基于融合思維導圖和學材建構來提升初中學生物理學科核心素養(yǎng)的實踐研究

2022-02-18 18:42:05宿萬周

今天 2022年15期

宿萬周

（蘭州市第十一中學甘肅蘭州 730000）

1.問題產生的背景

筆者從教多年發(fā)現(xiàn)，學生學習物理學科的過程中靠海量信息灌輸?shù)亩啵克烙浻脖秤浵碌闹R多，靠紙筆強化練習做的題目多；缺乏對物理概念及規(guī)律生成的思維加工過程，缺乏對碎片化知識的有效建構而進行知識的內化，缺乏對物理問題的解決過程而僅停留在大量“刷題”的解題中。勢必會導致部分初中學生生對物理這一啟蒙學科失去學習興趣，但又迫于學業(yè)水平考試而停留在“解題、刷題”中學物理，這樣很難提高學生的科學素養(yǎng)，或許對分數(shù)提升有幫助，但這決不是物理學習正確的方法，而且缺乏思維操作的規(guī)范性與生成性。

教學中筆者嘗試從思維導圖和學材建構融合的角度來進行物理課堂學習，發(fā)揮思維導圖對知識體系、知識邏輯的建構關系，使碎片化的物理知識化為學生的能力基礎。通過建構學習過程的學材，使得動態(tài)的物理課堂的核心環(huán)節(jié)生成于紙上，促使學生對知識的生成過程的在思考和再建構，促進物理科學思維的生成，提高學生物理課程核心素養(yǎng)。

2.教學中思維導圖的建構

2.1 教學中存有教師思維導圖和學生思維導圖，教師思維導圖的產生是教師設計后產生，幫助學生喚醒遺忘的知識，幫助學生重新建構知識邏輯關系；學生思維導圖應符合自己的思維特點，繪制的思維導圖應具有一定的層次性，建構自己的知識邏輯關系以達到內化的作用。

2.2 現(xiàn)階段信息技術高速發(fā)展，思維導圖的繪制軟件非常多，其中應用廣泛的有：XMind、 Mindmanager、MindMapper、FreeMind 和 NovaMind 、WPS等。其中用WPS的“腦圖”功能較為簡單，點擊“新建空白圖”，選好中心點，按照層級關系，依次設計同級主題、子主題、父主題，用不同的顏色呈現(xiàn)層級關系，不同粗細的虛實線呈現(xiàn)邏輯遞進關系。

2.3 以《浮力》大單元教學設計思維導圖為例分析

（1）浮力概念的建構

該教學內容設計的知識點多，而且綜合程度高，學生對基本物理觀念的形成困難大。從現(xiàn)象到本質的出發(fā)建構，浮沉是現(xiàn)象，浮力是核心本質點。浮的產生---原因---決定因素---決定因素的定量關系（阿基米德原理）作為學習的第一條主線，層層遞進，尋根刨底，進行深度學習。其次從一個方面在生活中觀察到的是現(xiàn)象，“從生活走向物理，從物理走向社會”的理念學習，物理知識最終要服務于社會，如輪船、潛水艇、熱氣球、密度計等應用，基于這些生活及社會應用，將物理知識導入情境中，學以致用，格物致理，來解決真實的物理問題。通過大單元學習，從而提取出計算浮力的四種方法，進行對應就近情境的應用與交叉使用解決綜合性浮力問題，通過學習過程還體會到了物理學家探究物理規(guī)律的過程--阿基米德原理實驗驗證，乃至掌握科學探究的方法“探究浮力大小的因素”實驗來獲得。

（2）浮沉條件分析的建構

教學中比較物體的浮沉是常見的問題，浮沉現(xiàn)象由受力情況來決定，所以從比較浮力和重力大小來分析，經過推到亦可以用比較液體密度和物體密度的方法來比較。用思維導圖重新梳理建構知識的內在關系發(fā)現(xiàn)，有兩個運動狀態(tài)，三個靜止狀態(tài)，兩個動態(tài)的運動狀態(tài)轉化為三個靜止狀態(tài)。首先從運動狀態(tài)來觀察，從動態(tài)到靜態(tài)的角度重新認識，上浮下沉是動態(tài)的，漂浮、懸浮及沉底是靜態(tài)的。另一個方面從受力的靜態(tài)和動態(tài)來分析，浮力變化的核心因素在于抓住浸入液體的體積大小，從而導致浮力也作為動態(tài)變量，重力作為另一個靜態(tài)變量。把學生從單一的死記硬背公式，引導到理解物理規(guī)律的內在生成過程及變化過程，建構學生的科學思維，學會透過現(xiàn)象看本質，到研究事物發(fā)展的本質規(guī)律。

（3）浮力計算問題的建構

浮力的計算是學生碰到很棘手的問題，相當一部分學生在浮力計算面前都黯然失色，主要是涉及的物理量多、公式多、公式的選擇和計算能力薄弱。在單一情景的浮力計算問題中，學生容易解決，因為借助于情景描述的就近物理量，如有提到彈簧測力計示數(shù)的問題，馬上就會用到稱重法計算。但是對于綜合計算問題，往往有部分學生就不知所措，缺乏對不同方法之間的關系的建構。如下圖先建構基本的計算方法，再找基本方法的突破口，最后建構不同方法之間的邏輯關系，確定不同方法之間的差異。如同一狀態(tài)的浮力問題，不論用四種方法中的任何一種方法，其結果是一樣的，這樣就導致四種方法互相可以等效使用，尋找就近的物理量作為突破口解決，從靜態(tài)的某一狀態(tài)的求解過渡到動態(tài)的多問題的求解，同時抓住在動態(tài)變化中的靜態(tài)物理量和動態(tài)物理量，使得物理量帶入計算的對應性法則不要出錯。

3.教學中的學材建構

3.1 基于概念和規(guī)律生成的學材建構

初中物理學科中的基本概念和基本規(guī)律是物理觀念的核心組成部分，形成正確的物理觀念是學好物理的前提，否則學習物理就是空中樓閣。而部分中等程度及偏下學生由于各種自身因素課堂學習效率偏低，對物理概念和規(guī)律的理解就不到位，無法解決物理問題。開發(fā)基本概念生成和基本規(guī)律生成的學材，能幫助學生回憶動態(tài)的課堂學習，使知識的習得過程再現(xiàn)；對于優(yōu)等生則利用學材進行前置學習，使得前置學習有任務有方向，從而發(fā)現(xiàn)前置學習的問題，發(fā)揮出學情診斷的功能。概念性與規(guī)律性學材的生成要重視描述情景能反映出本質特征，引導學生從本質特征歸納出共同屬性，進行思維加工后形成基本概念和基本規(guī)律。

3.2 基于實驗探究學材建構

實驗教學中部分學校停留在紙上談實驗、PPT展示實驗、動畫模擬實驗，這些假實驗雖然在一定程度上解決了考試問題，但是不能提高學生動手實驗的能力。在新中考納入實驗操作后這些現(xiàn)象得到一定的改善，但是學生真的動手操作的頻次依然不夠，對實驗操作的設計還很淺顯。如北師大版第八章第五節(jié)《學生實驗：探究—影響浮力大小的因素》。教學中往往忽略了探究浮力大小因素的實驗。而浮力大小的因素實驗作為課標要求的必做20個實驗之一，在教學中的地位卻不高。這就使得學生基于阿基米德原理的F浮=G排=ρ液gV排，來反推影響浮力大小的因素，沒有發(fā)揮出探究實驗應有的功能。實驗中關于“深度”和“排開液體體積”是學生容易混淆的點，只有經歷實驗操作的全過程，通過記錄的數(shù)據(jù)畫出彈簧測力計示數(shù)與下降高度的圖像才能真正理解。同時將實驗發(fā)散到生活中“將大可樂瓶壓入水中，有什么感受？”等小實驗，讓學生真實體會浮力大小與什么因素有關。不但滿足了這個實驗怎么做，這個實驗為什么這么做，還延伸到這個實驗還可以怎么做的高度。對于學生學習而言就是“知其然，知其所以然，知其所以必然?！遍_闊學生視野，發(fā)散學生思維，還體現(xiàn)了動手動腦學物理的理念。

4.思維導圖和學材建構在教學中的融合策略

4.1 新課教學中利用思維導圖和學材建構突破教學重點

在物理教學中，教師往往根據(jù)教輔材料的內容，預習、上課、講題三環(huán)節(jié)進行，預習缺乏引導性和驅動性，課堂教學兼顧不到所有學生，這種教學方式很難讓所有學生對知識有系統(tǒng)而全面的理解和掌握。教師在課堂上利用思維導圖引導學生把握學習的重點，指導學生找出學習的難點，并對學習的難點加以強調和重點講解；利用學材建構把知識的生成過程呈現(xiàn)出來，實現(xiàn)個性化的需要。

4.2 復習課中利用思維導圖和學材建構鞏固提升

在以往的中考前物理復習課，學生過度依賴教輔的引導性、補充式填空去復習；缺乏完整的思考過程，缺乏知識的有效整合過程，缺乏知識邏輯的建構過程，導致學生的預習效率十分低下。利用梳理思維導圖學材建構類作業(yè)進行復習，利用思維導圖進行自我檢測，促使學生發(fā)現(xiàn)自己在學習中還沒有掌握的知識點，并加以強化和復習，幫助學生梳理知識結構的相關性和邏輯性，將知識結構層次分明地理清建構關系。

4.3 利用思維導圖和學材建構的設計多樣化作業(yè)

基于單元教學內容完成后，讓學生設計已掌握知識的思維導圖，檢測與分析學生認知的完善性和正確性，與教師思維導圖比較，尋找差異，建構學生正確的認知邏輯關系，達到知識的內化作用。其次，可以整合課程資源建構實踐性作業(yè)，基于任務驅動，讓學生嘗試解決生活中的物理問題。

5.思維導圖和學材建構在教學中的融合的意義和價值

5.1 改變學生“抄概念、背公式”學習物理錯誤方法，浪費大量學習時間，加重了學習負擔，但學習效率偏低，與“雙減”政策不符合。將思維導圖運用于預習和復習學習過程，通過圖文信息刺激大腦的整體功能，學習內容會在大腦中自我構建。幫助學生發(fā)現(xiàn)問題，而后在聽課的過程中針對問題整合信息理解；還能推動學生在復習的過程中理解相應的概念與規(guī)律，形成正確的物理觀念。

5.2 改變“習題倒逼中考復習”的現(xiàn)狀，從依據(jù)課程標準進行學材建構，將思維導圖和學材建構在初中物理教學中深度融合，形成可行性的教學設計。以單元教學為整合設計的核心，優(yōu)化教學內容有哪些，優(yōu)化課堂教學怎么教，減輕學生過重的學習負擔。改變目前的“考什么，教什么，學什么”到依據(jù)課標的“教什么，學什么，考什么”，從而有效提升學生物理學科核心素養(yǎng)。