基于經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)的初中物理概念教學(xué)策略

江蘇蘇州市吳江區(qū)運(yùn)河實(shí)驗(yàn)初級(jí)中學(xué)（215221）盛建國(guó)

物理概念和規(guī)律無(wú)疑是物理教學(xué)中最基本的內(nèi)容，讓學(xué)生理解掌握這些概念和規(guī)律則是物理教學(xué)中重要的顯性教學(xué)任務(wù)，概念的建構(gòu)更是物理教學(xué)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。物理概念的自主建構(gòu)作為教學(xué)理念雖已為廣大一線教師認(rèn)同，但初中物理概念教學(xué)現(xiàn)狀卻不容樂(lè)觀。對(duì)于密度、比熱容、壓強(qiáng)和浮力等較為抽象、復(fù)雜的概念的教學(xué)，依然存在著引入突兀、內(nèi)涵不清、方法不明、運(yùn)用不活等問(wèn)題?；诮?jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)的物理概念教學(xué)策略，重點(diǎn)優(yōu)化從直接經(jīng)驗(yàn)到科學(xué)概念的思維過(guò)渡，立足直接經(jīng)驗(yàn)的起點(diǎn)，著力學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)，值得物理一線教師深入研究和學(xué)習(xí)。

一、初中物理概念教學(xué)存在的問(wèn)題

從科學(xué)概念建構(gòu)的一般流程和基本策略來(lái)看，物理概念教學(xué)應(yīng)重點(diǎn)解決四大問(wèn)題：一是“為什么？”，即明白建立概念的目的，解決學(xué)生的學(xué)習(xí)需求問(wèn)題；二是“是什么？”，即知道概念的本質(zhì)屬性，明確其內(nèi)涵特征；三是“怎么做？”，即知道如何定義概念，把握其中的科學(xué)方法和科學(xué)思想；四是“怎么用？”，即概念的運(yùn)用，重點(diǎn)是知道在實(shí)際情境中如何靈活運(yùn)用所習(xí)得的概念解決相關(guān)問(wèn)題。以此對(duì)照當(dāng)前初中物理概念教學(xué)現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)存在以下問(wèn)題。

（一）概念空降式引入，意義不清

許多時(shí)候，教師引入的概念比較簡(jiǎn)單，學(xué)生不清楚為什么要引入這個(gè)概念，沒(méi)有形成強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)需求，教學(xué)效果自然不佳。例如，在密度的教學(xué)中，教師常常從鑒別物質(zhì)引入，然后就讓學(xué)生去探究物體的質(zhì)量和體積之間有什么關(guān)系。這似乎是一種由終至始的設(shè)計(jì)思路。作為已經(jīng)掌握密度概念的教師，當(dāng)然知道可用密度鑒別物質(zhì)種類，同種物質(zhì)的物體其質(zhì)量與體積的比值是相同的。但對(duì)學(xué)生而言，為什么要測(cè)這些物體的質(zhì)量和體積，而且還要求其比值，他們并不清楚，這主要是因?yàn)閷?duì)概念的意義不清楚。他們被動(dòng)執(zhí)行實(shí)驗(yàn)方案，缺少學(xué)習(xí)需求，而教師的教學(xué)邏輯性也不強(qiáng)。

（二）內(nèi)涵直白式告知，本質(zhì)不詳

同樣在密度的教學(xué)中，當(dāng)教師通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)“同種物質(zhì)的物體的質(zhì)量與體積的比值相同，而不同物質(zhì)的物體的質(zhì)量與體積的比值則不同”時(shí)，常常就此告知學(xué)生：這個(gè)比值就反映了物質(zhì)的某種性質(zhì)，我們用密度來(lái)表示。學(xué)生對(duì)于密度究竟反映了物質(zhì)的何種屬性仍然不甚明了，對(duì)于密度反映了物質(zhì)的疏密程度（致密度）這一概念本質(zhì)未能真正揭示，自然無(wú)法理解和掌握密度概念。

（三）定義公式化呈現(xiàn)，方法不明

物理概念的定義方法往往蘊(yùn)含著科學(xué)方法和科學(xué)思想，而教學(xué)中教師常常簡(jiǎn)單地出示公式完成教學(xué)。例如，密度的定義就采用了典型的比值定義法，這是初中物理概念的一種常見(jiàn)定義方法。學(xué)生對(duì)比值定義法的理解常常停留在公式中比值的形式上，對(duì)于比值形式背后是“科學(xué)比較必須統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)”的物理意義并不明確。比值定義法和控制變量法的本質(zhì)都是科學(xué)比較，而科學(xué)比較的前提就是統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，比值定義法是在定義概念時(shí)用數(shù)學(xué)比值的方法實(shí)現(xiàn)了定量的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一（統(tǒng)一到：?jiǎn)挝惑w積、單位質(zhì)量、單位時(shí)間等）；而控制變量法則是在探究物理量的關(guān)系時(shí)實(shí)現(xiàn)定性的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一（統(tǒng)一到：相同體積、相同質(zhì)量、相同時(shí)間等）。對(duì)概念教學(xué)中出現(xiàn)的定義公式，要盡量明確相應(yīng)科學(xué)方法的意義。

（四）應(yīng)用習(xí)題化重復(fù)，運(yùn)用不活

應(yīng)用概念是概念建構(gòu)的重要環(huán)節(jié)，但在我們的概念教學(xué)的應(yīng)用環(huán)節(jié)中，概念應(yīng)用常常固化和簡(jiǎn)單化為重復(fù)性的習(xí)題教學(xué)，從例題到習(xí)題，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，就是缺少應(yīng)用概念解決真實(shí)問(wèn)題的有效訓(xùn)練。這導(dǎo)致學(xué)生解決物理化問(wèn)題優(yōu)于解決實(shí)際問(wèn)題，更換復(fù)雜的實(shí)際情境后，往往不知所措，習(xí)得的知識(shí)性經(jīng)驗(yàn)未能內(nèi)化上升為問(wèn)題解決的策略性經(jīng)驗(yàn)，不會(huì)靈活應(yīng)用所學(xué)概念解決實(shí)際問(wèn)題，于是多數(shù)學(xué)生往往又重新回到僅憑直覺(jué)和生活經(jīng)驗(yàn)做出簡(jiǎn)單判斷的情況，出現(xiàn)了經(jīng)驗(yàn)運(yùn)用的退化現(xiàn)象，說(shuō)明學(xué)生并未真正完成科學(xué)概念的自主建構(gòu)。

二、經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)理論引入物理教學(xué)的可行性

（一）經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)與經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)圈理論

經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)始于19 世紀(jì)末杜威、勒溫和皮亞杰等人對(duì)“經(jīng)驗(yàn)”在學(xué)習(xí)中重要作用的研究，逐步發(fā)展到“基于經(jīng)驗(yàn)的學(xué)習(xí)”，直至“經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)”的提出（如圖1）。其中哈佛大學(xué)教授大衛(wèi)·庫(kù)伯提出了著名的“經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)圈”模型，他認(rèn)為任何學(xué)習(xí)都應(yīng)遵循由四個(gè)階段構(gòu)成的經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)圈（如圖2），包括“具體經(jīng)驗(yàn)”“反思性觀察”“抽象概念化”“積極實(shí)踐”，并在不斷循環(huán)中實(shí)現(xiàn)螺旋上升。美國(guó)于1973 年成立了“美國(guó)國(guó)家經(jīng)驗(yàn)教育學(xué)會(huì)”，迄今已舉辦36 屆國(guó)際年會(huì)，出版了《經(jīng)驗(yàn)教育》期刊。經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)理論積淀百年，對(duì)世界教育影響很大，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)護(hù)培訓(xùn)等成人實(shí)訓(xùn)教育中，但是目前在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域中應(yīng)用甚少，相關(guān)研究也多局限于對(duì)庫(kù)伯經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)圈理論的學(xué)習(xí)解讀和理論研究，在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用基本為空白。

圖1 經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)百年發(fā)展歷程

圖2 庫(kù)伯經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)圈

（二）經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)圈理論與初中物理教學(xué)高度契合

經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)圈理論強(qiáng)調(diào)從具體經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，經(jīng)過(guò)“反思性觀察”和“抽象概念化”形成科學(xué)概念，進(jìn)而在“積極實(shí)踐”中應(yīng)用所學(xué)概念解決問(wèn)題，這與科學(xué)概念建構(gòu)的一般流程和四個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)不謀而合，更與初中物理倡導(dǎo)的“從生活走向物理，從物理走向社會(huì)”的課程理念如出一轍，高度契合。初中物理教學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)和初中生身心發(fā)展特點(diǎn)決定了初中物理教學(xué)必然是以創(chuàng)設(shè)生動(dòng)有趣的具體情境，使學(xué)生獲得豐富的感性認(rèn)識(shí)和直接經(jīng)驗(yàn)為起點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上以問(wèn)題引領(lǐng)思維的發(fā)展，在手腦并用的科學(xué)探究活動(dòng)中實(shí)現(xiàn)概念的自主建構(gòu)和規(guī)律的自主發(fā)現(xiàn)，最后在學(xué)以致用的實(shí)踐應(yīng)用中鞏固和深化對(duì)概念、規(guī)律的理解，培養(yǎng)解決問(wèn)題的能力，全面提升科學(xué)素養(yǎng)。

因此，將經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)引入初中物理教學(xué)有充分的理論依據(jù)與合理預(yù)期，可期望以此優(yōu)化教與學(xué)方式，實(shí)現(xiàn)從經(jīng)驗(yàn)到概念的螺旋上升，優(yōu)化課程實(shí)施，形成新的教學(xué)策略和教學(xué)樣態(tài)。

三、基于經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)的初中物理概念教學(xué)策略

經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)圈理論與初中物理概念教學(xué)的基本理念都強(qiáng)調(diào)“從直接經(jīng)驗(yàn)到科學(xué)概念”的學(xué)習(xí)路徑。但在創(chuàng)設(shè)情境獲得直接經(jīng)驗(yàn)后，如何從直觀化、表象化、碎片化的直接經(jīng)驗(yàn)上升到理性的科學(xué)概念，實(shí)現(xiàn)由感性認(rèn)識(shí)到理性認(rèn)識(shí)的飛躍，經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)圈理論卻未有明確說(shuō)明?；诖?，筆者在初中物理教學(xué)實(shí)踐中總結(jié)出以下三種基于經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)的教學(xué)策略。

（一）從表象性經(jīng)驗(yàn)感知走向整體性科學(xué)認(rèn)知，彰顯教學(xué)邏輯

在浮力概念的教學(xué)中，教師通過(guò)創(chuàng)設(shè)情境喚醒學(xué)生對(duì)浮力的原有經(jīng)驗(yàn)（學(xué)生對(duì)水中物體受到浮力有豐富的生活經(jīng)驗(yàn)），但這種經(jīng)驗(yàn)往往是表象性的感性認(rèn)知，需要進(jìn)一步在思辨性的問(wèn)題討論與事實(shí)驗(yàn)證中厘清概念的內(nèi)涵與外延，逐步形成對(duì)浮力概念的整體理性認(rèn)知，從而上升到理性的科學(xué)概念。這里，基于“三問(wèn)三探”（疑問(wèn)，一探究竟；反問(wèn)，再探求證；追問(wèn)，三探求真。）的問(wèn)題教學(xué)法能彰顯教學(xué)邏輯，促進(jìn)學(xué)生的思維走向深入，不失為從經(jīng)驗(yàn)到概念的有效教學(xué)策略。

以浮力概念教學(xué)為例，基于學(xué)生知道水中的乒乓球因?yàn)槭艿礁×Χ细?，這一事實(shí)為經(jīng)驗(yàn)起點(diǎn)，教師可以通過(guò)“疑問(wèn)、反問(wèn)和追問(wèn)”展開(kāi)后續(xù)的概念教學(xué)。

師（疑問(wèn)）：水中的乒乓球因?yàn)槭艿礁×?，所以上浮，那么在水中下沉的石塊是否受到浮力？

（大部分學(xué)生認(rèn)為也受到浮力，但也有不同意見(jiàn)。）

師（反問(wèn)）：如果說(shuō)下沉的石塊也受到浮力，那么如何用彈簧測(cè)力計(jì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證呢？

（學(xué)生小組討論，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，總結(jié)形成稱重法測(cè)浮力的結(jié)論。）

師（追問(wèn)）：浸沒(méi)的物體受到浮力，那么部分浸沒(méi)的物體是否受到浮力？如何用實(shí)驗(yàn)事實(shí)來(lái)驗(yàn)證你的觀點(diǎn)？你覺(jué)得浮力的大小和什么有關(guān)？

分析：在教師疑問(wèn)、反問(wèn)的引領(lǐng)下，學(xué)生自主設(shè)計(jì)了用稱重法測(cè)浮力的實(shí)驗(yàn)，測(cè)出了水中物體受到的浮力，教師進(jìn)一步追問(wèn)：僅部分浸沒(méi)的物體是否受到浮力？學(xué)生自然想到仍然用稱重法測(cè)浮力的實(shí)驗(yàn)予以證實(shí)，而在驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中就很自然地發(fā)現(xiàn)部分浸沒(méi)的物體所受浮力比完全浸沒(méi)時(shí)小，思維活動(dòng)又自然聚焦到浮力的大小和哪些因素有關(guān)的探究?！叭龁?wèn)三探”彰顯問(wèn)題邏輯，引領(lǐng)實(shí)驗(yàn)探究，使概念教學(xué)承上啟下，自然順暢。

（二）從模糊的經(jīng)驗(yàn)描述走向嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)探索，引入科學(xué)方法

在壓強(qiáng)概念的教學(xué)中，教師可以先設(shè)計(jì)一個(gè)趣味體驗(yàn)活動(dòng)——“紙杯輕功表演”，讓學(xué)生上講臺(tái)來(lái)表演“輕功”（站在一次性紙杯上卻不把紙杯壓扁）。教師先讓學(xué)生猜測(cè)哪位同學(xué)表演成功的概率會(huì)比較高，學(xué)生自然推選體重較輕的女同學(xué)，在通過(guò)增加腳下紙杯的數(shù)量最終獲得成功后，教師又讓班內(nèi)最重的男同學(xué)上講臺(tái)來(lái)，讓大家想辦法讓他也表演成功。通過(guò)這樣的趣味活動(dòng)，豐富了學(xué)生的直接經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生從一次性紙杯被壓扁的事實(shí)中獲得了壓力作用效果的直接感知，對(duì)于影響壓力作用效果的因素也在事實(shí)經(jīng)驗(yàn)的支持下有了初步的猜想，為后續(xù)壓強(qiáng)的概念教學(xué)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。但此時(shí)學(xué)生對(duì)壓強(qiáng)的概念仍是一種模糊的經(jīng)驗(yàn)感知和經(jīng)驗(yàn)描述，在隨后的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、驗(yàn)證猜想環(huán)節(jié)中，教師必須重視科學(xué)方法的引入，隨后的實(shí)驗(yàn)教學(xué)重點(diǎn)不在實(shí)驗(yàn)操作，教師要充分利用前面的趣味實(shí)驗(yàn)活動(dòng)激活學(xué)生思維的教學(xué)功能，充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性，讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，小組展示實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，自主評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，自主提煉出控制變量法，真正把握科學(xué)方法的內(nèi)涵，厘清為什么要控制變量，控制什么變量，觀察什么變量，獲得什么結(jié)論，從模糊的經(jīng)驗(yàn)科學(xué)走向嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)實(shí)驗(yàn)?？茖W(xué)方法與科學(xué)思想是物理學(xué)科的核心素養(yǎng)，是物理學(xué)科的精華，其教學(xué)至關(guān)重要。

（三）從定性的經(jīng)驗(yàn)分析走向定量的數(shù)學(xué)推演，運(yùn)用數(shù)學(xué)工具

在基于經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)的密度概念教學(xué)中，教師可將學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)作為學(xué)習(xí)起點(diǎn)，從比較物體的輕重入手，問(wèn)學(xué)生：鐵和木頭誰(shuí)重？石頭和棉花誰(shuí)重？學(xué)生基于生活經(jīng)驗(yàn)自然回答：鐵比木頭重，石頭比棉花重。教師出示一根小鐵釘和一個(gè)大木塊，再問(wèn)：這根鐵釘和這個(gè)木塊，誰(shuí)重？很明顯是木塊比鐵釘重。由此引發(fā)思維沖突，引出問(wèn)題。

問(wèn)題1：我們平時(shí)所說(shuō)的鐵比木頭重、石頭比棉花重指的是什么？

分析：學(xué)生認(rèn)真思考后開(kāi)始意識(shí)到這里有物體和物質(zhì)的區(qū)別，平時(shí)所說(shuō)的鐵比木頭重指的是兩種物質(zhì)的區(qū)別。

問(wèn)題2：那么在什么條件下，鐵肯定比木頭重，石頭肯定比棉花重？需要加什么條件？

分析：引出科學(xué)比較必須統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的問(wèn)題，學(xué)生根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可以回答“體積相等時(shí)”。

問(wèn)題3：要統(tǒng)一體積相等并不一定要把鐵和木頭加工至體積相等，可以采用數(shù)學(xué)上的統(tǒng)一方法，即用比值的方法，用質(zhì)量除以體積。（引導(dǎo)學(xué)生測(cè)量鐵釘和木塊的質(zhì)量與體積，并求其比值。）

分析：測(cè)量并計(jì)算后發(fā)現(xiàn)鐵釘?shù)馁|(zhì)量體積比值大于木塊的質(zhì)量體積比值，此結(jié)論與學(xué)生原有生活經(jīng)驗(yàn)相符，“鐵比木頭重”得到了事實(shí)支持。進(jìn)一步分析：該比值反映了什么呢？小鐵塊質(zhì)量小，為什么比值卻比大木塊大？如果換成大鐵塊和小木塊呢，該比值大小如何？我們需要對(duì)多種物質(zhì)，用更多物體來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，尋找更多事實(shí)證據(jù)（多次測(cè)量，求更多物質(zhì)組成物體的質(zhì)量體積比值）…… 隨后發(fā)現(xiàn)只要是同種物質(zhì)，該比值相等，不同物質(zhì)一般不等。質(zhì)量和體積的比值反映了物質(zhì)的某種性質(zhì)，疏密程度。

圖3 密度概念教學(xué)流程圖

在上述教學(xué)流程中（如圖3），教學(xué)從學(xué)生原有的樸素經(jīng)驗(yàn)入手，以“鐵比木頭重”的生活經(jīng)驗(yàn)為起點(diǎn)，通過(guò)揭示生活經(jīng)驗(yàn)的不嚴(yán)謹(jǐn)、不科學(xué)，進(jìn)而引出科學(xué)比較需要統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，由此引入數(shù)學(xué)工具：比值定義法。這樣的教學(xué)既遵循了學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，又找準(zhǔn)了學(xué)生學(xué)習(xí)的經(jīng)驗(yàn)起點(diǎn)，更重視了數(shù)學(xué)工具（比值法、比值定義法）的重要作用。學(xué)習(xí)路徑關(guān)注了“任務(wù)、經(jīng)驗(yàn)、方法和應(yīng)用”四大關(guān)鍵，落實(shí)了科學(xué)概念教學(xué)中“學(xué)習(xí)需求，概念內(nèi)涵，定義方法，實(shí)踐應(yīng)用”四個(gè)環(huán)節(jié)，取得了較好的教學(xué)效果。

基于經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)的初中物理概念教學(xué)以學(xué)生經(jīng)驗(yàn)為起點(diǎn)，以活動(dòng)任務(wù)為引領(lǐng)；以思維沖突激活學(xué)習(xí)需求；以實(shí)踐探究豐富內(nèi)涵理解；以科學(xué)方法規(guī)范概念定義；以實(shí)踐運(yùn)用深化概念理解，獲得了較好的教學(xué)效果。