基于ISM法的教科書知識結構分析及教學建議

摘 ? 要：教科書中知識點的編排具有嚴謹?shù)倪壿嫿Y構。熟悉知識點之間的邏輯關系，對于教師掌握課堂教學順序及學生理解知識結構均有幫助。文章利用ISM法對人教版高中物理教科書中“機械能守恒定律”主題知識結構進行分析，以期將錯綜復雜的知識點以層級化和結構化的形式呈現(xiàn)，進而確定出重難點知識，旨在為高中物理課堂教學提供教學思路，為學生進行結構化的學習提供幫助。

關鍵詞：ISM法;人教版教科書;高中物理;知識結構;教材分析

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ?文章編號：1003-6148（2022）2-0025-4

《普通高中物理課程標準（2017年版）》[1]（以下簡稱“2017版課標”）強調(diào)要重視以學科大概念為核心，使課程內(nèi)容結構化，以主題為引領，使課程內(nèi)容情境化，促進學科核心素養(yǎng)的落實。所以，在物理教學中，教師要嘗試將一個主題下的知識點整合起來，做到使知識內(nèi)容結構化和情境化，避免學生知識的碎片化和忽略物理學科核心素養(yǎng)的發(fā)展。筆者利用ISM法對“機械能守恒定律”主題進行知識結構分析，試圖將復雜的知識點以層級化和結構化的形式呈現(xiàn)。

1 ? ?ISM法簡介

“解釋結構模型法”（Interpretive Structural Model法，簡稱ISM法）是一種結構模型分析技術，是用于分析和揭示復雜關系結構的有效方法，可以將系統(tǒng)中各要素之間的復雜關系分解成清晰的層次化的結構形式。約翰·沃菲爾德于1976年首次運用ISM法來解釋復雜性的社會學問題[2]。1978年佐藤隆博教授證實了其可以用于教材開發(fā)與目標分析。后經(jīng)過研究與發(fā)展逐漸趨于成熟，并被廣泛應用于教育學、社會學等領域。利用ISM法分析教材的知識結構基本流程為：關鍵要素的提取—確定要素間的形成關系—確定各要素的層級—畫出層級有向圖。需要說明的是，在現(xiàn)有研究中關于“確定各要素的層級”，有的學者利用MATLAB軟件輸入固定的程序代碼進行編程計算[3];有的用圖示的方法，在要素間形成關系的基礎之上利用先行集合和可達集合來確定要素層級[4]。相比于計算機編程而言，圖示的方法雖然耗時，但是有利于分析者更清楚地掌握知識點的形成關系和層級的關系。所以，筆者采用后者的方法來確定各要素的層級。

2 ? ?“機械能守恒定律”主題知識結構分析

2.1 ? ?關鍵要素的提取

關鍵要素的提取，即提取出教科書中的重要知識點，每一個知識點就是一個關鍵要素。本文選取人民教育出版社2019年版高中物理必修第二冊教科書（以下簡稱“人教版教科書”）的第八章內(nèi)容即“機械能守恒定律”[5]進行分析，結合2017版課標的內(nèi)容要求，提取出關鍵要素，如表1所示。

2.2 ? ?確定要素間的形成關系

確定要素間的形成關系，就是確定要素之間是否存在直接的形成關系，即確定兩要素之間的上下位關系。根據(jù)ISM法的定義，學生在對核心要素A、B進行學習之前，需要掌握要素A才能學習并掌握要素B，則要素A稱為先行要素，要素B稱為可達要素[6]。要素A、B之間的關系用A→B表示。為了作圖方便，筆者以各要素的編號（R1，R2…）代替要素本身，依據(jù)2017版課標和人教版教科書關于知識點的編寫順序，確定各要素的形成關系，如圖1所示。

2.3 ? ?確定各要素的層級

依據(jù)要素間的形成關系圖，確定出各要素的層級。在要素間的形成關系中，如果一個要素沒有可達要素，則該要素應該是最高級。例如，“R11實驗：驗證機械能守恒定律”，依據(jù)要素間的形成關系圖，可知其無可達要素，其先行要素為“R10機械能守恒定律”。故此，“R11實驗：驗證機械能守恒定律”為最高級，用層級Ⅰ表示。然后去除R11要素，再依次分析剩下的關鍵要素，以此類推，確定層級分別用Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ…表示。需要說明的是最高級往往不只一個關鍵要素。筆者分析各要素的層級分布如表2所示。

2.4 ? ?畫出層級有向圖

依據(jù)層級分布表畫出層級有向圖，如圖2所示。

2.5 ? ?基于層級有向圖的知識結構分析

從層級有向圖可知，人教版教科書“機械能守恒定律”主題知識結構共有6個層級，最高層級的關鍵要素為“實驗：驗證機械能守恒定律”“功率”“動能定理”以及“重力勢能的變化與重力做功的關系”。需要說明的是最高層級的要素因只有指入的箭頭，沒有指出的箭頭，故又稱之為結點要素。所以，它們通常是學生最難以掌握的知識點。因為這些知識點的掌握通常以眾多知識點的學習為基礎。所以，在本章中“實驗：驗證機械能守恒定律”“動能定理”以及“重力勢能的變化與重力做功的關系”等知識點均為教學重難點?！肮β省彪m為最高級，但是其先行要素只有“功”，故此不能作為教學重難點。同時，在層級有向圖中可見，“機械能”在整個知識結構中處于承上啟下的位置，其重要性可見一斑。

在層級有向圖的最低層級通常只有一個要素，因它只有指出的箭頭，沒有指入的箭頭，故稱之為起點要素。它是學習對應重難點知識的基礎。在本章中，“功”就是起點要素。通過分析層級有向圖，可大致將本章分為三個學習階段，即功與功率的學習、能的學習和功能關系及定律的學習。教師教學也應該著眼于全局，統(tǒng)籌規(guī)劃地進行教學，幫助學生進行結構化學習，避免因碎片化的學習而造成“只見樹木不見森林”的后果。

3 ? ?對物理教師的教學建議

3.1 ? ?統(tǒng)籌規(guī)劃，劃分學習階段

教科書一章的知識點錯綜復雜，知識點之間又有著千絲萬縷的聯(lián)系。教師在物理教學中需要對整章的內(nèi)容進行統(tǒng)籌規(guī)劃，著眼全局，構建出一章的邏輯網(wǎng)絡和結構，劃分出學生的學習階段，幫助學生進行結構化學習。例如，就本章而言，利用ISM法得出層級有向圖，6個層級的分布符合學生的認知規(guī)律，在學生已經(jīng)有的功的知識基礎之上，進行拓展、拔高，一步一步引入能量的知識，以機械能為一個知識架構，在勢能與動能的相互轉(zhuǎn)化下引入機械能守恒定律。在進行教學之前，教師有了這樣的統(tǒng)籌規(guī)劃，在教學過程中必然會知道自己的教學思路，每一個知識點都不是孤立的。在教學過程中，我們需要將所有的知識點進行網(wǎng)絡構建，分出層級和學習階段，教學任務和目標會更加清楚。在過往的教學中，教師正是缺少了統(tǒng)籌規(guī)劃的意識，才導致教學思路混亂，雖說是按照教科書的知識點順序在教，但是卻割裂了知識點之間關系，容易加重學生的認知負擔，不符合學生的認知規(guī)律。在每一章的教學中，教師最好分析出知識結構，劃分出學習階段，明確每一個階段的教學目標，各個階段又是存在什么樣的關系。對教師而言是一個較好的教學藍圖，對于學生而言就是一個層次分明學習的階梯，既可以讓教師統(tǒng)籌地進行教學，又可以讓學生知道自己的學習規(guī)劃。

3.2 ? ?秉軸持鈞，抓住重難點知識

在整個高中物理學習中，學生需要學習很多的知識點，這些知識點的復雜、抽象程度各有不同，學生對其理解的程度亦有差異。所以，面對如此龐大的知識體系，教師必須攻克復雜、抽象且具有一定難度的知識點，厘清它們的邏輯關系，深刻分析繁難知識點。例如，就本章內(nèi)容而言，機械能守恒定律、動能定理及功能關系等都是高中物理教學中重要且具有難度的知識點，這三個知識點的掌握對于學生解決動力學及相關物理問題均有幫助。在物理教學中，教師需要抓住重難點知識，教學重心也必須放在重難點知識上，高中物理知識體系龐大，但是有的知識點確實不需要濃墨重彩。例如，從本章層級有向圖中可見，“功率”知識點雖處于最高級，但是只與“功”有直接形成關系，鏈路單一，不能作為教學重難點。在教學過程中，教師只需要理清功率與功的關系、明確功率的物理意義即可。而本章主題是“機械能守恒”，所以教師應該抓住“機械能”，注重分析功能關系，明確機械能守恒的條件，這樣才能抓住本章主干。如是，可以減輕學生的知識負擔，提高課堂教學效率。

3.3 ? ?循序漸進，建構知識邏輯體系

利用教科書的嚴密邏輯體系，培養(yǎng)學生科學思維。學生科學思維的形成，離不開教師有邏輯的教學。所以，教師要利用好教科書，循序漸進地幫助學生建構知識體系[7]。高中物理知識體系龐大，知識點錯綜復雜。但是，知識點之間存在著千絲萬縷的聯(lián)系，它們有著嚴謹?shù)倪壿嫿Y構，由易到難，由淺入深。就本章內(nèi)容而言，我們從功的知識開始學習，功的相關知識又是學生在初中已經(jīng)接觸過的，所以教師要以學生已有的知識為基礎，再進行拓展。學生理解做功的物理意義，再進行具體的性質(zhì)力做功教學，如是，第一階段“功”的學習就基本完成，第二、第三階段“能的學習和功能關系及定律的學習”都是在“做功”的基礎上進行，難度也是層層遞進。概而言之，本章機械能的學習是紐帶，做功的學習是基礎，功能關系的學習是拓展，機械能守恒定律的學習是重難點。所以，在教學中要讓學生形成這樣的學習思路，同時教師要分析每一章的知識結構，幫助學生建構知識邏輯順序，厘清教學順序，循序漸進地進行物理教學。

4 ? ?結束語

高中物理教科書的知識編排具有嚴謹?shù)倪壿嫿Y構，利用ISM法就是將這種邏輯結構以可視化的形式呈現(xiàn)。本文嘗試性地利用ISM法分析“機械能守恒定律”主題知識結構，旨在為教師提供教學思路，幫助學生進行結構化學習。在高中物理教學中，教師應該秉承2017版課標的理念與要求，即重視以學科大概念為核心，使課程內(nèi)容結構化，注重將學生對知識的關注從片面引向全局，使之達到縱觀全局的學習境界。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018：4.

[2]John N. Warfield， Raymond Fitz. Societal Systems： Planning Policy， Complexity[J].IEEE Transactions on Systems， Man， and Cybernetics，1977，7（10）：759-760.

[3]石蕊.基于ISM法的高中物理教材結構的比較研究[D].西安：陜西師范大學，2016：66-67.

[4]賴樹生，侯嘉勵.ISM方法在中學物理教材分析中的運用[J].內(nèi)蒙古師范大學學報（教育科學版），2012，25（06）：118-120.

[5]人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心.普通高中教科書物理必修第二冊[M].北京：人民教育出版社，2019：73-101.

[6]張月華，林惠花.基于ISM法的大氣專題人教版教材結構研究[J].地理教學，2021（19）：40-43+58.

[7]陶永杰，程小健，許君委.基于物理學科核心素養(yǎng)的人教版新舊教科書比較——以“速度”概念的建立為例[J].湖南中學物理，2021，36（08）：41-43+46.

（欄目編輯 ? ?劉 ? 榮）

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