自組織表征理論下原始物理問題的深度解答

摘 要：為了深入了解學(xué)生在解決原始物理問題中存在的困難，以及對原始物理問題的深度解答，本文以邢紅軍教授提出的解決原始物理問題的自組織表征理論為基礎(chǔ)，以表征理論的現(xiàn)實(shí)意義為切入口，通過正反兩方對“曹沖稱象”中水位變化為原始物理問題，通過多種思維方式深度解答水位變化的原始物理問題.

關(guān)鍵詞：自組織表征理論;原始問題;水位變化

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1008-4134（2021）04-0014-03

作者簡介：李娜（1974-），女，山東德州人，本科，中學(xué)高級教師，研究方向：生成性學(xué)習(xí)

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原始物理問題（Primitive physics problem），又稱為實(shí)際問題，是指自然界及現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)、生活中客觀存在的，未被抽象加工的典型現(xiàn)象而形成的物理問題，本質(zhì)是對問題的描述而非抽象加工，這種物理問題往往是高度原生態(tài)的問題，學(xué)生無需進(jìn)行復(fù)雜的科學(xué)思維，如建模、推理、論證等，只需要根據(jù)原始問題的已知條件直接解答，不能體會到隱藏在物理問題背后的原理及應(yīng)用價(jià)值[1].為此，將原始物理問題進(jìn)行深度解答，不僅可以掌握物理知識與技能，而且還可以培養(yǎng)科學(xué)思維、科學(xué)方法，為核心素養(yǎng)的提升作出貢獻(xiàn).

為了促進(jìn)原始物理問題的深度解答，本文以邢紅軍教授提出的解決原始物理問題的自組織表征理論為基礎(chǔ)，以表征理論的現(xiàn)實(shí)意義為切入口，通過正反兩方對“曹沖稱象”中水位變化為原始物理問題，通過多種思維方式深度解答水位變化的原始物理問題.

1 自組織表征理論的內(nèi)涵及現(xiàn)實(shí)意義

對于原始問題的深度研究，國內(nèi)最具代表學(xué)者北京師范大學(xué)邢紅軍教授提出自組織表征理論，自組織表征理論認(rèn)為問題表征是學(xué)習(xí)者解決原始物理問題的關(guān)鍵，是貫徹整個(gè)原始問題的始終，這里需要學(xué)習(xí)者根據(jù)問題所處情境，以自己認(rèn)知水平為基礎(chǔ)，對問題進(jìn)行簡化，使研究問題清晰明朗.

1.1 表征理論的內(nèi)涵

自組織表征理論下問題表征解決原始問題包含六個(gè)表征層次，即定向表征、抽象表征、圖像表征、方法表征、物理表征以及數(shù)學(xué)表征，這六個(gè)表征層次的內(nèi)涵表現(xiàn)如下[2].

定向表征：對原始問題進(jìn)行篩選，判斷出是哪個(gè)板塊問題的表征層次，由于是對原始問題進(jìn)行篩選過程，這一過程通常表現(xiàn)為不嚴(yán)密、不完整的邏輯或非邏輯過程.

抽象表征：抓住原始問題中與物理有關(guān)的主要因素，忽略次要因素，將原始問題轉(zhuǎn)化成物理問題，并抽象成物理模型.

圖像表征：由于圖像具有形象、生動的特點(diǎn)，因此，原始問題所特有的表征是圖像表征，用圖像表示物理模型，并簡單畫出解題的大致過程.

方法表征：解決原始問題需要選擇正確的科學(xué)思維來探究物理問題，這里包括物理方法與思維方法，如推理論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等.

物理表征：解決原始問題用到的物理規(guī)律及概念等，此時(shí)需要將原始問題與已有知識進(jìn)行有效建構(gòu)，促進(jìn)問題正確解答.

數(shù)學(xué)表征：解決原始問題用到的數(shù)學(xué)方法、步驟等，因此，數(shù)學(xué)表征是解決原始問題的必要橋梁.

1.2 表征理論的現(xiàn)實(shí)意義

自組織表征理論下解決原始問題的六個(gè)表征層次中每個(gè)表征層次都對應(yīng)一種思維方式，每種表征層次在解決問題中發(fā)揮的作用互不相同，且又相互聯(lián)系，都依賴于解決原始問題的操作表現(xiàn)[3].因此，自組織表征理論在現(xiàn)實(shí)中的意義可用圖1來反映，這樣解決了學(xué)生在原始物理問題解決時(shí)的困惑與思維障礙.

2 自組織表征理論下解決原始物理問題的案例分析

學(xué)生解決原始物理問題的學(xué)習(xí)觀念、思維方式及探究能力有賴于教師的教學(xué)方式及授課內(nèi)容，從而影響學(xué)生核心素養(yǎng)的提升.針對原始物理問題的解決有賴于思維方式的轉(zhuǎn)變，目前初中學(xué)生的思維方式正處于形象思維向抽象思維的過渡階段，如何連接形象思維與抽象思維是擺在教師面前的首要任務(wù)，進(jìn)而突破解決原始問題的思維障礙，結(jié)合自組織表征理論下解決原始問題的六個(gè)表征層次，以“曹沖稱象”中水位變化為例，深度解決水位變化問題.

原始物理問題：“曹沖稱象”在中國幾乎是婦孺皆知的故事，假如當(dāng)時(shí)年僅六歲的曹沖不將船上的大大小小的石頭取出，而是將所有石頭都投入水中，水位會（填升高、下降還是不變）.

這是一道原始而又生活化的問題，是物體的浮沉條件在生活中的典型應(yīng)用，現(xiàn)有正方和反方分別對水位是否升高談出自己的觀點(diǎn).

正方：將石頭投入水中后，石頭會占據(jù)水的體積，進(jìn)而導(dǎo)致水位會升高.

反方：將石頭投入水中后，船會相比之前向上浮起，導(dǎo)致船排出水的體積會減小，進(jìn)而導(dǎo)致水位會下降.

到底是正方觀點(diǎn)對，還是反方觀點(diǎn)對呢？將問題還原成原始物理問題，即冰塊（或冰塊中含有固體、液體）漂浮在水面上，冰塊全部熔化成水后，對水位升降問題的討論，這里應(yīng)用二力平衡、浮力以及物體的浮沉條件等知識分析并比較冰排開水的體積V排與冰全部熔化成水后體積V水之間的大小關(guān)系，進(jìn)而比較水位升降問題，在分析過程中將自組織表征理論的六個(gè)表征層次逐漸滲透在深度解答過程中，提高解答原始物理問題的能力.為此，下面分三種情況對水位升降問題進(jìn)行討論.

2.1 原始物理問題討論

2.1.1 冰塊漂浮在水面上，當(dāng)冰全部熔化成水后，水位如何變化

3 結(jié)束語

水位的升降問題，歸根到底是自組織表征理論的一個(gè)典型縮影，讓學(xué)生明白解答原始物理問題不僅僅是讓學(xué)生獲得知識，更重要的是深化自組織表征理論的六個(gè)表征層次在解決原始問題中的應(yīng)用，提升“自我生長”的核心素養(yǎng)能力，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)生活現(xiàn)象提煉知識，將知識落實(shí)在解決實(shí)際生活中，再利用自己聰明智慧解釋現(xiàn)象，最后再回到物理教學(xué)的往復(fù)循環(huán)過程[4]，這就是物理教學(xué)的價(jià)值所在，充分體現(xiàn)物理課程源于生活、服務(wù)社會的基本理念.

參考文獻(xiàn)：

[1]邢紅軍.原始問題教學(xué)：物理教育改革的新領(lǐng)域[J].課程·教材·教法，2007，27（05）：51-57.

[2]邢紅軍.自組織表征理論： 一種物理問題解決的新理論[J].課程·教材·教法，2009，29（04）：60-64.

[3]侯新杰，李冬青.初中生解決原始物理問題的思維障礙及改善策略[J].教學(xué)月刊（中學(xué)版），2019（11）：48-52.

[4]印曉明，陳坤.中美高中主流物理教材在"光學(xué)"部分內(nèi)容呈現(xiàn)的差異與啟示──基于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)"核心素養(yǎng)"的視角[J].物理教師，2016（02）：74-77.

（收稿日期：2020-10-22）