高中物理新教材中的學(xué)習(xí)設(shè)計研究*
——以人教版高中物理新教材必修1為例

黃寧靜

(寧夏大學(xué)物理與電氣工程學(xué)院 寧夏 銀川 750021)

馬亞鵬

(銀川市第九中學(xué) 寧夏 銀川 750011)

教材是學(xué)生學(xué)習(xí)的重要資源，為了學(xué)生的學(xué)習(xí)而編寫教材是現(xiàn)代教科書編寫的重要理念，這是因為教材應(yīng)起到協(xié)調(diào)客體的學(xué)科知識結(jié)構(gòu)、主體學(xué)生的認知結(jié)構(gòu)及學(xué)習(xí)過程的中介作用．“教材的心理學(xué)化”[1]在教育學(xué)創(chuàng)始伊始已初見端倪，夸美紐斯的直觀教學(xué)就是明證，裴斯泰洛齊更是明確倡導(dǎo)教學(xué)內(nèi)容的心理學(xué)化．心理學(xué)尤其是學(xué)習(xí)心理學(xué)的噴薄發(fā)展為教材的編制奠定了豐富的理論基礎(chǔ)．問題是：教材編寫怎樣體現(xiàn)和遵循學(xué)生的學(xué)習(xí)規(guī)律？如何設(shè)計學(xué)習(xí)情境與學(xué)習(xí)活動幫助學(xué)生建立知識體系，掌握學(xué)習(xí)方法，習(xí)得能力并學(xué)會學(xué)習(xí)？這不僅是教材編寫者應(yīng)重點研究的問題，也是教師在創(chuàng)造性運用教材的過程中要思考的問題．這就凸顯了對教材中學(xué)習(xí)設(shè)計研究的必要性．

所謂“學(xué)習(xí)設(shè)計”，指教材在體現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)理論和指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)策略方面的技術(shù)路徑和呈現(xiàn)方式．在物理教材研究中，已關(guān)注到教材的學(xué)習(xí)設(shè)計問題，如有研究指出教材“在內(nèi)容的呈現(xiàn)方式上，要符合兒童的認知和心理發(fā)展；在教學(xué)觀念上，要體現(xiàn)現(xiàn)代教育理念，促進兒童有效地提升學(xué)習(xí)能力”[2]，但專門的評價物理教材學(xué)習(xí)設(shè)計的研究還不多見．

本文汲取學(xué)習(xí)心理學(xué)對學(xué)習(xí)理論和學(xué)習(xí)策略的研究成果，建構(gòu)了評價分析教材學(xué)習(xí)設(shè)計的指標(biāo)體系，并以此指標(biāo)體系為工具，具體研究了人教版高中物理新教材物理必修1中的學(xué)習(xí)設(shè)計．

1 分析教材學(xué)習(xí)設(shè)計的方法

學(xué)習(xí)心理學(xué)的研究逐步揭示了學(xué)習(xí)的機制，20世紀(jì)以來，形成了行為主義、認知主義、建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論．這3種理論分別從不同的視角解釋人類學(xué)習(xí)的機制，揭示學(xué)習(xí)的規(guī)律，都有可取之處．同時，為了盡可能地提高學(xué)生學(xué)習(xí)的質(zhì)量、水平以及學(xué)習(xí)能力，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中就要運用多種學(xué)習(xí)策略．所謂學(xué)習(xí)策略，指“學(xué)習(xí)者為了提高學(xué)習(xí)的效果和效率、有目的有意識地制定有關(guān)學(xué)習(xí)過程的復(fù)雜方案”[3]，其本質(zhì)就是幫助學(xué)生提高學(xué)習(xí)效率和質(zhì)量的一系列方法程序，包括認知策略、元認知策略、資源管理策略等．誠然，教材在編寫中，并不直接蘊含具體的學(xué)習(xí)策略，但可以通過“明示”、提供“腳手架”等措施對學(xué)生的學(xué)習(xí)策略進行指導(dǎo)．因此，教材中的學(xué)習(xí)設(shè)計，應(yīng)包含體現(xiàn)學(xué)習(xí)理論和指導(dǎo)學(xué)習(xí)策略兩個方面．有鑒于此，我們提出了評價分析教材中學(xué)習(xí)設(shè)計的指標(biāo)體系，如表1所示．

表1 教材學(xué)習(xí)設(shè)計評價指標(biāo)體系

表1中各二級指標(biāo)的具體解釋采用學(xué)習(xí)心理學(xué)中的基本解釋，在此不再贅述．需要說明的是，學(xué)習(xí)策略中的資源管理策略牽扯到學(xué)習(xí)時間、學(xué)習(xí)資源配置和學(xué)習(xí)環(huán)境管理等方面的內(nèi)容，教材除了能提供一些這方面的學(xué)習(xí)建議外，似乎較難體現(xiàn)在具體的編寫中，故指導(dǎo)學(xué)習(xí)策略主要由認知策略和元認知策略兩個二級指標(biāo)構(gòu)成．

2 人教版物理必修1中的學(xué)習(xí)設(shè)計

2.1 體現(xiàn)學(xué)習(xí)理論

2.1.1 行為主義學(xué)習(xí)理論

行為主義學(xué)習(xí)理論認為，學(xué)習(xí)是“刺激-反應(yīng)”的聯(lián)結(jié)．斯金納的實驗證明，如果在某種反應(yīng)之后給予有目的的強化，那么會增加再次發(fā)生該反應(yīng)的概率，而且產(chǎn)生某種反應(yīng)后的強化要比產(chǎn)生反應(yīng)前的刺激更為重要．這一理論告訴人們，適宜地設(shè)計強化，分解學(xué)習(xí)任務(wù)，有助于學(xué)習(xí)的發(fā)生．教材[4]的編寫在很多地方體現(xiàn)了行為主義學(xué)習(xí)理論．

(1)小步子分解學(xué)習(xí)內(nèi)容

以勻變速直線運動規(guī)律為例，《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》對該知識點的學(xué)業(yè)質(zhì)量要求為“能用位移、速度、加速度等物理量描述物體的直線運動，能用勻變速直線運動的規(guī)律解釋或解決生活中的具體問題”[5]．教材在編寫時，則是將上述要求進行合理分解，通過“運動的描述”和“勻變速直線運動的研究”兩章來呈現(xiàn)．第一章學(xué)習(xí)質(zhì)點與參考系、時間和位移、速度、加速度等描述機械運動的基本概念．第二章則研究勻變速直線運動，在學(xué)習(xí)勻變速直線運動中設(shè)計實驗探究速度與時間的關(guān)系，邏輯推理勻變速直線運動的速度、位移與時間的關(guān)系以探究自由落體運動．即將每章內(nèi)容細化為若干小節(jié)，且每節(jié)每個版塊內(nèi)容并不多，由淺入深、循序漸進，由易到難，給予學(xué)生及時強化，以實現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)．

(2)設(shè)計不同層次的問題

教材中“問題與練習(xí)”(習(xí)題)不僅能夠檢測學(xué)生學(xué)習(xí)掌握情況，習(xí)題本身就是一種強化物，好的習(xí)題設(shè)計能促進有效學(xué)習(xí)的發(fā)生．和原有教材不同，新教材分層分類設(shè)計了課后習(xí)題，具體分為節(jié)后練習(xí)和章末練習(xí)，章末練習(xí)又按難易度、綜合性分為A和B兩組．節(jié)后練習(xí)為針對本節(jié)內(nèi)容設(shè)計的練習(xí)，用于學(xué)生通過練習(xí)鞏固本節(jié)知識．章末練習(xí)用于復(fù)習(xí)與提高，且充分考慮不學(xué)生習(xí)水平的學(xué)生，A組較易，適宜于本章學(xué)業(yè)質(zhì)量水平；B組相對難一些，屬于選做內(nèi)容，以拓展學(xué)生的思維．兩種習(xí)題的設(shè)計為學(xué)生提供及時強化和反饋的任務(wù)，有助于保持積極的學(xué)習(xí)動機，降低學(xué)習(xí)的錯誤率，提高操作能力和學(xué)習(xí)效率．從上述來看，設(shè)計不同層次的問題與練習(xí)也是使學(xué)生及時自評發(fā)展元認知能力的有效方式．

2.1.2 認知主義學(xué)習(xí)理論

認知學(xué)習(xí)理論認為，學(xué)習(xí)是主動的心智活動，是基于自身經(jīng)驗和原有認知結(jié)構(gòu)對新信息進行加工的過程，是內(nèi)在認知結(jié)構(gòu)形成、豐富或改組的過程，而不簡單是行為的加強或改變．教材中有很多地方體現(xiàn)了認知主義學(xué)習(xí)理論．

(1)設(shè)計先行組織者

“先行組織者”是“先于學(xué)習(xí)任務(wù)本身呈現(xiàn)的一種引導(dǎo)性材料”[6]，以在新舊知識之間架設(shè)聯(lián)系的橋梁, 以幫助學(xué)習(xí)者確立意義學(xué)習(xí)的心向．教材中有效設(shè)計先行組織者，能啟發(fā)學(xué)生思考，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機，“增強教材的可理解性”[7]．教材中設(shè)計了大量的先行組織者．如利用類比設(shè)計組織者[8],教材定義加速度概念，是利用上一節(jié)課學(xué)過的速度是位置變化的快慢即位移除以時間，而類比出加速度是表示速度變化的快慢可用速度的變化量除以時間來表示，通過新舊知識間存在的類似屬性并以此為搭建橋梁，符合學(xué)生認知規(guī)律，完成加速度概念的同化．還有教材在每一節(jié)的開頭均設(shè)置“問題”欄目, 問題多以學(xué)生熟知的生活或自然情境為載體設(shè)計，有的是為了引發(fā)學(xué)生思考，有的則是為導(dǎo)入新知識．如在“超重與失重”一節(jié)時，設(shè)計了這樣的問題：“站在體重計上向下蹲，你會發(fā)現(xiàn)，在下蹲的過程中，體重計的示數(shù)先變小，后變大，再變?。?dāng)人靜止后，保持一數(shù)值不變．這是為什么呢？”這是生活中常見的、學(xué)生也有親身體驗的情境，教材通過問題明確提出來，實現(xiàn)認知定向，引導(dǎo)學(xué)生運用牛頓第二定律解釋現(xiàn)象，進而理解超重與失重．

(2)繪制和選編了大量的插圖

教材中運用了大量的插圖，產(chǎn)生直觀生動的視覺效果，增強學(xué)生對信息的選擇性注意，為認知加工提供豐富的感性材料．另一方面，學(xué)生通過從圖示中獲取信息，有助于深入理解物理概念、物理規(guī)律及它們之間的聯(lián)系，形成認知圖式．如在加速度與速度方向的關(guān)系的討論中，教材首次使用帶箭頭的線段描述矢量以及矢量的變化，如圖1所示.

圖1 加速度方向與速度方向的關(guān)系

通過圖示，分別讓學(xué)生明確變速直線運動中速度變化量方向與速度方向之間的關(guān)系，加速度方向與速度方向的關(guān)系，最終形成判斷加速直線運動和減速直線運動的方法．運用圖示呈現(xiàn)信息，在一定程度上減小了學(xué)生的認知負荷，從而降低了難度，突破了難點．另外，教材中也采用現(xiàn)代信息技術(shù)繪制了一些物理過程的圖像，如用計算機繪制出人下蹲和起立過程中壓力傳感器的示數(shù)隨時間變化的圖像，使學(xué)生進一步獲得和完善超重與失重現(xiàn)象的心理表象，便于深入理解物理概念的內(nèi)涵和所遵循的規(guī)律．

2.1.3 建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論

心理學(xué)界普遍認為，建構(gòu)主義是在認知主義基礎(chǔ)上發(fā)展起來的學(xué)習(xí)理論，建構(gòu)主義關(guān)注學(xué)生在生活和學(xué)習(xí)中已形成的豐富的經(jīng)驗，認為學(xué)習(xí)的過程是在原有經(jīng)驗基礎(chǔ)上“生長”出新的經(jīng)驗即經(jīng)驗的重組、改造和轉(zhuǎn)換的過程．建構(gòu)主義特別強調(diào)情境認知、交互合作和協(xié)作等高階思維能力．教材的編寫在很多地方體現(xiàn)了建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論．

(1)設(shè)計真實的問題情境

建構(gòu)主義理論主張在生動、豐富的情境中學(xué)習(xí)，使學(xué)生從不同的側(cè)面對知識進行全面學(xué)習(xí)，通過“同化”和“順應(yīng)”達到對知識的意義建構(gòu)，從而使學(xué)生在面對不同問題時，能更容易激活這種知識，并能利用他們解決新問題[7]．教材為學(xué)生提供真實的問題情境，幫助學(xué)生構(gòu)建知識的意義．如在共點力的平衡中，教材設(shè)計了如下這道例題.

【例1】某幼兒園要在空地上做一個滑梯(圖2)，根據(jù)空地的大小，滑梯的水平跨度確定為6 m．設(shè)計時，滑板和兒童褲料之間的動摩擦因數(shù)取0.4，為使兒童在滑梯游戲時能從滑板上滑下，滑梯至少要多高？

圖2 滑梯

滑梯潛藏著學(xué)生兒時美好的記憶，例1以在有限場地設(shè)計滑梯高度為任務(wù)，要求學(xué)生根據(jù)真實情境建構(gòu)物理模型，運用共點力的平衡知識解決問題．這種真實情境的問題，對培育學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)具有重要作用．

(2)契合學(xué)生經(jīng)驗，引發(fā)認知沖突

建構(gòu)主義認為學(xué)習(xí)是學(xué)生經(jīng)驗的“生長”，一方面要求教學(xué)要契合學(xué)生的經(jīng)驗．另一方面，學(xué)生頭腦中的經(jīng)驗，有些與科學(xué)知識是相悖的，此種情境下，“概念轉(zhuǎn)變”顯得尤為重要，而在真實情境中激發(fā)學(xué)生的認知沖突是概念轉(zhuǎn)變的有效策略．比如自由落體運動中，教材通過“問題”欄目創(chuàng)設(shè)情境，“拿兩張大小相同的紙，并將其中一個揉成紙團，讓紙團和紙片在同樣的高度落下，看看哪一個下落的快？”緊接著又通過“牛頓管”實驗讓學(xué)生觀察真空管中鐵片和羽毛的下落．這兩個截然不同的實驗現(xiàn)象引發(fā)學(xué)生的認知沖突，便于學(xué)生更為深入地思考影響物體下落快慢的因素．教材在牛頓第一定律的編寫中，采用了同樣的方式．

(3)設(shè)計小組合作探究實驗

建構(gòu)主義特別強調(diào)學(xué)習(xí)的交互性，主張合作學(xué)習(xí)．基于物理學(xué)建立在實驗基礎(chǔ)上的學(xué)科特點，教材中設(shè)計多個合作探究實驗，在合作探究實驗中，學(xué)生小組通過對問題、假設(shè)、實驗、結(jié)論等的合作、交流與討論，不僅建構(gòu)了對物理理論的理解，更培養(yǎng)了論證能力、探究精神和合作意識．教材設(shè)置的完整的探究實驗有“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”和“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”，還設(shè)置了“練習(xí)使用打點計時器”“研究自由落體運動的規(guī)律”“探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律”等探究性實驗．豐富的實驗內(nèi)容為小組合作、深度學(xué)習(xí)和高階認知培養(yǎng)提供了素材，至于教學(xué)中能否發(fā)掘這些有利的因素，真正實現(xiàn)其內(nèi)在的功能，仍需要教師教學(xué)觀念的轉(zhuǎn)變和創(chuàng)造性使用教材的能力[8]．

2.2 指導(dǎo)學(xué)習(xí)策略

2.2.1 認知策略

認知策略是“個人運用一套操作步驟對自己的學(xué)習(xí)、記憶、注意以及高級的思維進行調(diào)節(jié)和控制的特殊認知技能”[9]．教材在編寫過程非常注重認知策略的指導(dǎo)．

(1)組織策略

組織策略實質(zhì)上是一種生成策略，是將零散的知識通過一定的方式組織起來形成穩(wěn)定的知識結(jié)構(gòu)的策略．教材為了讓學(xué)生使用這種策略，專門在第一章的章末提供了一個章小結(jié)示例，示例指出可以運用語言歸納、框圖和概念圖等方法，完成對所學(xué)知識、方法、過程和體會等方面的梳理，以更好地理解和掌握．所提供的示例從概念梳理、研究方法、實驗工具、態(tài)度責(zé)任4個方面進行了章小結(jié)，引導(dǎo)學(xué)生在每一章學(xué)習(xí)后按照自己熟悉的方法進行梳理小結(jié)，建構(gòu)系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化、可遷移的知識體系．在概念的學(xué)習(xí)上也體現(xiàn)了組織策略，如學(xué)習(xí)變化率概念，利用新舊知識存在的總括關(guān)系，用上位概念同化新概念，列舉河流、湖泊的水位會隨時間變化，商品會隨時間變化有快慢等例子總結(jié)出描述變化快慢的量就是變化率，如學(xué)習(xí)牛頓第三定律概念后利用新舊知識間存在的類屬關(guān)系，教材列舉劃船和汽車的發(fā)動機驅(qū)動車輪轉(zhuǎn)動等下位概念加強對牛頓第三定律的理解和記憶．

(2)精加工策略

精加工策略的核心在于建立新信息與頭腦中的舊信息之間的聯(lián)系，畫線、做筆記、聯(lián)想等是常見的精加工策略．教材的編寫，將重要物理概念的名稱、物理規(guī)律的文字表述通過字體加粗和更換顏色的方式與其余正文區(qū)別開來，對物理規(guī)律的表達式則采用了加紅色邊框的方式呈現(xiàn)出來，突出了重點，引導(dǎo)學(xué)生進行較高水平的心理加工．介紹某些概念和規(guī)律時也會配以示意圖如合力、分力、平行四邊形定則等，用不同的表征方式表示概念和規(guī)律，能夠加快學(xué)生理解和回憶這些概念和規(guī)律．另外，這版教材的留白之處較多，便于學(xué)生在學(xué)習(xí)教材內(nèi)容時將自己的理解標(biāo)注在正文旁．

2.2.2 元認知策略

元認知是一種反省認識，即對認知的認知，對認知主體的信息加工起執(zhí)行控制作用．元認知能力是非常重要的一種認識能力，不同年齡或認知發(fā)展水平的學(xué)生采用不同的學(xué)習(xí)方法正是由元認知所支配的，教材的編寫理應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生習(xí)得這種能力．

(1)元認知計劃策略

計劃策略指在進行一項認知活動前預(yù)先擬定的具體內(nèi)容和步驟的方法．在教材中，如探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實驗中，教材給出了在每一個實驗步驟中學(xué)生需要思考的問題，如測量數(shù)據(jù)時如何測量合力的大小，處理數(shù)據(jù)時選擇哪兩個量之間關(guān)系作圖像等．這樣有利于學(xué)生在做實驗之前針對本實驗存在的疑難點做出相應(yīng)的對策，制定出更為完善的實驗計劃，增強學(xué)生的主動性和積極性，便于學(xué)生在實驗操作過程中將“動手”和“動腦”密切結(jié)合，從而使得實驗進行得更加順利．概念的呈現(xiàn)也體現(xiàn)計劃策略，新版必修1中出現(xiàn)的物理概念均為定義性概念如彈力，教材列舉生活中的實例如被跳水運動員壓彎的跳板要恢復(fù)原狀，對與它接觸的物體會產(chǎn)生力的作用等，引導(dǎo)學(xué)生抓住“物體恢復(fù)原狀、接觸、力的作用”等關(guān)鍵詞語，引出彈力的概念，也為接下來學(xué)習(xí)牛頓第三定律做鋪墊．

(2)元認知監(jiān)控策略

元認知監(jiān)控指“學(xué)生對自己學(xué)習(xí)過程的有效監(jiān)視和控制”，包含了計劃、監(jiān)控、調(diào)節(jié)、評估等成分．鑒于元認知監(jiān)控能力是高水平學(xué)生重要的學(xué)習(xí)能力，教材應(yīng)當(dāng)呈現(xiàn)元認知監(jiān)控策略運動的“范例”，以此來示范并啟發(fā)學(xué)生在學(xué)習(xí)物理的過程中運用這種策略．人教版物理新教材在一些地方滲透了這種策略，比如在上述例1的分析和求解過程中，教材通過將滑梯抽象建立了一個斜面模型，并畫出了示意圖，給出了一個滑塊(替代小孩)做勻速直線運動的運動模型，再通過畫受力分析圖、正交分解力、列方程求解運算，最后得出了正確答案．教材中的例題基本都采用了這種編寫方式，這種方式就是一種解題示范，學(xué)生通過對例題的不斷研讀，不僅掌握了分析問題和解決問題的方法(本身就是一種策略)，而且通過反思性閱讀，也訓(xùn)練了自身元認知調(diào)控能力．不過也要看到，教材在元認知監(jiān)控策略的指導(dǎo)上，還很不足，比如例題的講解，缺乏引導(dǎo)性問題或指令，缺乏解題后的反思評估，也就在一定程度上缺失了學(xué)習(xí)策略的指導(dǎo)．

3 思考與討論

整體上來說，人教版高中物理新教材在學(xué)習(xí)設(shè)計上有自身的特點，遵循學(xué)生物理學(xué)習(xí)的規(guī)律，也設(shè)計了豐富的功能性欄目幫助學(xué)生更好地學(xué)習(xí)，教師在使用教材的過程中應(yīng)當(dāng)切實鉆研和挖掘?qū)W習(xí)設(shè)計的有利因素，提升創(chuàng)造性地“用教材教”的能力．同時也要看到，教材在學(xué)習(xí)設(shè)計方面，仍有較大的提升空間，比如教材對教學(xué)內(nèi)容的處理上，以文本的平鋪直敘式的講述為主，多樣性的學(xué)習(xí)策略體現(xiàn)的不夠；教材的開放性尤其是對學(xué)生發(fā)散性思維和創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面著墨太少，問題和習(xí)題的設(shè)計雖已注意到真實情境問題的設(shè)計，但程度還仍有待強化．從這個角度，教師在教學(xué)過程中，也要看到教材編寫的不足，進而發(fā)揮自身的主觀能動性，進一步將“教材”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩W(xué)材”，讓真實的學(xué)習(xí)在課堂中發(fā)生．