大概念推進(jìn)高中物理結(jié)構(gòu)化教學(xué)研究

摘 要：大概念的發(fā)展呼吁整合意識的回歸，以此為中心設(shè)計教學(xué)有助于推進(jìn)高中物理結(jié)構(gòu)化教學(xué)。概述大概念具體內(nèi)涵及其在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用價值，以“靜電場”為大概念整合人教版《物理》高一必修第三冊第九章“靜電場及其應(yīng)用”和第十章“靜電場中的能量”兩章內(nèi)容，構(gòu)筑大單元，借此論述結(jié)合大概念推進(jìn)高中物理結(jié)構(gòu)化教學(xué)實施的具體策略。

關(guān)鍵詞：大概念；高中物理教學(xué)；結(jié)構(gòu)化；“靜電場”；大單元

作者簡介：潘華良（1981—），男，廣西壯族自治區(qū)賀州市富川瑤族自治縣民族中學(xué)。

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《新課標(biāo)》）提出：“（課程標(biāo)準(zhǔn)）進(jìn)一步精選了學(xué)科內(nèi)容，重視以學(xué)科大概念為核心，使課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)化，以主題為引領(lǐng)，使課程內(nèi)容情境化，促進(jìn)學(xué)科核心素養(yǎng)的落實?！痹凇缎抡n標(biāo)》的指導(dǎo)下，教師應(yīng)透徹認(rèn)識大概念，細(xì)致探索結(jié)合大概念開展結(jié)構(gòu)化教學(xué)的價值和具體策略。

一、大概念的具體內(nèi)涵

物理學(xué)的大概念集中反映學(xué)科本質(zhì)，具有相對穩(wěn)定性、共識性、統(tǒng)領(lǐng)性等共性，能將碎片化的知識整合在一起，以此為統(tǒng)籌、引領(lǐng)，從而幫助學(xué)生建立有結(jié)構(gòu)的“知識模型”或“學(xué)科大圖景”［1］。大單元和大概念是緊密關(guān)聯(lián)的，大概念必然要落實到單元教學(xué)中，大單元則是圍繞大概念來組織的以素養(yǎng)為目標(biāo)的單元，對實現(xiàn)結(jié)構(gòu)化教學(xué)具有指導(dǎo)作用。

二、基于大概念開展高中物理結(jié)構(gòu)化教學(xué)的價值

（一）有助于提高物理教學(xué)質(zhì)量

基于大概念組織高中物理結(jié)構(gòu)化教學(xué)，不僅符合《新課標(biāo)》現(xiàn)實要求，同時對提高教學(xué)質(zhì)量也有一定幫助。區(qū)別于傳統(tǒng)的教師講、學(xué)生聽的學(xué)習(xí)方式，在大概念引領(lǐng)下，學(xué)生需要主動參與探究活動，基于教師提供的大概念范疇拆解主題，完成相應(yīng)的學(xué)習(xí)任務(wù)，從中構(gòu)建完善的知識體系。在此過程中，學(xué)生自主性以及高階思維能力均能夠獲得有效發(fā)展，在理解大概念的同時，養(yǎng)成良好的自主探究與學(xué)習(xí)習(xí)慣。這樣，隨著學(xué)生的廣泛參與，課堂教學(xué)質(zhì)量也將得到提升。

（二）有助于促進(jìn)學(xué)生素養(yǎng)發(fā)展

《新課標(biāo)》強(qiáng)調(diào)的物理學(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)任四個方面。在大概念引領(lǐng)下的結(jié)構(gòu)化教學(xué)期間，教師根據(jù)教材內(nèi)容與知識結(jié)構(gòu)化特點合理設(shè)計大概念以及能夠體現(xiàn)核心素養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)，學(xué)生在目標(biāo)的引領(lǐng)下有針對性地參與物理學(xué)習(xí)活動，構(gòu)建學(xué)科與實際生活的聯(lián)系，通過順利解決問題實現(xiàn)科學(xué)思維的發(fā)展［2］。在動手、動腦學(xué)習(xí)物理知識的過程中，學(xué)生也能進(jìn)一步鞏固物理觀念，了解物理的本質(zhì)特點，通過科學(xué)探究的方式實現(xiàn)學(xué)用結(jié)合、理論與實踐相結(jié)合，感知物理在推動人類生產(chǎn)生活方面的積極作用。這樣，學(xué)生能逐漸從低階思維過渡至高階思維，順利提高學(xué)科核心素養(yǎng)。

（三）有助于推動學(xué)生深度學(xué)習(xí)

學(xué)科大概念通常表現(xiàn)為一個有用的原理或問題等，需要經(jīng)過持續(xù)性的探究整合和實踐反思才能獲得其意義。傳統(tǒng)教學(xué)中，部分教師在組織高中物理教學(xué)期間，習(xí)慣以單課時的視角開展教學(xué)活動，學(xué)生在學(xué)習(xí)中雖然能夠掌握單課時中的物理概念，但知識學(xué)習(xí)容易停留在淺層理解階段，整體遷移與運用能力較弱。學(xué)科大概念揭示了不同物理量、概念之間的關(guān)系，使得概念的內(nèi)涵不斷延伸與活化。在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生能夠借助大概念進(jìn)一步理清物理規(guī)律，將零散的經(jīng)驗、問題和規(guī)律整合在一起，建立知識之間的深層關(guān)系。長此以往，學(xué)生能逐漸擺脫淺層學(xué)習(xí)的桎梏，形成結(jié)構(gòu)化的知識網(wǎng)絡(luò)并走向深度學(xué)習(xí)，在理解知識的同時學(xué)會運用知識解決實際問題。

三、大概念推進(jìn)高中物理結(jié)構(gòu)化教學(xué)實施策略

高中物理教學(xué)中，教師應(yīng)以大概念為核心，整合與之相關(guān)的知識點，構(gòu)筑大單元，推動學(xué)生構(gòu)筑知識體系。人教版《物理》高一必修第三冊第九章“靜電場及其應(yīng)用”和第十章“靜電場中的能量”均與“靜電場”這一大概念相關(guān)，教師可將兩章內(nèi)容融合，圍繞“靜電場”組織大單元教學(xué)。以下是具體實施策略。

（一）整合教材內(nèi)容，設(shè)計結(jié)構(gòu)化教學(xué)目標(biāo)

將課程知識結(jié)構(gòu)化，提高學(xué)生的元認(rèn)知水平，實現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)的單一知識有效轉(zhuǎn)化為有結(jié)構(gòu)的知識體系是應(yīng)用大概念推進(jìn)結(jié)構(gòu)化教學(xué)實施的核心目標(biāo)。為保障教學(xué)活動的順利進(jìn)行，教師要基于大概念整合教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合《新課標(biāo)》和學(xué)生的學(xué)習(xí)經(jīng)歷等精心制訂大單元教學(xué)目標(biāo)，為學(xué)生提供明晰的學(xué)習(xí)方向，以可視化的形式幫助學(xué)生了解大概念的具體內(nèi)容，明確本次學(xué)習(xí)活動中自己應(yīng)達(dá)到的學(xué)習(xí)程度。

在“靜電場”這一大概念的指導(dǎo)下，教師可整合人教版《物理》高一必修第三冊第九章“靜電場及其應(yīng)用”和第十章“靜電場中的能量”兩章內(nèi)容，將電荷、電場、電場強(qiáng)度、電場力、電場力做功、電勢能、電勢以及靜電場的應(yīng)用等作為主要教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生通過有序的學(xué)習(xí)過程，逐步加深對“靜電場”這一概念的認(rèn)識，豐富“靜電場”相關(guān)知識體系內(nèi)容。《新課標(biāo)》中也有關(guān)于“靜電場”的描述，要求學(xué)生通過學(xué)習(xí)能用原子結(jié)構(gòu)模型和電荷守恒的知識分析靜電現(xiàn)象，知道點電荷模型，知道電場是一種物質(zhì)，了解生產(chǎn)生活中關(guān)于靜電的利用與防護(hù)。大部分學(xué)生在初中階段已經(jīng)了解了電荷、電流等基礎(chǔ)概念，但對“場”這一概念的理解存在困難，無法順利建立完善的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。因此，在本次教學(xué)活動中，教師可以圍繞“靜電場”這一大概念，依次延伸電場的物質(zhì)觀、電場的力的表征、電場的能的表征以及帶電粒子的運動觀等子概念，設(shè)計結(jié)構(gòu)化教學(xué)目標(biāo)。

（1）了解電荷的基本屬性，通過電荷之間產(chǎn)生的庫侖力、靜電感應(yīng)、靜電平衡，解釋摩擦起電、感應(yīng)起電和接觸起電的發(fā)生原理等，認(rèn)識電荷運動觀念與作用的相互性，拓寬和深化對能量的認(rèn)識。

（2）鍛煉學(xué)生的建模能力，運用類比的方法，結(jié)合萬有引力定律探索電荷間相互作用力，以及電場強(qiáng)度概念建構(gòu)中運用的“用物理量之比定義新物理量”，掌握科學(xué)思維方法。

（3）通過“靜電感應(yīng)”“探究影響電荷間相互作用力的因素”“研究空腔導(dǎo)體內(nèi)表面的電荷”等實驗發(fā)展科學(xué)探究能力，掌握收集數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)的一般方法，加強(qiáng)合作意識。

（4）感悟法拉第、庫侖等科學(xué)家在試驗中勇于創(chuàng)新、敢于質(zhì)疑的科學(xué)態(tài)度與精神，在了解靜電現(xiàn)象及技術(shù)在生活中應(yīng)用的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)物理知識與實際生產(chǎn)生活的聯(lián)系。

以此目標(biāo)，教師即可開展教學(xué)活動，帶領(lǐng)學(xué)生深入探尋“靜電場”，感悟物理知識的深厚魅力。

（二）解構(gòu)大概念，突出知識結(jié)構(gòu)化特征

1.依托素養(yǎng)目標(biāo)，設(shè)置大任務(wù)

以大概念視角統(tǒng)籌知識點，確定單元主題后，教師要篩選并逐級解構(gòu)單元大概念，依據(jù)子概念設(shè)計學(xué)習(xí)任務(wù)，幫助學(xué)生在自主探索與合作實踐中逐步完善知識網(wǎng)絡(luò)，形成解決問題的大思路?！办o電場”大單元以電場強(qiáng)度與電勢為核心，要求學(xué)生認(rèn)識“場”的物質(zhì)屬性，實現(xiàn)從“實物”到“場”的物質(zhì)觀念提升。在大任務(wù)的設(shè)計方面，教師可以根據(jù)核心素養(yǎng)要求，分為五個層級，即“認(rèn)識靜電現(xiàn)象”“描述電場”“電場的力的表征”“電場的能的表征”“電場的綜合應(yīng)用”，分別對應(yīng)五個設(shè)計任務(wù)：“探尋物體帶電方法并觀察靜電現(xiàn)象”“用電場線描繪電場分布情況并構(gòu)建點電荷物理模型”“類比萬有引力分析帶電體平衡問題”“分析電容器構(gòu)成，解析其充電以及放電的過程”“分析電場中帶電粒子的運動情況，舉出生活中的靜電事例”。以上任務(wù)圍繞大概念“靜電場”，體現(xiàn)了大單元次位概念：電場的物質(zhì)觀、電場的力的表征、電場的能的表征、帶電粒子的運動觀等，能夠幫助學(xué)生了解本次學(xué)習(xí)活動的具體任務(wù)安排，掌握“靜電場”部分知識的結(jié)構(gòu)化特點，使學(xué)生通過順利完成相應(yīng)任務(wù)發(fā)展核心素養(yǎng)。

2.結(jié)合生活實際，創(chuàng)設(shè)大情境

在探究大概念、指導(dǎo)學(xué)生合作實踐完成任務(wù)的過程中，教師要考慮到班級內(nèi)學(xué)生的個性化發(fā)展需求，嘗試以情境創(chuàng)設(shè)的方式進(jìn)行導(dǎo)入，以新穎、立體、直觀的景象吸引學(xué)生關(guān)注，引發(fā)他們對主題任務(wù)的探究熱情［3］。這樣，能夠順利建立實際生活與物理知識的聯(lián)系，在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的基礎(chǔ)上，形成結(jié)構(gòu)化的認(rèn)知體系，讓學(xué)生在情境的遞進(jìn)中產(chǎn)生思維活動，學(xué)會在情境中發(fā)現(xiàn)問題、解構(gòu)情境、解決問題，實現(xiàn)思維的深層發(fā)展。比如在研究任務(wù)“分析電場中帶電粒子的運動情況，舉出生活中的靜電事例”期間，教師可以在導(dǎo)入階段為學(xué)生播放視頻，引導(dǎo)學(xué)生觀察視頻中的內(nèi)容。視頻畫面展示加油站員工在加油站為車加油前觸摸靜電釋放器的景象，由此教師可以基于情境與學(xué)生展開對話：觸摸靜電釋放器的目的是什么？生活中的哪些運動可能會產(chǎn)生靜電？與學(xué)生生活息息相關(guān)的討論話題，能夠充分點燃學(xué)生的表達(dá)欲望與探究熱情。借此機(jī)會，教師再補(bǔ)充避雷針尖端放電、靜電除塵工作場景等案例，幫助學(xué)生更好地感知物理在生產(chǎn)生活中的重要作用。隨后，教師即可引導(dǎo)學(xué)生探究靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的特點，在班級參與研討會議，對“生活中的靜電效應(yīng)”進(jìn)行總結(jié)，在情境的支持下，打破學(xué)科與生活之間的壁壘。

3.基于核心概念，設(shè)計問題鏈

結(jié)構(gòu)化問題的原點是結(jié)構(gòu)化的情境，學(xué)生在應(yīng)用知識解決問題的過程中，反復(fù)經(jīng)歷“具體→抽象→具體”的認(rèn)知過程。教師需要生成系列層次性、階梯性、開放性、結(jié)構(gòu)性問題，以問題鏈的方式呈現(xiàn)，依托大概念進(jìn)行設(shè)計，凸顯知識的結(jié)構(gòu)化特點。在“靜電場”大單元學(xué)習(xí)期間，教師可以在設(shè)計五項學(xué)習(xí)任務(wù)后，依據(jù)任務(wù)要求設(shè)計問題。比如任務(wù)“探尋物體帶電方法并觀察靜電現(xiàn)象”要求學(xué)生觀察靜電現(xiàn)象，依托守恒定律解決帶電體問題。教師在教學(xué)組織期間可以引導(dǎo)學(xué)生思考“自然界有幾種電荷？”“如何才能使物體帶電？”“生活中有哪些物體帶電的實例？”“驗電器的原理是什么？”“怎樣描述電荷守恒定律？”這些問題，驅(qū)動學(xué)生合作完成實驗，對驗電器進(jìn)行改裝，分析其中體現(xiàn)的守恒思想。再如，在任務(wù)“用電場線描繪電場分布情況并構(gòu)建點電荷物理模型”的實踐中，教師可以設(shè)計“電場的本質(zhì)屬性是什么？”“電場線的特征是什么？”“電場強(qiáng)度和電場線分布情況有什么聯(lián)系？”這三個問題，使之組合成問題鏈的形式，幫助學(xué)生在探究中更好地了解場源電荷以及試探電荷這兩種電荷的區(qū)別。與此同時，大單元背景下需要學(xué)生記憶并積累的知識較多，為避免學(xué)生產(chǎn)生對大概念探究的抵觸心理，教師需要時刻監(jiān)測學(xué)情，根據(jù)學(xué)生表現(xiàn)降低或提升問題難度，保障每一位學(xué)生都能積極參與其中并取得收獲。

教師通過對大概念的深入分析，結(jié)合學(xué)生學(xué)習(xí)能力與認(rèn)知能力設(shè)計有效的教學(xué)指導(dǎo)方案，能夠充分反映學(xué)科的本質(zhì)與基本結(jié)構(gòu)，有助于學(xué)生完善知識建構(gòu)，在大概念的統(tǒng)領(lǐng)下感受物理學(xué)科的魅力與價值，繼而順利解決問題和完成任務(wù)，促進(jìn)物理知識的遷移應(yīng)用和形成結(jié)構(gòu)化的知識網(wǎng)絡(luò)。

（三）教學(xué)評一體，優(yōu)化結(jié)構(gòu)化評價機(jī)制

《新課標(biāo)》提倡評價應(yīng)關(guān)注學(xué)生的個體差異，幫助學(xué)生認(rèn)識自我，建立自信，改進(jìn)學(xué)習(xí)方式，發(fā)展核心素養(yǎng)。評價是教學(xué)活動中重要的組成部分，具有助教、導(dǎo)學(xué)的現(xiàn)實作用。在大概念統(tǒng)領(lǐng)下的大單元教學(xué)之中，為更好地發(fā)揮評價導(dǎo)向作用，實現(xiàn)教學(xué)評的一體化發(fā)展，教師需要采用多元化的評價方式，拓展評價主體，邀請學(xué)生參與到評價環(huán)節(jié)當(dāng)中，并以過程性評價與終結(jié)性評價相結(jié)合的方式設(shè)計評估標(biāo)準(zhǔn)，幫助學(xué)生通過可視化的評價表格了解自己的真實學(xué)習(xí)情況。這樣，更具結(jié)構(gòu)化的評價機(jī)制能夠?qū)崿F(xiàn)師生之間的良性互動，使教師更好地把握學(xué)生學(xué)習(xí)情況，完善教學(xué)設(shè)計，使學(xué)生了解自己在學(xué)習(xí)中存在的不足，及時查缺補(bǔ)漏，幫助雙方均獲得深層發(fā)展［4］?；趯W(xué)生的表現(xiàn)情況，教師以表格的方式呈現(xiàn)具體評價方案，并由師生雙方合理完成評價（見表1）。

基于表格反饋的評價信息，教師可以進(jìn)行整理，并集中做出解釋、說明，向?qū)W生提供有針對性的調(diào)整建議，確保學(xué)生能在評價的作用下更好地完善自我，調(diào)整自我，深化大概念，發(fā)展核心素養(yǎng)。

結(jié)語

綜上所述，在教育改革背景下組織結(jié)構(gòu)化教學(xué)，圍繞“靜電場”這一大概念實施大單元教學(xué)活動，有助于促進(jìn)物理教學(xué)打破碎片化的桎梏，走向素養(yǎng)的遷移與進(jìn)階，幫助學(xué)生更好地在學(xué)習(xí)期間完善知識結(jié)構(gòu)，提高自身核心素養(yǎng)。為此，教師要深入解讀《新課標(biāo)》具體要求，科學(xué)分析大概念、結(jié)構(gòu)化以及大單元之間的聯(lián)系，以促進(jìn)學(xué)生素養(yǎng)發(fā)展為目標(biāo)組織教學(xué)活動，凸顯學(xué)科育人價值，體現(xiàn)物理知識的內(nèi)在聯(lián)系以及規(guī)律。

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