初中物理大概念提取的路徑探討

摘要

大概念是落實(shí)核心素養(yǎng)的重要抓手，但由于大概念的內(nèi)隱及抽象等特性，大概念的提取并非易事。為此，結(jié)合物理教學(xué)實(shí)踐，提出從理論書籍閱讀、課程標(biāo)準(zhǔn)解讀、小概念聚合、專家型思維形成、物理方法遷移等五條路徑加以提取，并結(jié)合具體物理教學(xué)案例條分縷析。

關(guān)鍵詞

初中物理? 大概念? 概念聚合? 專家型思維? 物理方法遷移

引用格式

王雄.初中物理大概念提取的路徑探討[J].教學(xué)與管理，2022（31）：58-60.

對(duì)于什么是大概念，專家們從不同的角度進(jìn)行了多元概述，大多研究者都沿用英國(guó)學(xué)者溫·哈倫對(duì)科學(xué)大概念的定義：“是指可以適用于一定范圍內(nèi)物體和現(xiàn)象的概念?！盵1]權(quán)廣仁結(jié)合科學(xué)大概念及物理學(xué)科特點(diǎn)，對(duì)物理大概念做了定義：“物理大概念是研究同一類物理問題與物理現(xiàn)象本質(zhì)特征的概括，是一定認(rèn)知結(jié)構(gòu)、物理觀念、物理方法、科學(xué)態(tài)度和精神及價(jià)值觀所建構(gòu)的知識(shí)體系。”[2]對(duì)于大概念的作用與功能，美國(guó)學(xué)者格蘭特·威金斯和杰伊·麥克泰格在《追求理解的教學(xué)設(shè)計(jì)》一書中指出，大概念發(fā)揮著“概念魔術(shù)貼”的作用。由此可見，對(duì)于大概念的本質(zhì)、價(jià)值、意義，已得到了廣大教師的認(rèn)同，大概念對(duì)于教學(xué)的重要性已不言而喻了。

然而，知道重要性并不代表廣大教師就真正理解并能在實(shí)踐中運(yùn)用大概念。目前教師們面臨的最核心問題是：有哪些路徑可以清晰提取大概念？如果不解決這個(gè)問題，大概念的價(jià)值就如“鏡中花”“水中月”。

因?yàn)榇蟾拍顑?nèi)涵的高度抽象性與統(tǒng)攝性，提取它并非易事，需要按照一定的路徑才能進(jìn)行?；诖?，我們結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，總結(jié)出從理論書籍閱讀、課程標(biāo)準(zhǔn)解讀、小概念聚合、專家型思維形成、物理方法遷移等五條提取大概念的路徑。

一、通過理論書籍閱讀提取大概念

在美國(guó)學(xué)者懷恩著，彭利平譯的《科學(xué)上的五種學(xué)說》這本書中，懷恩通過問題與大概念的方式提出了有關(guān)科學(xué)的五個(gè)大概念：原子模型（物理）;元素周期律（化學(xué)）;進(jìn)化論（生物）;板塊構(gòu)造學(xué)說（地理）;大爆炸理論（天文學(xué)）。

在大家熟知的溫·哈倫的《科學(xué)教育的原則和大概念》這本書中，哈倫提出了14個(gè)科學(xué)大概念，其中有四個(gè)大概念與物理教學(xué)有關(guān)：不接觸的物體之間也可以產(chǎn)生作用;力能改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài);宇宙能量守恒;所有物質(zhì)都由微粒構(gòu)成。

通過這些與大概念有關(guān)的理論書籍閱讀，我們可以直接提取這些大概念。在提取過程中，我們對(duì)大概念也有了以下的認(rèn)知：一是統(tǒng)一性?？茖W(xué)大概念來自對(duì)物質(zhì)世界的終極追問，物理大概念是科學(xué)大概念的一部分。同時(shí)，物理大概念注重自然科學(xué)中的統(tǒng)一概念和原理，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)自然界的內(nèi)在統(tǒng)一性。二是抽象性。大概念是通過逐漸剝掉事實(shí)的外殼，從而反映事物更為隱蔽、更為本質(zhì)的東西，是從具體到高度抽象概括的過程，具有較高的抽象性。三是遷移性。因?yàn)榇蟾拍罘答伭耸挛镒畋举|(zhì)的特征，可以聯(lián)結(jié)不同事物，有很強(qiáng)的遷移性。大概念可以在相似性較高的兩事物之間進(jìn)行“具體→具體”的低通路遷移，也可以在相似性較弱的事物之間進(jìn)行“具體→抽象→具體”的高通路遷移，體現(xiàn)了良好的遷移性。這些大概念的性質(zhì)感受于大概念的直接提取之中，又反過來為大概念提取提供一些判斷證據(jù)。

二、通過課程標(biāo)準(zhǔn)解讀提取大概念

課程標(biāo)準(zhǔn)是教材編寫、教學(xué)、評(píng)估和考試命題的依據(jù)，體現(xiàn)不同階段的學(xué)生核心素養(yǎng)等方面的基本要求。以課程標(biāo)準(zhǔn)為基準(zhǔn)，可以全面深刻地提取學(xué)科“大概念”。例如《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》中第一次明確提出“物理觀念、科學(xué)思維、探究實(shí)踐、科學(xué)社會(huì)責(zé)任”為核心素養(yǎng)的四個(gè)方面。其中將物理觀念分為“物質(zhì)觀念”“運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念”以及“能量觀念”。物理觀念的這種界定方式，類似于國(guó)際科學(xué)教育中的大概念?；诖耍覀兛梢詮奈锢碛^念中直接提取最重要的幾個(gè)大概念：物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)與相互作用、能量。

三、通過概念不斷聚合提取大概念

顧名思義，概念是通過對(duì)事物的概括而形成的一種存在于人腦中的觀念。大概念屬于概念，必然符合概念形成的一般過程，同時(shí)“大”有基礎(chǔ)、核心的含義，又有自己獨(dú)有的特征。因此，需要我們同中求異，異中求同，在概念學(xué)習(xí)過程中聚合大概念。

1.自左到右的概念聚合

因?yàn)榇蟾拍畋憩F(xiàn)的多樣性，國(guó)內(nèi)有專家認(rèn)為“大觀念”即為“大概念”。并有專家結(jié)合物理觀念形成要求，尋求物理觀念（大概念）的形成實(shí)踐路徑。例如，浙江師范大學(xué)蔡鐵權(quán)教授及其團(tuán)隊(duì)通過研究，結(jié)合物理概念的形成過程及物理觀念的特殊性，建構(gòu)了物理觀念（大概念）養(yǎng)成的一般架構(gòu)[3]（如圖1）。

這一架構(gòu)中的”物理觀念“即物理大概念。在平時(shí)的教學(xué)設(shè)計(jì)中，我們可以以此為基本參考，進(jìn)行設(shè)計(jì)與操作。

2.自下而上的概念進(jìn)階

在學(xué)習(xí)過程中，大概念聚合常常與學(xué)習(xí)進(jìn)階理論結(jié)合在一起，通過進(jìn)階理論組織概念進(jìn)階，促進(jìn)大概念的建構(gòu)，其進(jìn)階模型主要有三種（如圖2）。

（1）梯子模型。類似于爬梯子，即聚焦于某一知識(shí)點(diǎn)或知識(shí)結(jié)構(gòu)，步步向上，通過單線式的進(jìn)階路徑，爬到終點(diǎn)才能完成大概念的建構(gòu)。

（2）拼圖模型。如拼圖游戲一樣，即聚焦于多個(gè)小概念關(guān)聯(lián)在一起構(gòu)建大概念，強(qiáng)調(diào)概念之間的橫向拓展，但思維卻是進(jìn)階的。例如在“光運(yùn)動(dòng)”大概念聚合中，我們先了解光的直線傳播特點(diǎn)，知道光在同一種介質(zhì)中沿直線傳播;之后了解平面鏡現(xiàn)象，知道光的反射定律特點(diǎn);再結(jié)合生活透鏡情境，探究光的折射本質(zhì)。只有在光的直線傳播、光的反射、光的折射等知識(shí)都清晰后，我們才會(huì)對(duì)光的運(yùn)動(dòng)有整體的、全面的認(rèn)識(shí)，才能科學(xué)地解釋生活中復(fù)雜的光現(xiàn)象。

（3）螺旋模型。如練習(xí)馬拉松，從短程、半馬到全馬，即聚焦于同一內(nèi)容，在相同的維度逐漸增大其深度和復(fù)雜程度，使學(xué)生的思維在學(xué)習(xí)中不斷螺旋上升。例如關(guān)于能量大概念的聚合，小學(xué)時(shí)，主要讓學(xué)生通過自己的直接感知認(rèn)識(shí)一些具體的能量，如風(fēng)能、電能、光能等，初步知道能量之間可以相互轉(zhuǎn)化;初中時(shí)，同樣是能量大概念，學(xué)生對(duì)能量的形式有了更多樣性認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步知道了核能、原子能、內(nèi)能等，并在此基礎(chǔ)上對(duì)能量的轉(zhuǎn)化認(rèn)識(shí)從定性走向部分定量，繼而知道能量轉(zhuǎn)化與守恒定律;高中時(shí)，對(duì)于能量大概念能通過定量分析理解能量轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵，認(rèn)知不同形式能量的本質(zhì)。

需要說明的是，不管是哪一種模型，大概念提取主要有兩個(gè)功能。第一，畫像的功能。因?yàn)榇蟾拍畹木酆献饔?，有利于低位的、碎片的知識(shí)不斷整合，從而實(shí)現(xiàn)從“知識(shí)點(diǎn)”走向“知識(shí)結(jié)構(gòu)”這個(gè)“種樹育林”的過程，更有利于學(xué)生從整體上把握核心，將教學(xué)引向深入。第二，導(dǎo)航的功能。在以大概念為核心的知識(shí)進(jìn)階中，從顯性來看，是知識(shí)的結(jié)構(gòu)化形成;從隱性來看，這些結(jié)構(gòu)化、關(guān)聯(lián)性的知識(shí)體系之中蘊(yùn)含著物理方法與物理精神的串聯(lián)。他們一起發(fā)揮著指南針作用，從而指向?qū)W生核心素養(yǎng)的形成。

四、通過專家型思維形成提取大概念

大概念提取的關(guān)鍵之一是要形成專家型思維。所謂專家型思維主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一方面他們能從具體的事物中抽象出大概念，體現(xiàn)出高度的歸納能力;另一方面又能將抽象的大概念應(yīng)用于具體的事物之中，體現(xiàn)出良好的演繹能力。在這個(gè)具體——抽象的過程中，需要老師既全局總攬，又要關(guān)注關(guān)鍵細(xì)節(jié)，從而能自由地行走在抽象和具體之間，體現(xiàn)了靈活的思維切換力。對(duì)比分析，廣大一線教師擁有豐富的具體經(jīng)驗(yàn)，對(duì)教學(xué)的關(guān)鍵細(xì)節(jié)也能如數(shù)家珍，但所缺乏的是對(duì)關(guān)鍵細(xì)節(jié)之后的不斷追逐、追問、追究，具體表現(xiàn)為有的教師平時(shí)交流時(shí)滔滔不絕，但真正提煉時(shí)卻噤若寒蟬，其原因是缺乏對(duì)大概念的揭示、思考、整合，這也是普通教師與專家型教師的最大區(qū)別。一般老師的思維更多是自下而上的歸納思維;專家思維更多的是在把握自上而下的演繹思維后，結(jié)合一些關(guān)鍵細(xì)節(jié)，在歸納與演繹思維兩者之間自由與靈活轉(zhuǎn)換。在這個(gè)過程中，素養(yǎng)得到提升，大概念也會(huì)水到渠成。

五、通過物理方法遷移提取大概念

大概念學(xué)習(xí)不僅僅是對(duì)大概念本身的學(xué)習(xí)，更是對(duì)大概念形成過程中思維、證據(jù)、方法的學(xué)習(xí)。正如溫·哈倫等人所說，“如果教學(xué)法并不與大概念的需求銜接，只是建議教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該關(guān)注大概念是沒有用的”[4]。大概念不是教師簡(jiǎn)單的告知，而應(yīng)在新舊認(rèn)知交替中、在師生對(duì)話中、在共同探究過程中實(shí)現(xiàn)。

在物理教學(xué)中，我們常會(huì)遇到“黑箱”問題?！昂谙洹弊鳛橐粋€(gè)科學(xué)概念，是指其內(nèi)部結(jié)構(gòu)尚不能夠或不便于直接觀察，而只能從外部去認(rèn)識(shí)的現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)?！昂谙浞ā笔茄芯课锢韱栴}的一種重要的科學(xué)方法。運(yùn)用“黑箱法”教學(xué)，有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，鞏固其對(duì)物理概念和規(guī)律的認(rèn)識(shí)和把握，培養(yǎng)學(xué)生的綜合思維能力。但一些學(xué)生對(duì)“黑箱”問題感到困惑，甚至產(chǎn)生畏難情緒，這就需要從大概念的角度進(jìn)行理解。

例如，在教學(xué)電磁繼電器的知識(shí)時(shí)，因其內(nèi)部無法直接看到，教材引入了各種各樣的電磁繼電器的實(shí)物圖，之后根據(jù)電磁鐵、串并聯(lián)電路等已有物理知識(shí)，一步步推出內(nèi)部電路的連接方式，這個(gè)過程本質(zhì)是一個(gè)“黑箱”問題。在這個(gè)過程中，教師指出，雖然我們不能直接看到電磁繼電器的內(nèi)部，但卻能根據(jù)外部的現(xiàn)象推測(cè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，是因?yàn)橄嘈牛鹤匀唤绮淮嬖诠铝⒌氖挛?，所有事物都是相互作用、相互?lián)系的。更具體地說，確信事物的結(jié)構(gòu)決定功能，功能可以逆向推理結(jié)構(gòu)。

所謂“自然界所有事物都是相互作用、相互聯(lián)系的”“結(jié)構(gòu)決定功能”是觀念，也是思想方法，當(dāng)然屬于大概念的范疇。有了這樣的大概念，我們就可以進(jìn)行廣泛的遷移。例如：在原子的結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)中，1911年，英國(guó)科學(xué)家盧瑟福用帶正電的α粒子轟擊金屬箔，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)多數(shù)α粒子穿過金屬箔后仍保持原來的運(yùn)動(dòng)方向，但有少數(shù)α粒子發(fā)生了較大角度的偏轉(zhuǎn)。在分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型：在原子的中心有一個(gè)很小的原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部的質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外空間繞核運(yùn)動(dòng)，就像行星繞太陽運(yùn)動(dòng)那樣。原子結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代模型就這樣問世了。教師指出：原子的內(nèi)部看不見，盧瑟福之所以如此篤定，也是因?yàn)椤白匀唤绮淮嬖诠铝⒌氖挛铮惺挛锒际窍嗷プ饔?、相互?lián)系的”“物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定功能，功能反過來可以推測(cè)結(jié)構(gòu)”等相同大概念的支持。當(dāng)然有了這種大概念的認(rèn)知，我們還可以遷移到力學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、聲學(xué)黑箱甚至超學(xué)科的“黑箱”問題。

總之，物理大概念處于學(xué)科的中心，它有利于構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有助于學(xué)習(xí)者形成專家型整體思維，有利于知識(shí)遷移拓展普適性。同時(shí)，大概念內(nèi)隱于素養(yǎng)、課標(biāo)、教材、學(xué)習(xí)過程中，需要我們智慧地提取與確定。結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，從理論書籍閱讀、課程標(biāo)準(zhǔn)解讀、小概念聚合、專家型思維形成、物理方法遷移等五條路徑提取大概念，可以為廣大物理教師提供參考，初步解決初中物理大概念的提取問題。在這個(gè)過程中，大概念的多元價(jià)值已得到滲透與體現(xiàn)。需要說明的是，初中物理大概念的研究是一個(gè)博大的課題，其提取路徑必然會(huì)有多元，還需要我們?cè)趯?shí)踐研究中進(jìn)一步完善。

參考文獻(xiàn)

[1][4] 溫·哈倫.科學(xué)教育的原則和大概念[M].韋鈺，譯.北京：科學(xué)普及出版社，2011：16，39.

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[3] 蔡鐵權(quán)，鄭瑤.物理觀念的內(nèi)涵、層次和架構(gòu)——關(guān)于物理觀念教育的思考[J].物理教學(xué)，2019，41（06）：2-5+70.

*該文為2021年浙江省教研重點(diǎn)課題“雙向·雙核·雙維：指向深度教學(xué)的初中科學(xué)單元設(shè)計(jì)研究”（Z2021022）、2021年度浙江省教師教育規(guī)劃專項(xiàng)課題“單元視域下初中科學(xué)教材‘四序?qū)Ρ妊芯俊保╖X2021154）的研究成果