淺談高中物理提高教學(xué)有效性的嘗試

徐秀萍

摘 要：通過對(duì)高中物理各單元思維障礙的統(tǒng)計(jì)分析，嘗試在認(rèn)知沖突中進(jìn)行知識(shí)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建，重視程序性知識(shí)的積累，并使之有序化，提高教學(xué)有效性。

關(guān)鍵詞：思維障礙；知識(shí)構(gòu)建；程序性知識(shí)；教學(xué)有效性

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2015）6-0011-3

如何教得有效，如何學(xué)得有效是教育長(zhǎng)期關(guān)注的核心問題。筆者用兩年時(shí)間，通過在單元復(fù)習(xí)課中采用“學(xué)案導(dǎo)學(xué)”教學(xué)模式，引導(dǎo)學(xué)生整理知識(shí)結(jié)構(gòu)，分析思維障礙，并就高中物理各單元知識(shí)的思維障礙，對(duì)三個(gè)教學(xué)班近120人進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合建構(gòu)主義認(rèn)知理論，在教學(xué)實(shí)踐中，嘗試在認(rèn)知沖突中進(jìn)行知識(shí)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建，重視學(xué)生程序性知識(shí)的積累，并使之有序化，提高學(xué)生解決問題的能力，實(shí)現(xiàn)“有效教學(xué)”。物理認(rèn)知結(jié)構(gòu)是學(xué)生頭腦中擁有的物理知識(shí)結(jié)構(gòu)，是學(xué)生對(duì)物理世界的觀念的加工和組織[1]。

眾所周知，房子建造之前首先要進(jìn)行地質(zhì)勘探。在教學(xué)中，就是要了解學(xué)生原有的知識(shí)結(jié)構(gòu)（前概念）。房子地面上的建造過程最起碼要經(jīng)歷兩個(gè)階段。第一階段是主體框架施工，一層一層往上造，相當(dāng)于新課學(xué)習(xí)。主體框架施工完成后，需要排布管、線，進(jìn)行裝修，相當(dāng)于單元復(fù)習(xí)（模塊復(fù)習(xí)）。與房子的建造類似，物理認(rèn)知結(jié)構(gòu)的構(gòu)建過程也可以分為兩個(gè)階段。第一階段是某一知識(shí)點(diǎn)（單元）知識(shí)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建階段，這一階段的重點(diǎn)是夯實(shí)基礎(chǔ)。因?yàn)椋挥兄R(shí)結(jié)構(gòu)的主要框架牢固而穩(wěn)定，知識(shí)結(jié)構(gòu)在豐富和完善的過程中才不會(huì)“變形”，甚至“倒塌”。

1 在原有知識(shí)結(jié)構(gòu)上，讓學(xué)生參與思維加工活動(dòng)，構(gòu)建物理概念

事實(shí)上，概念習(xí)得的過程是一個(gè)從具體物理現(xiàn)象中逐級(jí)“抽取”本質(zhì)特征的過程。

例如，高中物理的第一個(gè)概念——質(zhì)點(diǎn)。列舉：①研究列車從上海開到北京的運(yùn)動(dòng)（動(dòng)畫展示）；②研究地球繞太陽公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（動(dòng)畫展示）；③研究木塊從斜面上滑下（實(shí)驗(yàn)演示）。

引導(dǎo)學(xué)生“抽取”：物體的形狀、大小對(duì)研究的運(yùn)動(dòng)無關(guān)（或幾乎沒有影響），或者物體各點(diǎn)運(yùn)動(dòng)情況相同這一特征，構(gòu)建質(zhì)點(diǎn)的概念。

列舉：④研究列車通過一座橋的運(yùn)動(dòng)（圖片展示，列車和橋的長(zhǎng)度差別不明顯）；⑤研究地球的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；⑥研究削球時(shí)乒乓球的轉(zhuǎn)動(dòng)。在例子變式中，使概念的本質(zhì)特征得以留存，干擾因素被逐一排除。

《電場(chǎng)》中，電勢(shì)、電勢(shì)能的概念一直使學(xué)生產(chǎn)生思維障礙。因此，在教學(xué)中，教師就必須從學(xué)生的實(shí)際情況出發(fā)，逐步引導(dǎo)學(xué)生對(duì)電勢(shì)及電勢(shì)能的概念的正確理解。

步驟一：運(yùn)用類比學(xué)習(xí)抽象概念

電勢(shì)能類比重力勢(shì)能，電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能的變化關(guān)系類比重力做功與重力勢(shì)能的關(guān)系，通過類比思維方法把電勢(shì)能的概念納入到認(rèn)知結(jié)構(gòu)中。

電勢(shì)的概念也是與電場(chǎng)強(qiáng)度類比而來，但是，學(xué)生對(duì)一些概念理解得還不是很透徹，“電勢(shì)有正負(fù)，是一切正的電勢(shì)都大于負(fù)的，還是比較它們的絕對(duì)值？”“負(fù)電荷從A到B，外力作負(fù)功，A點(diǎn)電勢(shì)是否一定較高？”大部分學(xué)生仍然對(duì)電勢(shì)概念的認(rèn)知存在障礙。

步驟二：讓學(xué)生參與思維加工過程

與電場(chǎng)強(qiáng)度的定義一樣，對(duì)電勢(shì)的定義在類比的基礎(chǔ)上，進(jìn)行“稀釋還原”教學(xué)，讓學(xué)生參與思維加工過程。

1） 將理想化的正檢驗(yàn)電荷放入電場(chǎng)中一點(diǎn)，分析Ep/q。

2） 改變檢驗(yàn)電荷的電荷量，分析Ep/q。

3） 將電荷換成負(fù)檢驗(yàn)電荷，放入電場(chǎng)中同一點(diǎn)，分析Ep/q。

4） 改變檢驗(yàn)電荷的電荷量，分析Ep/q。

5） 改變電場(chǎng)中的位置，分析Ep/q。

6） 學(xué)生得出結(jié)論：不論正、負(fù)檢驗(yàn)電荷，Ep/q為恒量。一般情況下，不同的點(diǎn)，Ep/q不同。

我們把放入電場(chǎng)中某一點(diǎn)的電荷的電勢(shì)能跟它的電量的比值，叫做這一點(diǎn)的電勢(shì)，用φ表示。它反映了電場(chǎng)具有的性質(zhì)，與q的多少，正負(fù)，甚至檢驗(yàn)電荷是否存在都沒有關(guān)系。

讓學(xué)生經(jīng)歷一次與電場(chǎng)強(qiáng)度類似的過程，有助于電勢(shì)概念的習(xí)得。

步驟三：在變式中深化對(duì)概念的理解

7） 根據(jù)電勢(shì)定義，分析正點(diǎn)電荷周圍的電勢(shì)。

8） 根據(jù)電勢(shì)定義，分析負(fù)點(diǎn)電荷周圍的電勢(shì)。

9） 順著電場(chǎng)線移動(dòng)正點(diǎn)電荷，通過分析電勢(shì)能的變化，判斷電勢(shì)的變化。

10） 順著電場(chǎng)線移動(dòng)負(fù)點(diǎn)電荷，通過分析電勢(shì)能的變化，判斷電勢(shì)的變化。

……

在具體的情境中，以問題的形式分析電勢(shì)和電勢(shì)能，從而得出順著電場(chǎng)線電勢(shì)逐漸降低；正點(diǎn)電荷周圍電勢(shì)為正，負(fù)點(diǎn)電荷周圍電勢(shì)為負(fù)（無窮遠(yuǎn)處電勢(shì)能為零），深化了電勢(shì)的概念。

2 重視程序性知識(shí)的積累

現(xiàn)代認(rèn)知心理學(xué)根據(jù)知識(shí)的不同表征方式和作用，將知識(shí)分為陳述性知識(shí)和程序性知識(shí)。陳述性知識(shí)是個(gè)人具有有意識(shí)地提取線索，因而能直接陳述的知識(shí)，主要解決“是什么”和“為什么”一類的問題；程序性知識(shí)是個(gè)人沒有有意識(shí)地提取線索，只能借助某種作業(yè)形式間接推測(cè)其存在的知識(shí)，主要用來解決“怎么做”的問題。[2]

在物理教材中，陳述性知識(shí)處于顯性狀態(tài)，具有比較嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕Y(jié)構(gòu)，而程序性知識(shí)常常處于隱性狀態(tài)，不易被關(guān)注。其中，程序性知識(shí)中的一類——認(rèn)知策略，教材中幾乎沒有痕跡。

如果在學(xué)習(xí)中只關(guān)注“是什么”和“為什么”一類的問題，而對(duì)“怎么做”以及“怎樣去思考”“怎樣去學(xué)習(xí)”這類問題很少涉及，那么，必然會(huì)出現(xiàn)上課時(shí)聽得懂老師的講課，回到家也及時(shí)復(fù)習(xí)了，可是自己做題時(shí)，總覺得無從下手，進(jìn)行受力分析之后，如果物體一多，就不知道如何分析，也不知如何合理地將整體法和隔離法相結(jié)合來解題等類似問題。

《力和力的平衡》一節(jié)的24份復(fù)習(xí)記錄表中只有14份提及“受力分析”，《牛頓運(yùn)動(dòng)定律》中不能熟練地運(yùn)用整體法和隔離法，《圓周運(yùn)動(dòng)》中對(duì)公式掌握不熟練，不知道該用哪個(gè)公式，不能很快列出方程……縱觀學(xué)生思維障礙的典型實(shí)例，絕大部分列舉問題屬于程序性知識(shí)的構(gòu)建不足。

如何積累程序性知識(shí)呢？

方法一：明確對(duì)程序性知識(shí)的要求

由于程序性知識(shí)的隱含性，學(xué)習(xí)前要進(jìn)行分析和確認(rèn)。例如，拓展課程《摩擦力》，教材中介紹了有關(guān)概念，例題中隱含了利用平衡條件求靜摩擦力的方法，在確定學(xué)習(xí)目標(biāo)時(shí)就要明確：①會(huì)求滑動(dòng)摩擦力；②會(huì)求靜摩擦力。

方法二：在問題解決過程中，促進(jìn)程序性知識(shí)的生成

通過具體情境中的問題，如：

1） 手握住杯子時(shí)杯子受到的摩擦力（演示實(shí)驗(yàn)）。

2） 筷子插在米桶中提起，筷子受到的摩擦力（演示實(shí)驗(yàn)）。

3） 用彈簧秤拉水平桌面上重10 N的木塊，拉力依次為2 N、5 N，木塊均不動(dòng)，求桌面對(duì)木塊的摩擦力？當(dāng)彈簧秤的拉力增加為8 N時(shí)，木塊剛好被拉動(dòng)。木塊在運(yùn)動(dòng)過程中，彈簧秤示數(shù)略微減小至7.5 N，求桌面對(duì)木塊的摩擦力？你能計(jì)算出木塊與桌面之間的摩擦系數(shù)嗎？

在問題解決過程中，學(xué)生生成了程序性知識(shí)：

1）如果要計(jì)算摩擦力，首先應(yīng)該依據(jù)兩接觸面是否發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，判斷是屬于靜摩擦力還是滑動(dòng)摩擦力？

2）如果屬于靜摩擦力，靜摩擦力屬于被動(dòng)力，根據(jù)物體的平衡條件進(jìn)行判斷。

3）如果屬于滑動(dòng)摩擦力，根據(jù)f=μN(yùn)進(jìn)行判斷。

方法三：在變式中將程序性知識(shí)內(nèi)化為智慧技能

按照現(xiàn)代認(rèn)知心理學(xué)的觀點(diǎn)：不同知識(shí)類型應(yīng)該有不同的學(xué)習(xí)目標(biāo)和學(xué)習(xí)過程，陳述性知識(shí)一般要求“懂”，而程序性知識(shí)則要求“會(huì)”和“熟”。那些上課一聽就懂，題目卻不會(huì)做的學(xué)生，主要問題可能出在，對(duì)程序性知識(shí)只停留在“懂”的層次，沒有對(duì)學(xué)習(xí)任務(wù)不斷的接觸和反應(yīng)，形成某種熟練技能。

例如，《摩擦力》中，可以通過以下變式訓(xùn)練，將程序性知識(shí)內(nèi)化為智慧技能。

4）用20 N的水平力把重10 N的木塊按在豎直墻壁上靜止，求墻壁對(duì)木塊的摩擦力？如果水平力減小至8 N，發(fā)現(xiàn)木塊開始下滑，木塊與墻壁之間的動(dòng)摩擦系數(shù)為0.5，求墻壁對(duì)木塊的摩擦力？

5）如果重10 N的木塊是被按在兩塊板之間靜止不動(dòng)，兩邊均用水平推力20 N，求木塊所受的摩擦力？木塊與墻壁之間的動(dòng)摩擦系數(shù)為0.5，問至少要用多大的平行于兩塊板的力拉動(dòng)木塊，才能使木塊移動(dòng)？（設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力）

6）思考：如果10 N的木塊放置在傾角為30 °的斜面上，木塊與斜面之間動(dòng)摩擦系數(shù)為0.5，求：如果木塊靜止不動(dòng)，斜面對(duì)木塊的摩擦力？如果木塊沿斜面下滑，斜面對(duì)木塊的摩擦力？

認(rèn)知策略是程序性知識(shí)的一種類型，是對(duì)內(nèi)調(diào)控的技能，調(diào)節(jié)和制約著學(xué)習(xí)的過程。認(rèn)知策略的學(xué)習(xí)受個(gè)體自我認(rèn)知發(fā)展水平的制約。對(duì)自己認(rèn)知過程和結(jié)果的認(rèn)知被稱為“反省認(rèn)知”，也被譯為“元認(rèn)知”。長(zhǎng)期堅(jiān)持提高元認(rèn)知水平將有助于認(rèn)知策略的習(xí)得。

3 促進(jìn)知識(shí)有序化

認(rèn)知心理學(xué)把人的認(rèn)知過程假設(shè)為信息加工過程，信息貯存的質(zhì)量關(guān)系到提取的能力。這就要求我們貯存的知識(shí)不能是孤立的，應(yīng)有橫向和縱向的比較和聯(lián)系，形成有層次的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)體系。這也是學(xué)習(xí)的第二個(gè)階段——單元復(fù)習(xí)（模塊復(fù)習(xí)）階段要實(shí)現(xiàn)的學(xué)習(xí)目標(biāo)之一。

步驟一：指導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建知識(shí)結(jié)構(gòu)圖

鼓勵(lì)學(xué)生沿“主線—網(wǎng)絡(luò)—立體結(jié)構(gòu)”建立知識(shí)結(jié)構(gòu)圖。

例如，在力學(xué)模塊中，主線是力和運(yùn)動(dòng)、功和能。以力和運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ)，不斷演繹力的瞬時(shí)效應(yīng)（牛頓第二定律）、空間累積效應(yīng)（動(dòng)能定理）和守恒定律（機(jī)械能守恒定律），可以略微補(bǔ)充介紹力的時(shí)間積累效應(yīng)（動(dòng)量定理）和動(dòng)量守恒定律。學(xué)生如果有這樣的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，在解決具體問題時(shí)就越容易形成雙向推演的過程。

步驟二：注重知識(shí)的比較和聯(lián)系

步驟三：在交流和評(píng)價(jià)中完善

在交流與評(píng)價(jià)“知識(shí)結(jié)構(gòu)圖”的環(huán)節(jié)中，在各小組的知識(shí)結(jié)構(gòu)圖中，選擇1～2組內(nèi)容有特色的，印發(fā)給各個(gè)小組，讓所有同學(xué)幫她們一起以完善的方式引起認(rèn)知的沖突，構(gòu)建新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。通過知識(shí)結(jié)構(gòu)圖的構(gòu)建和學(xué)習(xí)中的反思，有助于促進(jìn)知識(shí)的有序化。

參考文獻(xiàn)：

[1]梁樹森.物理學(xué)習(xí)論[M].南寧：廣西教育出版社，1996.

[2]皮連生.學(xué)與教的心理學(xué)[M].上海：華東師范大學(xué)出版社，2003.

（欄目編輯 趙保鋼）