成的、更上位的概念.這就決定了它的建構(gòu)過程需要比較長(zhǎng)的時(shí)間，很難在一節(jié)課內(nèi)完成.

課時(shí)教學(xué)“節(jié)節(jié)清”的特點(diǎn)，不能為學(xué)科大概念的建構(gòu)提供時(shí)間保證，而且一節(jié)課也很難承載形成學(xué)科大概念所必需的“深入、持久”的理解和探究.

深入探究，意味著學(xué)生要通過親自參加探究來發(fā)展自己的理解.在這個(gè)過程中，學(xué)生可能會(huì)提出假設(shè)，然后收集和運(yùn)用數(shù)據(jù)來檢驗(yàn)自己的想法，并找到彼此之間的邏輯關(guān)系，做出解釋.數(shù)據(jù)和證據(jù)可以是直接動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)獲得的，也可以是運(yùn)用第二手資料獲得的.這都需要學(xué)生在一個(gè)更大的時(shí)間尺度上來規(guī)劃和展開自己的學(xué)習(xí).

總之，在課堂上落實(shí)核心素養(yǎng)，教學(xué)內(nèi)容要聚焦學(xué)科大概念.而學(xué)科大概念的建構(gòu)與理解需要較長(zhǎng)時(shí)間，課時(shí)教學(xué)在這方面顯得力不從心.

2 “功能關(guān)系”單元教學(xué)設(shè)計(jì)

長(zhǎng)期的課時(shí)教學(xué)，容易使教師陷入一個(gè)個(gè)具體的知識(shí)點(diǎn)中，越講越細(xì)，越講越深，常常對(duì)教材中所謂的重點(diǎn)難點(diǎn)和要點(diǎn)特別關(guān)注，而對(duì)學(xué)科基本結(jié)構(gòu)的把握明顯不夠，只見樹木，難見森林，直接降低了課堂教學(xué)的品質(zhì)與深度.另外，課時(shí)教學(xué)時(shí)間比較短，體驗(yàn)和探究難以充分展開，比較復(fù)雜的任務(wù)難以深入完成，相對(duì)上位的學(xué)科大概念不容易建構(gòu).

當(dāng)發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)成為課程實(shí)施的基本宗旨，當(dāng)運(yùn)用知識(shí)解決問題成為教學(xué)的重要目標(biāo)時(shí)，為了更好地落實(shí)核心素養(yǎng)，為了在真實(shí)的問題情境中給學(xué)生更充分體驗(yàn)和探究的機(jī)會(huì)，需要大一些的主題或項(xiàng)目來承載，需要相對(duì)復(fù)雜和綜合的學(xué)習(xí)任務(wù)來承擔(dān).這樣就需要根據(jù)素養(yǎng)導(dǎo)向的目標(biāo)重構(gòu)單元，從課時(shí)教學(xué)走向單元學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)以解決問題為中心的學(xué)習(xí).

所以，重構(gòu)的學(xué)習(xí)單元不是一般意義的復(fù)習(xí)單元，更不是普通的知識(shí)整合單元，而是以落實(shí)核心素養(yǎng)為目標(biāo)，在細(xì)化課程標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)分析課程內(nèi)容所承載的價(jià)值，根據(jù)學(xué)生實(shí)際情況，整體設(shè)計(jì)以問題解決為中心，實(shí)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)的“學(xué)習(xí)單元”.

重構(gòu)的單元目標(biāo)應(yīng)立足于遷移應(yīng)用和持久理解.重構(gòu)單元的目的是為了更好地落實(shí)核心素養(yǎng)，在制定具體目標(biāo)時(shí)，有兩個(gè)目標(biāo)不容忽視：一個(gè)是運(yùn)用所學(xué)內(nèi)容解決問題的遷移應(yīng)用目標(biāo)，另一個(gè)是通過基礎(chǔ)性的知識(shí)技能進(jìn)行意義建構(gòu)的目標(biāo)，即對(duì)學(xué)科大概念與核心問題持久理解的目標(biāo).這兩個(gè)維度既可以成為重構(gòu)單元的切入點(diǎn)，也是制定單元目標(biāo)的立足點(diǎn).只有將這兩個(gè)目標(biāo)想清楚，重構(gòu)的單元才有意義，才可能成為落實(shí)核心素養(yǎng)的學(xué)習(xí)單元.

因此，教師在設(shè)計(jì)單元目標(biāo)時(shí)，應(yīng)該經(jīng)常反思下列問題，借助它們反思重構(gòu)單元的意義和價(jià)值.

（1）學(xué)生學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容，有什么用途？

（2）學(xué)生學(xué)習(xí)這些內(nèi)容，能解決什么問題？

（3）學(xué)生學(xué)習(xí)這些內(nèi)容的真正價(jià)值是什么？

2.1 “功能關(guān)系”學(xué)習(xí)單元重構(gòu)

例如，現(xiàn)行蘇科版初中物理教材中，分別在第5、8章中研究了動(dòng)能、彈性勢(shì)能和重力勢(shì)能，隨后在第11章中研究了功，緊接著在第12章中研究了動(dòng)能、勢(shì)能的影響因素及能量轉(zhuǎn)換.

從教材的安排上來看，這種安排方式的邏輯層次是很明確的，但是學(xué)生在實(shí)際的學(xué)習(xí)過程中，并不能很好地理解“功能關(guān)系”.動(dòng)能、彈性勢(shì)能和重力勢(shì)能這些物理概念可以從生活的實(shí)例中去進(jìn)行感知，然而功是什么？概念很抽象，在研究動(dòng)能、勢(shì)能的影響因素及能量轉(zhuǎn)換內(nèi)容之前為什么要研究功？為什么定義在力的方向上移動(dòng)了距離就稱為做了功？而不是只要有力、有距離就可以做功呢？做功與能量轉(zhuǎn)換究竟是怎么回事？這些內(nèi)容學(xué)生到初中畢業(yè)時(shí)都搞不太清楚，以至于遷移到高中時(shí)，也不是能清楚地理解功能關(guān)系及掌握其定量的運(yùn)算.究其原因，學(xué)生在學(xué)習(xí)這部分知識(shí)時(shí)，功的概念是以陳述性的方式給出的，并沒有提供真實(shí)的問題情境，給學(xué)生更充分體驗(yàn)和探究的機(jī)會(huì)，讓學(xué)生先研究后得出引入新的物理概念的必要性以及去嘗試定義一個(gè)新的物理量是什么.

當(dāng)然，教材這樣安排是有原因的，因?yàn)闆]有辦法給能量下定義，因?yàn)槟芰康亩x中涉及到功的內(nèi)容.為了解決這個(gè)問題，從構(gòu)建學(xué)科大概念的角度出發(fā)，教師在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)可以嘗試重構(gòu)功能關(guān)系學(xué)習(xí)單元.

我們可以在探究動(dòng)能、勢(shì)能的影響因素時(shí)不明確給出能量的定義，而是通過轉(zhuǎn)化的方式，例如桌子陷入沙坑的深度、木塊被撞擊移動(dòng)的距離，來探究動(dòng)能和勢(shì)能大小的影響因素.在勢(shì)能和動(dòng)能的轉(zhuǎn)化過程中，學(xué)生可以根據(jù)能量大小的變化，理解動(dòng)能和勢(shì)能間的轉(zhuǎn)化.事實(shí)上，目前學(xué)生正是利用轉(zhuǎn)化法和能量大小的變化來理解機(jī)械能及其轉(zhuǎn)化的，也就是教材中給與不給能量的定義，對(duì)研究機(jī)械能及其轉(zhuǎn)化不受影響.

在師生共同研究完第12章“動(dòng)能 勢(shì)能 機(jī)械能”后再開始研究功，學(xué)生就可以在能量轉(zhuǎn)化的過程中去理解功的含義了.

此時(shí)，可以設(shè)計(jì)一個(gè)真實(shí)的問題情境：用什么方法可以將你身體內(nèi)的能量轉(zhuǎn)移給桌上的文具盒，使文具盒的動(dòng)能或勢(shì)能增加.

讓學(xué)生在探究活動(dòng)中繼續(xù)思考：

（1）推文具盒，但文具盒沒有動(dòng)，能量轉(zhuǎn)移了嗎？

（2）豎直提著文具盒水平方向勻速移動(dòng)，能量轉(zhuǎn)移了嗎？豎直提著文具盒豎直向上運(yùn)動(dòng)呢？

由以上研究發(fā)現(xiàn)，要使能量發(fā)生轉(zhuǎn)移，必須用力作用于該物體，并使物體在力的方向上通過一段距離才會(huì)有能量發(fā)生轉(zhuǎn)移這樣一個(gè)物理現(xiàn)象的產(chǎn)生，基于這樣的事實(shí)，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生：

（1）是否要引進(jìn)一個(gè)新的物理量來描述這個(gè)事實(shí)呢？

（2）如何定義才能準(zhǔn)確描述這個(gè)事實(shí)呢？

（3）這個(gè)新的物理量應(yīng)有什么樣的特征？

在這樣的研究中讓學(xué)生自主地構(gòu)建起一個(gè)新的物理概念，即使物體在力的方向上通過一段距離稱為做功的過程，轉(zhuǎn)移的能量稱為機(jī)械功，簡(jiǎn)稱功.

接著提出新的問題：將質(zhì)量為1k g的文具盒從課桌邊自由釋放，文具盒下落0.8m，在此過程中，能量如何轉(zhuǎn)化？通過什么方式進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化的？重力做了多少功？動(dòng)能變化了多少？（g取10N/k g）

思考：研究文具盒下落的過程，你能構(gòu)建出功和能的關(guān)系圖嗎？將文具盒向上拋起呢？勻速水平移動(dòng)文具盒呢？

通過思考和研究，學(xué)生很容易構(gòu)建起如圖1所示的功能關(guān)系圖，對(duì)功能關(guān)系形成初步認(rèn)識(shí).

圖1 “功能關(guān)系”圖

2.2 對(duì)內(nèi)能、熱傳遞、比熱容、熱值等內(nèi)容的內(nèi)在邏輯關(guān)系梳理

蘇科版教材在第12章第2節(jié)安排了“內(nèi)能 熱傳遞”的內(nèi)容，與第一節(jié)“動(dòng)能 勢(shì)能 機(jī)械能”和第4節(jié)“機(jī)械能和內(nèi)能的相互轉(zhuǎn)換”形成了一個(gè)小的模塊.由于有“比熱容”這一節(jié)內(nèi)容，學(xué)生在這一章的學(xué)習(xí)中要尋求知識(shí)內(nèi)在邏輯關(guān)系時(shí)顯得困難重重，同時(shí)第4節(jié)中熱值內(nèi)容的安排也讓學(xué)生摸不著頭腦，學(xué)生并不能理清內(nèi)能、熱傳遞、比熱容、熱值的內(nèi)在邏輯關(guān)系.

圖2呈現(xiàn)了內(nèi)能、熱傳遞、比熱容、熱值間的內(nèi)在邏輯關(guān)系.

圖2 “內(nèi)能”結(jié)構(gòu)圖

從圖中我們可以看出，如果按照“熱傳遞 熱值”、“物質(zhì)的比熱容”、“內(nèi)能”的順序來重構(gòu)學(xué)習(xí)單元將會(huì)更合理，圍繞學(xué)習(xí)順序可以構(gòu)建出如圖3所示的問題邏輯線.

圖3 研究學(xué)習(xí)問題邏輯線

2.3 形成以能量為主題的突出學(xué)科大概念的學(xué)習(xí)單元

通過上文的分析，關(guān)于能量的學(xué)習(xí)與研究可以作如圖4所示的調(diào)整.

圖4 “功能關(guān)系”學(xué)習(xí)單元結(jié)構(gòu)框架

教師將本單元的知識(shí)體系統(tǒng)理清楚后，進(jìn)一步思考學(xué)習(xí)這些內(nèi)容能解決哪些實(shí)際問題，有什么具體用途，最終為本單元確立了兩個(gè)知識(shí)應(yīng)用點(diǎn)：一個(gè)是近遷移，即建立“簡(jiǎn)單機(jī)械的認(rèn)知模型”，用以理解利用“簡(jiǎn)單機(jī)械”可以做功；另一個(gè)是遠(yuǎn)遷移，即利用“簡(jiǎn)單機(jī)械”可以省力，但不可以省功，做功是一個(gè)過程，必然伴隨著能量的轉(zhuǎn)化.

持久的理解有利于形成學(xué)科思想，學(xué)科思想反映了學(xué)科知識(shí)的本質(zhì)，反映了學(xué)科思維特點(diǎn)和學(xué)科的學(xué)習(xí)規(guī)律.這些學(xué)科思想是學(xué)科的靈魂，是一個(gè)學(xué)科獨(dú)特的育人價(jià)值.可以說，掌握學(xué)科知識(shí)是學(xué)好一門課程的基礎(chǔ)，而理解學(xué)科大概念，領(lǐng)悟?qū)W科思想和方法，是學(xué)好這門課程的關(guān)鍵.因此，重構(gòu)的單元學(xué)習(xí)目標(biāo)應(yīng)立足持久理解的意義建構(gòu)，以促進(jìn)學(xué)科大概念、學(xué)科思想和方法的形成.

這里，教師幫助學(xué)生整體感知單元內(nèi)容，以其中所蘊(yùn)含的學(xué)科大概念，學(xué)科思想方法為核心，歸納、概括單元的知識(shí)結(jié)構(gòu).然后，在此基礎(chǔ)上，以學(xué)科大概念和思想方法為主線，討論本單元各個(gè)部分的細(xì)節(jié)性內(nèi)容.最后，引導(dǎo)學(xué)生從整體上領(lǐng)會(huì)本單元的學(xué)科大概念和思想方法，并運(yùn)用這些概念和方法解決本單元的實(shí)際問題，從而實(shí)現(xiàn)本單元的遷移應(yīng)用目標(biāo)，并達(dá)成對(duì)學(xué)科大概念和思想方法的意義建構(gòu).這種以學(xué)科思想方法為主線，以問題解決貫穿全過程，改變了過去“部分+部分=整體”的知識(shí)組織形式，代之以“整體—部分—整體”的知識(shí)建構(gòu)方式.

可見，學(xué)科大概念的建構(gòu)過程與核心素養(yǎng)的培育過程是相通的，對(duì)學(xué)科大概念的理解和運(yùn)用體現(xiàn)了核心素養(yǎng)的基本要求，因此，在課堂上落實(shí)核心素養(yǎng)，教學(xué)應(yīng)該從瑣碎的知識(shí)點(diǎn)中走出來，將學(xué)科大概念的建構(gòu)、理解和應(yīng)用作為重點(diǎn).