基于結(jié)構(gòu)化知識(shí)培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)研究

周小蘭　朱鳳鳴　馬龍　彭蕓

摘? ?要：結(jié)構(gòu)化知識(shí)有利于學(xué)生掌握學(xué)科的核心概念和思想方法，更利于知識(shí)的遷移、應(yīng)用及創(chuàng)新，能為學(xué)生適應(yīng)未來(lái)信息爆炸的時(shí)代打好基礎(chǔ)。一些教師缺乏將知識(shí)結(jié)構(gòu)化的意識(shí)，難以實(shí)施結(jié)構(gòu)化教學(xué)。以結(jié)構(gòu)化知識(shí)組織單元教學(xué)的策略，在教學(xué)實(shí)踐中效果良好，優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)模式，可以提升學(xué)生的核心素養(yǎng)，推進(jìn)區(qū)域新課改實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)化知識(shí)；學(xué)科大概念；教學(xué)策略；單元教學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-6148（2023）3-0006-3

1? ? 問(wèn)題提出

當(dāng)代教師多數(shù)是接受散點(diǎn)和堆棧式教學(xué)成長(zhǎng)起來(lái)的，這部分教師對(duì)于所教知識(shí)并沒(méi)有結(jié)構(gòu)化的意識(shí)。這就導(dǎo)致他們的學(xué)生接受的知識(shí)也是散點(diǎn)式的、堆棧式的，很難將知識(shí)遷移于新情境。

認(rèn)知派的教育心理學(xué)家布魯納認(rèn)為，人頭腦中的編碼系統(tǒng)會(huì)將有關(guān)類(lèi)別按照層次結(jié)構(gòu)作出安排，較低級(jí)的類(lèi)別比較具體，較高級(jí)的類(lèi)別比較一般。這種結(jié)構(gòu)就是認(rèn)知結(jié)構(gòu)，一種內(nèi)在的編碼系統(tǒng)。認(rèn)知結(jié)構(gòu)是人進(jìn)行推理活動(dòng)時(shí)的參照框架，是人在感知外界時(shí)用來(lái)作為分類(lèi)的模式，也為新信息的加工提供依據(jù)［1］。

基于上述矛盾和認(rèn)知結(jié)構(gòu)理論，筆者認(rèn)為結(jié)構(gòu)化知識(shí)有利于學(xué)生掌握學(xué)科的核心概念和思想方法，更利于知識(shí)的遷移、應(yīng)用及創(chuàng)新。但目前相關(guān)的研究比較少，因此探索出高中物理結(jié)構(gòu)化知識(shí)的教學(xué)策略，是當(dāng)前培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的關(guān)鍵。

2? ? 關(guān)于物理學(xué)科大概念

要將知識(shí)結(jié)構(gòu)化必須要先找到物理知識(shí)結(jié)構(gòu)中的上位概念，即物理的大概念——核心概念?！镀胀ǜ咧形锢碚n程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》［2］中指出，物理學(xué)科核心素養(yǎng)主要包括“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”四個(gè)方面，其中“物理觀念”主要包括運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念、物質(zhì)觀念、能量觀念等要素。

而在《科學(xué)教育的原則和大概念》［3］中列出了10個(gè)科學(xué)概念，其中與物理有關(guān)的科學(xué)概念有4個(gè)，分別是：宇宙中所有的物質(zhì)都是由很小的微粒構(gòu)成的；物體可以對(duì)一定距離以外的其他物體產(chǎn)生作用；改變一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)需要有凈力作用于其上；當(dāng)事物發(fā)生變化或被改變時(shí)，會(huì)發(fā)生能量的轉(zhuǎn)化，但是在宇宙中能量的總量總是不變的。

以上大概念將是后續(xù)結(jié)構(gòu)化知識(shí)中物理學(xué)科的核心概念的依據(jù)，由此得到物理核心概念圖，如圖1所示。本研究認(rèn)為，在具體的知識(shí)結(jié)構(gòu)化的過(guò)程中，應(yīng)加入更上位的概念，如跨學(xué)科甚至是哲學(xué)層面的概念。

美國(guó)國(guó)家研究委員會(huì)將“跨學(xué)科概念”定義為：跨學(xué)科概念是跨越了學(xué)科界限的概念，它們?cè)诳茖W(xué)、數(shù)學(xué)和技術(shù)等領(lǐng)域經(jīng)常出現(xiàn)，并且這些概念對(duì)解釋現(xiàn)象、形成理論、進(jìn)行觀察或設(shè)計(jì)方案等方面有很大的幫助［4］。美國(guó)《K-12科學(xué)教育框架：實(shí)踐、跨學(xué)科概念和核心概念》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《框架》）確定了7個(gè)跨學(xué)科概念，目的是為了給學(xué)生提供一個(gè)用以理解世界的知識(shí)構(gòu)架，并且讓學(xué)生可以跨年齡段、跨學(xué)科地理解和深入學(xué)科的核心概念。下面列出了《框架》中的跨學(xué)科概念，分別是：模式，原因和結(jié)果，尺度、比例和數(shù)量，系統(tǒng)和系統(tǒng)模型，能量和物質(zhì)，結(jié)構(gòu)和功能，穩(wěn)定和變化［5］。

3? ? 關(guān)于課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)化

下面以“物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)”主題為例，說(shuō)明如何將知識(shí)結(jié)構(gòu)化，如圖2所示。

4? ? 指向?qū)W科大概念的高中物理課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)化教學(xué)策略

4.1? ? 結(jié)構(gòu)化教學(xué)策略的理論依據(jù)

布魯納根據(jù)認(rèn)知結(jié)構(gòu)理論提出了學(xué)習(xí)與教學(xué)原則的第一條，即注重知識(shí)結(jié)構(gòu)。布魯納所指的知識(shí)結(jié)構(gòu)不僅包括某一學(xué)術(shù)領(lǐng)域的一般原理，還包括學(xué)習(xí)的方法和態(tài)度，是該學(xué)術(shù)領(lǐng)域的基本觀念［1］。注重知識(shí)結(jié)構(gòu)的教學(xué)方法意味著不再逐一陳列知識(shí)，而應(yīng)以知識(shí)模塊為單元清晰呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在的物理教材都是將一個(gè)模塊的知識(shí)放在一個(gè)單元的，所以物理知識(shí)結(jié)構(gòu)化教學(xué)落實(shí)到平時(shí)的教學(xué)中當(dāng)以單元為單位展開(kāi)，即單元教學(xué)。

同為認(rèn)知心理學(xué)家的奧蘇伯爾提出了認(rèn)知同化理論，該理論認(rèn)為學(xué)生是通過(guò)新信息與他們認(rèn)知結(jié)構(gòu)中已經(jīng)存在的觀念發(fā)生相互作用來(lái)完成有意義學(xué)習(xí)的，這種相互作用使得新知和舊知發(fā)生有意義的同化。根據(jù)新舊觀念的概括水平及其聯(lián)系方式的不同，奧蘇伯爾提出了3種認(rèn)知同化過(guò)程：下位學(xué)習(xí)、上位學(xué)習(xí)、組合學(xué)習(xí)［1］。

結(jié)構(gòu)化單元教學(xué)的思想是以核心概念貫穿始終，且按照奧蘇伯爾的理論下位學(xué)習(xí)比上位學(xué)習(xí)更容易，故在單元教學(xué)之前就應(yīng)先帶領(lǐng)學(xué)生回顧涉及本單元知識(shí)的上位概念及結(jié)構(gòu)，再將具體知識(shí)嵌入相應(yīng)的結(jié)構(gòu)中。確保以上位概念指導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)，同時(shí)又以具體知識(shí)的學(xué)習(xí)促進(jìn)學(xué)生對(duì)上位概念的理解，逐漸趨近物理的核心概念。但這并不意味著結(jié)構(gòu)化知識(shí)學(xué)習(xí)中只有下位學(xué)習(xí)，一般而言，就像人類(lèi)認(rèn)識(shí)世界之初先由基本事實(shí)歸納得出一般性規(guī)律一樣，在接觸新的領(lǐng)域時(shí)也有一個(gè)自下而上的上位學(xué)習(xí)過(guò)程。所以，學(xué)生學(xué)習(xí)新知的過(guò)程往往是下位學(xué)習(xí)和上位學(xué)習(xí)交替的組合學(xué)習(xí)過(guò)程。

4.2? ? 以結(jié)構(gòu)化知識(shí)組織單元教學(xué)策略

下面以教科版教材選修3-4的第一章“機(jī)械振動(dòng)”為例，來(lái)說(shuō)明如何實(shí)施結(jié)構(gòu)化單元教學(xué)。

一是教師根據(jù)物理大概念分主題、分單元整理物理知識(shí)結(jié)構(gòu)化體系，類(lèi)似于圖2。做好結(jié)構(gòu)化知識(shí)教學(xué)的前提是先做到物理知識(shí)結(jié)構(gòu)化。

二是制訂單元教學(xué)目標(biāo)。單元教學(xué)目標(biāo)的確立依據(jù)首先為課程標(biāo)準(zhǔn)，其次是教師對(duì)物理學(xué)科和結(jié)構(gòu)化知識(shí)的理解以及對(duì)班級(jí)學(xué)生學(xué)情的了解，然后制訂出如圖3所示的單元教學(xué)目標(biāo)。

三是單元教學(xué)中學(xué)生在教師指導(dǎo)下進(jìn)行上下位學(xué)習(xí)（圖4）。

四是單元結(jié)束時(shí)指導(dǎo)學(xué)生以建構(gòu)結(jié)構(gòu)化知識(shí)為目的的反思學(xué)習(xí)，即單元的上位學(xué)習(xí)。

4.3? ? 單元教學(xué)的效果

通過(guò)在實(shí)驗(yàn)班進(jìn)行三個(gè)月的結(jié)構(gòu)化單元教學(xué)試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)班學(xué)生的物理成績(jī)和對(duì)照班相比有了明顯的進(jìn)步。實(shí)驗(yàn)班的物理平均分相較于對(duì)照班從高出1分左右到高出4分多，優(yōu)秀率從持平到高出6個(gè)百分點(diǎn)，合格率從高出2個(gè)百分點(diǎn)到高出8個(gè)百分點(diǎn)。另外，在一些創(chuàng)新題型上實(shí)驗(yàn)班的學(xué)生得分率明顯高于對(duì)照班，這也說(shuō)明結(jié)構(gòu)化教學(xué)有利于學(xué)生知識(shí)的遷移。

5? ? 結(jié)? 語(yǔ)

當(dāng)今世界已進(jìn)入知識(shí)海量增長(zhǎng)的時(shí)代，大國(guó)的競(jìng)爭(zhēng)最終是人才的競(jìng)爭(zhēng)。人才不在于掌握了超凡的知識(shí)量，人才的首要特征是具有創(chuàng)造性。而由于高考的指揮棒效應(yīng)，縱然經(jīng)歷了多輪課改，廣大師生仍免不了忙于應(yīng)試，這也使得中國(guó)的青少年在國(guó)際上的創(chuàng)造力排名不佳。然而，高考仍然是目前最公平的人才選拔方式，無(wú)可替代。結(jié)構(gòu)化單元教學(xué)是以布魯納和奧蘇伯爾的認(rèn)知結(jié)構(gòu)理論為依據(jù)，在不增加學(xué)生學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)的前提下，以知識(shí)為載體幫助學(xué)生在頭腦中建立正確的、包容性更強(qiáng)、更利于知識(shí)正向遷移的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，從而提高學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)，提高學(xué)生的創(chuàng)造力，最終實(shí)現(xiàn)新課程改革的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

［1］陳琦，劉儒德.當(dāng)代教育心理學(xué)（第3版）［M］.北京：北京師范大學(xué)出版社，2019.

［2］中華人民共和國(guó)教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）［S］.北京：人民教育出版社，2020：4.

［3］溫·哈倫.科學(xué)教育的原則和大概念［M］.韋鈺，譯.北京：科學(xué)普及出版社，2011：23.

［4］National Research Council. A Framework for the New K-12 Science Education： Practices， Crosscutting Concepts， and Core Ideas［S］. Washington，D.C： The National Academies Press，2011.

［5］美國(guó)科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)制定委員會(huì).新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)［M］.葉兆寧，楊元魁，周建中，譯.北京：中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，2020.（欄目編輯? ? 趙保鋼）

收稿日期：2022-06-19

基金項(xiàng)目：成都市高新區(qū)教育發(fā)展中心專(zhuān)項(xiàng)課題“基于結(jié)構(gòu)化知識(shí)培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)研究”（GX202082）。

作者簡(jiǎn)介：周小蘭（1983-），女，中學(xué)一級(jí)教師，主要從事中學(xué)物理教學(xué)和研究。