探究物理陳述性與程序性知識(shí)的教學(xué)

摘?要：本文從理論和教學(xué)實(shí)踐兩方面來探究物理陳述性知識(shí)和程序性知識(shí)的教學(xué)策略。借鑒心理學(xué)中關(guān)于知識(shí)分類的方法，對物理陳述性和程序性知識(shí)進(jìn)行分類，并且提出了物理陳述性知識(shí)和程序性知識(shí)的一般教學(xué)模型。本文以“物質(zhì)的密度”一節(jié)的教學(xué)案例為例，來探究物理陳述性知識(shí)和程序性知識(shí)在教學(xué)中的實(shí)際應(yīng)用。利用現(xiàn)代知識(shí)觀來進(jìn)行物理教學(xué)設(shè)計(jì)，有利于打造優(yōu)質(zhì)高效的課堂教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生核心知識(shí)和能力共同發(fā)展。

關(guān)鍵詞：陳述性知識(shí);程序性知識(shí);物理教學(xué)

一、 引言

根據(jù)現(xiàn)代認(rèn)知心理學(xué)，物理知識(shí)可以分為陳述性知識(shí)和程序性知識(shí)。物理陳述性知識(shí)是關(guān)于“是什么”的知識(shí)，主要關(guān)于物理的概念、規(guī)律、公式、單位等方面;物理程序性知識(shí)是關(guān)于“怎么做”的知識(shí)，是解決問題時(shí)的一套操作步驟，主要關(guān)于物理技能、算法，以及何時(shí)使用物理知識(shí)等方面。在物理教學(xué)中，陳述性知識(shí)和程序性知識(shí)有很大的差異，而很多中學(xué)老師往往會(huì)忽略知識(shí)的不同特點(diǎn)，不加區(qū)分地采用相同的教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)。

二、物理陳述性知識(shí)和程序性知識(shí)的教學(xué)策略

（一） 物理陳述性知識(shí)的教學(xué)策略

陳述性知識(shí)是相對靜態(tài)的知識(shí)，其運(yùn)用形式是輸入信息的再現(xiàn)。針對陳述性知識(shí)的特點(diǎn)，我國教育心理學(xué)家皮連生提出的陳述性知識(shí)教學(xué)的一般模型，如圖1（a）所示，大致分為以下幾個(gè)方面。

1. 引起與維持注意

在教師上課時(shí)，必須要引起學(xué)生注意，引出教學(xué)預(yù)期目標(biāo)。在物理教學(xué)過程中，一般通過課堂實(shí)驗(yàn)、生活素材、知識(shí)疑難、科學(xué)史料等方面去創(chuàng)設(shè)情境，引入陳述性知識(shí)。

2. 促進(jìn)新舊知識(shí)相互融合

從心理表征來看，陳述性知識(shí)可以用命題與命題網(wǎng)絡(luò)、表象、線性排序及綜合圖示來表征。在講解陳述性知識(shí)時(shí)，可以利用框架圖，有意識(shí)地把有關(guān)的概念、公式歸納在一起，形成一個(gè)個(gè)命題網(wǎng)絡(luò)，便于學(xué)生學(xué)習(xí)和理解。

3. 促進(jìn)認(rèn)知結(jié)構(gòu)改組與重建

在教學(xué)過程中，要教給學(xué)生復(fù)習(xí)和記憶的策略。從激活和提取來看，陳述性知識(shí)的激活速度比較慢，提取過程是一個(gè)有意義的搜索過程。在物理教學(xué)過程中一般采用比較法、質(zhì)疑法、擴(kuò)展引申法、演示實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)法。

4. 測量與評價(jià)陳述性知識(shí)的掌握情況

陳述性知識(shí)學(xué)習(xí)速度很快，但是遺忘速度也快。在教學(xué)過程中采用復(fù)述的策略，比如要求學(xué)生口頭上或書面陳述的方式，來檢測陳述性知識(shí)的學(xué)習(xí)情況。在檢測時(shí)，不能機(jī)械地檢測記憶情況。

（二） 物理程序性知識(shí)的教學(xué)策略

程序性知識(shí)是相對動(dòng)態(tài)的知識(shí)，個(gè)人不用有意識(shí)地提取線索。皮連生根據(jù)程序性知識(shí)的特點(diǎn)，提出程序性知識(shí)的一般教學(xué)模式，如圖1（b）表示，陳述性知識(shí)的教學(xué)過程與程序性知識(shí)的教學(xué)過程的前四個(gè)階段是一致的。因?yàn)樵诔绦蛐灾R(shí)教學(xué)的第一階段是對陳述性知識(shí)的教學(xué)。在陳述性知識(shí)教學(xué)的基礎(chǔ)上，程序性知識(shí)的教學(xué)模式大概為以下幾個(gè)方面。

1. 展開性策略

從心理表征來看，程序性知識(shí)以產(chǎn)生式表征并以產(chǎn)生式系統(tǒng)儲(chǔ)存，即頭腦中儲(chǔ)存一系列以“如果……那么……”形式表征的規(guī)則。在教學(xué)之前把教學(xué)目標(biāo)細(xì)化，程序性知識(shí)主要分為動(dòng)作技能、智慧技能、認(rèn)知技能三個(gè)方面。如在物理動(dòng)作技能中的實(shí)驗(yàn)技能。實(shí)驗(yàn)技能具體包括：熟練操作某種儀器、掌握數(shù)據(jù)處理的方法和制作物理模型等。教師在做演示實(shí)驗(yàn)時(shí)，盡可能降低示范速度，提供系統(tǒng)的、展開的、準(zhǔn)確的過程，并且把每一步操作步驟都解釋清楚。

2. 建模策略

這是陳述性知識(shí)向程序性知識(shí)轉(zhuǎn)化的一個(gè)過程。在物理教學(xué)過程中，通過公式變形、類比遷移、探究實(shí)驗(yàn)等教學(xué)方法，由簡單到復(fù)雜，順應(yīng)學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的規(guī)律展開教學(xué)。在教學(xué)過程中應(yīng)注意，引導(dǎo)學(xué)生自己分析問題，弄清楚邏輯關(guān)系，通過已有條件探究未知物理量，再建立解決問題的一套操作程序。

3. 提供練習(xí)和反饋

程序性知識(shí)只有通過訓(xùn)練才能熟練地掌握，在學(xué)生已經(jīng)建立一定物理模型的基礎(chǔ)上，一定要多加練習(xí)才能運(yùn)用程序性知識(shí)解決問題。在物理教學(xué)過程中，教師會(huì)為學(xué)生提供大量變式練習(xí)，并且通過及時(shí)反饋來提高練習(xí)效果，促進(jìn)學(xué)生程序性知識(shí)的掌握。在教師設(shè)置變式練習(xí)時(shí)應(yīng)注意，應(yīng)當(dāng)創(chuàng)設(shè)不同情境，進(jìn)行實(shí)例練習(xí);設(shè)置的題型要根據(jù)學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)，有層次、梯度地進(jìn)行練習(xí)，不能陷入題海戰(zhàn)術(shù)，進(jìn)行“填鴨式”訓(xùn)練。教師要及時(shí)對學(xué)生的練習(xí)進(jìn)行反饋，不僅要顯示學(xué)生正確與否，還要分析學(xué)生錯(cuò)誤的原因。

三、 教學(xué)案例

在《物質(zhì)的密度》一節(jié)中，主要是引導(dǎo)中學(xué)生關(guān)注生活中關(guān)于密度的知識(shí)和現(xiàn)象，能用密度知識(shí)來解決生活中的實(shí)際問題。其中理解密度的概念是本節(jié)內(nèi)容的重點(diǎn)，密度的概念是屬于陳述性知識(shí)，回顧用比值定義法來定義速度的方法，利用實(shí)驗(yàn)探究法來對密度進(jìn)行“比值”定義;理解“密度是物質(zhì)本身一種特質(zhì)”是本節(jié)難點(diǎn)，通過密度進(jìn)行“比值”定義的數(shù)據(jù)分析，歸納出結(jié)論。本節(jié)中密度單位、含義及寫法讀法，單位之間的換算值都是陳述性知識(shí)，可以利用陳述性知識(shí)框架圖的方法來加深對知識(shí)的理解和記憶;運(yùn)用密度公式來解決問題，是程序性知識(shí)，通過建立一般物理模型來進(jìn)行應(yīng)用。

（一） 發(fā)現(xiàn)特征，建立概念

在上課時(shí)引導(dǎo)學(xué)生對木塊、銅塊、鐵塊、鋁塊以及一杯水和一杯酒精進(jìn)行辨別。利用物質(zhì)的狀態(tài)、顏色、氣味、堅(jiān)硬程度等特性。指出：特性指物質(zhì)本身具有的，能進(jìn)行相互區(qū)別、辨認(rèn)的一種性質(zhì)，例如顏色、氣味、味道、硬度等都是物質(zhì)的特性。給出顏色、形狀相同的木塊、鐵塊，讓學(xué)生判斷。學(xué)生可能會(huì)對比物質(zhì)的質(zhì)量，引導(dǎo)學(xué)生思考，為什么相同體積的鐵塊比木塊重;來引出物質(zhì)的另外一種屬性。在引入新課時(shí)，利用課堂實(shí)驗(yàn)、生活素材直觀地來引起學(xué)生注意，有意識(shí)地把顏色、氣味、味道、硬度等物質(zhì)的特性放在一起來引入，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，有利于學(xué)生命題網(wǎng)路的形成。

用質(zhì)量和體積兩個(gè)物理量的比來表示密度，對學(xué)生來說存在一定的難度。通過類比和遷移，回顧用比值定義法來定義速度的方法。利用學(xué)生最近的發(fā)展區(qū)，設(shè)計(jì)一個(gè)學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)“探究同種物質(zhì)、不同種物質(zhì)的質(zhì)量與體積的關(guān)系”。

通過老師給予的實(shí)驗(yàn)器材設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，探究同種物質(zhì)與不同種物質(zhì)的質(zhì)量和體積到底有什么樣的關(guān)系。

實(shí)驗(yàn)器材：托盤天平、銅塊、鐵塊、鋁塊三種，每種都有10 cm3、20 cm3、30

cm3。學(xué)生通過分組實(shí)驗(yàn)，測量幾種不同體積物質(zhì)的質(zhì)量，記錄數(shù)據(jù)（見表1），繪制圖像。分析同種物質(zhì)質(zhì)量與體積的關(guān)系。再綜合不同小組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析不同種物質(zhì)質(zhì)量和體積的關(guān)系。

通過實(shí)驗(yàn)可見，不同物質(zhì)的質(zhì)量與體積的比值不同，相同物質(zhì)質(zhì)量與體積比值相同，物質(zhì)種類與這個(gè)比值息息相關(guān)，所以，這個(gè)比值能夠反映出物質(zhì)的特性。由此引出密度的概念。

（二） 陳述概念，加深記憶

在物理學(xué)中，某種物質(zhì)單位體積的質(zhì)量叫做這種物質(zhì)的密度。由密度定義推出密度公式，用ρ表示密度，m表示質(zhì)量，V表示體積，計(jì)算密度的公式寫作ρ=m/V。

密度的單位g/cm3或者kg/m3以及它們之間的換算。教師呈現(xiàn)密度知識(shí)的框架圖，如圖2所示，通過直觀的框架圖，讓學(xué)生一目了然地了解信息，有助于學(xué)生理解和記憶。為了加深學(xué)生的記憶，需要學(xué)生口頭或書面復(fù)述。并且在教學(xué)過程中要求學(xué)生在書上或者筆記本上做好相應(yīng)的筆記，不僅要記下知識(shí)點(diǎn)，還需要記下教師的分析過程。這樣有利于學(xué)生對知識(shí)的編碼儲(chǔ)存，便于初中學(xué)生更好地理解記憶。

（三） 應(yīng)用程序，解決問題

換算單位的應(yīng)用以及密度的應(yīng)用，是屬于程序性知識(shí)，程序性知識(shí)習(xí)得慢，遺忘也慢，但遇見問題時(shí)激活速度快。面臨實(shí)際的問題時(shí)，應(yīng)用相應(yīng)的公式概念來運(yùn)算和操作，來考查學(xué)生應(yīng)用概念以及公式的能力。很多學(xué)生學(xué)習(xí)公式、定義、定律學(xué)得很好，也能復(fù)述表達(dá)，但遇到實(shí)際問題就不能很好地解決，往往是練習(xí)太少了。在教師設(shè)計(jì)程序性知識(shí)練習(xí)時(shí)，應(yīng)注意遵循學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)。習(xí)題由淺入深，循序漸進(jìn)，從簡單的帶模型化的到綜合復(fù)雜比較靈活的習(xí)題。注意在設(shè)計(jì)變式練習(xí)時(shí)，教師應(yīng)使用截然不同的例子進(jìn)行練習(xí)，可以促進(jìn)學(xué)生理解和概括。在反饋時(shí)，不僅要顯示學(xué)生行為是否正確，而且要指明原因，如果學(xué)生做錯(cuò)了，一定要指出學(xué)生錯(cuò)在什么地方。變式練習(xí)設(shè)計(jì)如下：

【例1】查課本上表格，回答：水的密度是多少克每立方厘米，千克每立方米？冰的密度是多少克每立方厘米？

【例2】利用這節(jié)課知識(shí)，測出早上喝的牛奶密度是多少;喝掉一部分后，牛奶的密度將怎樣變化？

通過設(shè)置不同情境的變式練習(xí)，加深學(xué)生對知識(shí)的理解，提高學(xué)生解決問題的能力。在例1中，通過對比水和冰的密度，加深對密度概念的理解，也能解釋生活中買一瓶冰凍礦泉水，冰化后體積變小的實(shí)例;例2也是通過密度的特性，來分析生活中的實(shí)例，應(yīng)用公式計(jì)算密度的大小，提高學(xué)生應(yīng)用公式的能力，也能讓學(xué)生對于生活中物體的密度大小有更多的理解。在教師設(shè)置變式練習(xí)時(shí)，引入生活中的實(shí)例，設(shè)置物理原始問題來進(jìn)行教學(xué)。在學(xué)生練習(xí)進(jìn)行反饋時(shí)，不僅要關(guān)注學(xué)生是否做對，更要分析學(xué)生做錯(cuò)的原因，指出做錯(cuò)的地方。

四、 結(jié)束語

按照現(xiàn)代知識(shí)觀來進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，來打造優(yōu)秀的課堂教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。中學(xué)物理陳述性知識(shí)和程序性知識(shí)對學(xué)生要求不一致，在教學(xué)過程中有必要根據(jù)不同的知識(shí)特點(diǎn)來進(jìn)行不同的教學(xué)。教師在教學(xué)過程中，如果將程序性知識(shí)當(dāng)作陳述性知識(shí)來教，只能滿足記憶要求，不能提高學(xué)生解決問題的能力;如果把陳述性知識(shí)當(dāng)作程序性知識(shí)來教，會(huì)加重學(xué)生學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)。

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作者簡介：

陳曦，云南省昆明市，云南師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院。