中學物理“思維型”課堂中概念的教學探討

王長江 胡衛平

（1.延安大學物理與電子信息學院，陜西 延安 716000；2.陜西師范大學教師專業能力發展中心，陜西 西安 710062）

國內外的教育者和政策制定者都已經認識到培養具有創新素質的學習者對于未來社會發展的重要性.但是，如何在課堂教學中，培養學生的創新素質，確是擺在教育者和一線教師面前一個棘手的難題.本文以“思維型”課堂的基本原理為理論基礎，嘗試將“思維型”課堂的基本原理融入到學生學習物理概念的過程中，引發學生積極的、主動的思考，進而促進學生創新素質的發展.

1 什么是“思維型”課堂

1.1 課堂上學生的思維活動存在的問題

在教學中我們注意到，有不少學生學習活動中其思維處于“不思考狀態”，有些班級出現“集體不思考狀態”，甚至有些學生已經習慣了課堂上的“不思考”狀態，經常性的表現為：教師提問，低頭不語；課堂練習，照抄書本；小組討論，人云亦云.課堂上產生這種“學而不思”現狀，有學生個性方面的因素，比如膽小、愛面子等，更為重要的是教師低效的教學方法產生的后果.

毫無疑問，如果學習者的思維處于滯留狀態，教師的講授全然白費，知識理解、創造性思維、學習動機等創新素質的形成，都依賴于思維經常性地處于“活動狀態”.蘇霍姆林斯基曾反復強調：“讓學生生活在思考的世界里——這才是應當在學生面前展示的生活中最美好的事物！也應當向教師指明這個方向”.［1］

教學實踐表明，營造充滿思考的課堂，僅憑教師的某些教學技巧是遠遠不夠的.那么，有沒有一種教學框架，在這樣的框架下，學生都能積極地、主動地思考？

1.2 “思維型”課堂的主要內容

我們對國內外有重要影響的教學論述進行了梳理后發現，這些有重要影響的教學論述具有如下“共同特征”：所論述的教學過程，無論是明確學習目標、感知學習材料、理解所學知識、掌握學科方法、遷移運用知識、反思學習過程，還是提出問題、分析問題、解決問題、師生互動、生生互動等，其核心都是思維活動.對于教師教的活動來講，明確教學目標、了解學生基礎、進行教學設計、創設教學情境、組織教學活動、反思教學過程等，核心也是思維活動.這些教學理論都將促進學生積極思維、發展思維能力、培養思維習慣作為課堂教學的核心.

正是在考察國內外教學理論的“共同特征”的基礎上，以皮亞杰的認知發展理論、建構主義教學理論、學習科學的最新成果以及林崇德的思維結構“三棱”模型為支撐，并在總結20多年的教學實踐研究的基礎上，林崇德、胡衛平提出了“思維型”課堂教學理論.可以說，“思維型”課堂教學理論吸收了國內外有重要影響的教學理論的“最新成果”，它反映了現代教學理論最新探索.

“思維型”課堂教學強調以誘發思維動機為特征的教學導入、以引發思維動力為特征的教學過程、以思維監控為特征的教學反思和以抽象概括為特征的應用遷移.“思維型”課堂教學的基本原理如下.［2］

（1）認知沖突.

認知沖突（cognitive conflict）指認知發展過程中原有認知結構與現實情境不相符時在心理上所產生的矛盾或沖突.在課堂教學中，教師要根據課堂教學目標，抓住教學重點，聯系已有經驗，設計一些能夠使學生產生認知沖突的“兩難情境”或者看似與現實生活和已有經驗相矛盾的情境，以此使學生心理產生強烈的震顫，啟發學生積極的、主動的思維，從而進行質疑問難、預判猜測、設計方案、進行探究，主動完成認知結構的構建過程.

（2）自主建構.

學習是學生的積極主動建構的過程；知識的接納是個體經驗的合理化；對學生來講，已有的知識、經驗是進一步學習的基礎.課堂教學中應使學生處于積極的思維狀態，促進學生思維結構的完善，教師可以通過列舉典型事例，喚起學生的感性認識、運用觀察與實驗來展示科學現象、事物發生和變化的過程，教師可以聯系學生已學知識進行教學.“思維型”課堂教學中，3種互動的關系是：情感互動是基礎，行為互動是表現，思維互動是核心.課堂教學中如果在師生互動、生生互動中會引發彼此的思維互動，此時就會出現師生注意力高度集中，大腦皮層高度興奮，思維高度活躍且時間持續，有人稱之為思維流.［3］在思維流發生的過程中，師生表現為精神振奮、心情愉悅、感受性強、自覺性高、記憶清晰、反應敏捷、聯想豐富，時間在不知不覺中過去，學習的效率達到平時的最高水平.

（3）應用遷移.

學習的目的在于將習得知識、能力遷移到新的問題情境中.遷移是與學習活動中的概括密切相關的，產生遷移的重要條件是學習者能在新舊問題情境中概括出共同的要素.學生遲遲進入不了思考狀態，一個主要因素在于沒有概括出新舊情境的共同要素.顯然，學生對已有知識的概括水平越高，就越能揭示以前沒有認識的同類問題的本質，就越容易將新的問題情境同化、吸納進已有的認知結構，真正的思維也就越容易發生.

（4）思維監控.

學習者必須對自己的學習活動進行思維監控、自我檢查，以診斷和判斷自己在學習中所追求的是否符合自己設置的目標.在每一次課堂活動將近結束時，教師都要引導學生對活動對象、活動過程、活動思維方式進行反思.通過反思，“把經驗含糊的、可疑的、矛盾的、某種失調的情境轉化為清楚的、有條理的、安定的以及和諧的情境”，［4］讓學生把活動過程中的思維方法領悟上升到一定高度，形成自己的認知策略，從而更容易在新的問題情境中進入積極的思考狀態.

2 “思維型”課堂中概念教學環節

在“思維型”課堂中，物理概念教學的步驟有哪些呢？

第1階段：引入概念.概念教學的第一個環節是為什么要探索這個概念？教學要求是喚醒學生的科學前概念；聯系已有知識，創設認知沖突，引發學習動機.

例如，在初二物理“密度”一節的教學中，為什么要探索“密度”這個概念？以往教師在教學中，往往忽略這個問題，而直接從探索“物體的質量與體積的關系”開始，展開教學.要在每次概念教學的開始，就使學生養成刨根究底的思維傾向.

第2階段：形成概念.這一階段是概念教學的核心，教學要求是盡量多地讓學生主動探究，在經歷、參與、融入中，引發思考，建立概念（亦即強調認知建構）；盡量多地讓學生對問題進行充分交流、深入研討（亦即強調社會建構）.

其教學環節主要有兩個：其一，引導學生經歷豐富的感知活動，進而獲得豐富的感性認識；其二，引導學生對教學材料進行思維加工，進而掌握正確的思維方法.這是一種創造性的腦力勞動，不僅需要運用抽象思維，而且要依賴于形象思維和直覺思維，依賴于各種思維方法的綜合運用.

在概念的形成階段，教師應通過演示實驗、生活事例等巧妙地設置認知沖突，引發學生原有認知結構與現實情境的矛盾或沖突；教學是學生主動建構知識的過程，教師應通過典型示例來喚醒學生的已有知識，建構新的知識.另外，在教學中，教師還應引導學生發散思維，進行聯想、想象，盡可能從多個角度提出問題、猜想、方案，留心方案實施中的意外情況，利用已有的知識進行推理，核查、確定可探究的、合理的假設，評估實施方案，最后運用比較、分類、概括、分析綜合等技能進行探究、得出結論.

第3階段：運用概念.教學要求是精心設計能夠用本節課所學知識解決的、富含生活情境的物理問題.

在引導學生明確物理概念的內涵、外延的基礎上，在新的問題情境中，運用概念解決問題，深化、活化對物理概念的理解，進而形成物理概念的結構.思維的發展是在掌握和運用知識、技能的過程中完成的，穩定的思維結構只有在多次運用概念解決問題的過程中才能形成.例如，在“聲音是什么”這節課中，可以設計這樣一個問題：請設計一個測量聲音在空氣中的傳播速度的實驗方案.這個問題涵蓋了對聲源的選擇、聲音傳播的介質、時間的測量等問題，既可以鞏固本節所學知識，還可以促進學生對本節知識的深入理解.

第4階段：反思小結.教學要求是設計啟發式“自我提問清單”，培養學生的元認知能力.

在上述3個階段結束后，教師應引導學生及時反思整個概念的學習過程，為以后概念的學習積累學習經驗.圖1是“思維型”課堂中概念教學過程的流程圖.

圖1 “思維型”課堂中概念教學流程

3 “思維型”課堂中概念教學的策略

為了在物理概念教學中引發學生積極思考、主動探究，進而提升學生的創新素質，同時考慮到中學生學習物理概念的認知過程和思維障礙，在指導學生學習物理概念過程中，針對不同的概念教學階段，我們提出相應的教學策略.

3.1 概念引入階段的教學策略

要使學生投入到概念學習中，教師在教學中應想方設法激發學生思維動機，這是“思維型”課堂教學在教學導入環節最重要的要求.如何才能激發學生的思維動機呢？

（1）診斷知識基礎.

學生的知識基礎是概念學習的出發點.越來越多的物理研究者認為，有效的物理教學是基于前概念基礎上的，要轉變學生錯誤的前概念，首先要知道學生存在哪些前概念.美國著名教育心理學家奧蘇伯爾：“假如讓我把全部教育心理學僅僅歸納為一句原理的話，那么，我將一言以蔽之：影響學習的唯一最重要的因素就是學生已經知道什么，要探明這一點，并應據此進行教學.”學生在進入課堂學習科學概念之前，頭腦中對將要學習的概念已有了認識，教師要在教學準備階段善于發現學生的前概念，尤其是錯誤的前概念，以此作為引發思維動機的前提.

診斷的方法有課堂提問、個別訪談、問卷測試或將其結合起來等.例如，為了了解學生對力學概念的認識情況，可以選用信度較高的力學問卷或自行編織力學問卷，對全班學生進行測試；在測試的基礎上，再進行個別訪談，深入了解個別學生頭腦存有的前科學概念，尤其是錯誤的前科學概念.在課堂上使用精心設計的問題，進行不斷追問，也是了解學生存有的前科學概念的簡便、有效的方法.

（2）運用演示實驗.

實驗是獲得感性認識的重要途徑.通常情況下，教師的演示實驗有3種效果：第1種是實驗現象不顯著，教師進行演示實驗時，學生已經猜到了實驗結果.因此，學生對教師的實驗結果無動于“心”.第2種是實驗現象非常顯著，盡管學生猜到了實驗結果，但是，對實驗現象仍然留下了較深的印象.第3種是實驗現象非常顯著，學生預測的實驗現象與實際發生現象不一致，學生陷入了積極的思考中，對實驗現象留下了深刻的印象.

在“思維型”教學中，教師運用演示實驗的要求，就是應該想法設法引發學生的好奇心、求知欲，使學生在觀察實驗、操作實驗時，大腦發生“驚奇”，心理產生“震顫”，“心”動后更想“手動”，從而引發學生濃厚的學習動機.

例如，在進行“光的折射”教學時，用如下3種方法演示實驗.

方法1：把筷子放入盛水的碗中，觀察筷子形狀的變化.

方法2：用激光筆照射盛水的碗，觀察光線的變化.

方法3：在空碗中放入一枚硬幣，向碗中慢慢倒水，觀察碗底看到了什么.

對于方法1，學生可以根據生活經驗，知道放入碗中的筷子會發生彎折現象，學生預先已經猜到了實驗結果，只是他們不會解釋其中的道理，學生的學習興趣并沒有很好地調動起來.對于方法2，一些學生猜到實驗結果，一些學生猜不到，實驗會激發學生的學習興趣，是個很好的演示實驗.對于方法3，學生預測的實驗現象（什么也看不到）與實際發生現象不一致（隨著水的倒入，看到了硬幣），營造了強烈的認知沖突，學生陷入了積極的思考中，對實驗現象留下了深刻的印象.

（3）引發期待效應.

通過意義闡述，來引發學生的期待效應，從而引發思維動機，也是一種可取的方法.這是因為學習并非都充滿了娛樂性、趣味性，學習活動需要長久的專注和意志的能力；上學是強制性的，課程內容與學習活動選擇的依據是國家課程標準，而不是學生自由的選擇；國內班級中人數多數在20人以上，教師無法一一滿足學生的需要.學習對于有些學生來說是枯燥的；高競爭性的學校環境，使得學生傾向于關注成功滿足的外部需求，而不是內在的學習意愿傾向.

進行意義闡述，促使學生對新的情境進行價值判斷，從而引發思維動機.根據馬扎諾的學習行為模式，當學習者遇到新的任務時，自我系統先起作用，進行明智的價值判斷，如果學習者認為該任務很重要，就會決定積極行動，反之，就會產生消極影響.教師在教學中，尤其是在高年級的教學中，應該充分闡述教學活動的積極意義，使學生樂于接受活動，那么，學生的思維動機就會調動起來.

3.2 概念形成階段的教學策略

在概念形成階段，“思維型”課堂教學的要求是引導學生通過自主建構（包括認知建構和社會建構）等方式建立概念.

概念的形成離不開思維加工.思維是人腦對客觀事物間接的、概括的反映，它的基本特點是概括，即思維反映的是一類事物的共同特征、本質屬性和內在規律性.它之所以能揭示事物的本質屬性和內在規律性，主要來自抽象和概括的過程.抽象過程，就是在思想上區別某種事物的本質屬性或特征和非本質屬性或特征，從而舍去后者并抽取出前者；概括過程，則是在思想上將某種事物的本質屬性或特征，推廣到同類事物中去.因此，學生只有在感性認識的基礎上，經過分析、綜合、抽象、概括等心理過程，才能形成物理概念.

在“思維型”課堂教學中，教師不僅重視在知識獲得過程中學生的分析綜合、歸納概括等思維方法的引導，還十分重視學生思維加工的內在動力的激發.在“思維型”概念教學的形成階段，教師除了應巧妙、精心地設置認知沖突外，還應該開啟好如下活動.

（1）精心準備、組織學生的實驗探究活動.

物理學是一門實驗科學，幾乎所有的概念習得都可以通過實驗來探究.教師應該準備充足的實驗器材，引導學生親歷實驗過程.學生在實驗過程中，自己會建構意義，產生新的想法.正是教師設計的這些“實驗探究活動”，加速學生學習中的比較、分類、抽象等思維加工的效率.

（2）精心準備、組織學生的交流研討活動.

交流研討的力量在于語言和思維的相互作用.它使孩子在學習中從疑難達到用他們的語言有條理地解釋現象的“彼岸”.因此，充分的交流研討“成了從經歷中探求意義、尋求結構的探索，推動學習者沿著概念箭頭前進”.［6］概念習得是一種創造性的腦力勞動，教師應營造寬松的教學氣氛，開展充分交流，引發師生之間、生生之間良性的行為互動、情感互動，尤其是思維互動.

概念形成階段，基本上是圍繞著兩個基本問題展開的.

基本問題1：如何探索這個概念？

圍繞著基本問題1，在教師的引導下，學生在設計研究方案的過程中，會提出問題，進行想象、假設.例如，學生在學習“密度”時，學生已經有了這樣的感性認識：質量大的物體，它的體積也大；質量小的物體，它的體積也小.那么，物質的質量與體積究竟有怎樣的關系？教師應引導學生會做出種種假設：質量與體積成正比；質量與體積的平方成正比等等.當其他學生有不同意見時，教師要及時抓住時機，讓學生進行充分交流，培養學生共情傾聽、互助思考、管理沖動的思維傾向.接著，教師會引導學生設計研究方案，其中涉及到創造性想象、設計等思維技能.

基本問題2：這個概念的建立經歷了怎樣的過程？

圍繞著基本問題2，在教師的引導下，學生要經歷概念的建立過程，會進行實驗操作、比較、分類、概括等.涉及的思維傾向包括概括、力求準確、理性分析.

總之，新的物理概念的建立，是從物理事實到物理本質的巨大跨越，需要各種認知過程的參與（包括形象的和直覺的、抽象的思維技能）.如何在物理概念的構建過程中，驅動學生積極思考？這就需要教師創設認知沖突情境，引導學生積極進行實驗探索，同時要引導學生充分的、積極的交流，進行深入研討，亦即通過認知沖突、自主建構的種種策略，引發學生積極的思考狀態.當比較、分類、概括、解釋等認知過程都處于一種積極的思考狀態驅使下，概念習得會更有效.

3.3 理解運用階段的教學策略

在理解運用階段，“思維型”課堂教學要求是精心設計能夠用本節課所學知識解決的、富含生活情境的物理問題，并運用習得的物理概念、思維能力解決新的問題.

當初步建立概念后，需要進一步深入理解概念的內涵和理清概念的外延，同時學會使用概念.物理概念的內涵是指物理概念所反映的對象、現象、過程所特有的本質屬性.例如力的內涵是指“一個物體對另一個物體的作用”；物理概念的外延是指具有物理概念所反映的本質屬性的全體對象.例如重力、彈力、摩擦力、萬有引力、電磁力、強相互作用力、弱相互作用力等都屬于力這一概念的外延.在物理教學中，要使學生明確物理概念的內涵，了解物理概念的外延，引導學生搞清概念間的聯系及關系，這是掌握物理概念的根本之一.在理解運用階段，涉及到的認知過程包括比較、分析、類比、執行或實施等；涉及的思維傾向包括理性分析、勇于質疑、堅持不懈.

理解運用階段，大體上是圍繞著兩個基本問題展開的.

基本問題1：如何理解這個概念？

明確概念的定義、內涵和外延.在對感性材料進行思維加工的基礎上，給概念下一個明確的定義，這是把有關概念用語言精確地加以表述的過程.理解和掌握物理概念，首先要重視物理概念的定義內容.定義既可以幫助我們理解概念的本質，又能易于記憶所研究的問題.其次要理解物理概念的內涵和外延、概念的真正含義.

例如，在密度概念初步建立后，可以提出如下問題：質量為2.7g的鋁，切去一半，剩下的一半其密度是多少？將這個鋁塊從北京帶到重慶，它的密度是多少？

基本問題2：如何在新的問題情境中運用這個概念？

課堂教學時間很寶貴，教師應該精心設計應用本節知識可以解決的問題.在“思維型”課堂中，我們對第3個環節的問題設計的要求是：（1）問題可以運用本節知識解決；（2）問題需要多種認知過程參與；（3）問題情境能激發起學生探究的興趣.

例如學完“力”的概念后，可以設計這樣的問題：明明犯錯誤了，爸爸用棒子打了他的屁股，明明疼的嗷嗷叫，棒子也打斷了，可見，力的作用是相互的；邁克·泰森是世界著名的拳擊手，他曾經多次KO對手，請用本節知識解釋：為什么他能KO對手，而自己不會受傷？

首先，這個問題容易激發學生探究的興趣；其次，如果要順利解決這個問題，除了要知道拳擊運動中一些常識，還需要深入理解下列知識：力是物體對物體的作用；物體間力的作用是相互的；力的作用效果在于改變物體的形狀或改變物體的運動狀態.最后，要解決這個問題，需要提取、比較、推理等多種認知過程的參與.

運用是形成概念的重要環節.當學生初步形成概念后，必須及時運用概念解決實際問題，通過運用、鞏固、深化和活化概念，同時能夠掌握運用概念解決問題的方法，提高能力.注意在應用時，問題要有典型性、靈活性、啟發性和針對性.

3.4 反思小結階段的教學策略

在反思小結階段，“思維型”課堂教學要求是對概念學習活動進行思維監控、自我檢查，以診斷和判斷在學習中所追求的是否符合自己設置的目標.在這個階段，主要圍繞著下面的基本問題展開教學活動：在探究概念過程中，我們究竟是如何思考的？

在上述3個階段結束后，教師應引導學生及時反思整個概念的學習過程，為以后概念的學習積累學習經驗.教師不僅要引導學生對概念建構歷程進行梳理，更重要的是對概念建構歷程進行概括.只有概括力更強、抽象度更高的核心概念才有可能在新的情境中進行遷移.

教師要引導學生梳理總結本節課中所學到思維策略.思維策略在學科教學中的作用極為重要.現在更多的學者支持在學校教育中教授思維的策略，“我們應該教會學生如何思考，而不是教他們思考的內容”.拜爾指出，思維策略是指為將要達到的目標或為思維的成果所擬定的全盤計劃，比如做決定、解決問題和形成概念等.

為了有效培養學生的思維監控能力，我們建議教師在每節課的“反思小結”階段都采用波利亞的“啟發式自我提問清單”，讓學生在策略訓練之后的一段時間里反復運用這個自我提問單來加強思維監控.

“啟發式自我提問清單”可以通過教學生學會自我提問來提高他們思維的自我監控能力.對自己提問題，反而能夠啟發自己的思路，主要有以下步驟.

（1）表征問題.解決問題的首要任務是表征問題.為了促進對概念相關問題的理解，學生可以向自己提出如下問題：已知條件是什么？物理過程是怎樣的？你能畫出物理圖景嗎？

（2）制定方案.這個步驟要形成一個問題解決方案.關于方案的問題包括：過去見過這個問題嗎？實驗探究還是理論探究？如果是實驗探究，需要哪些實驗器材，實驗步驟該如何設計？如果是理論探究，應該用哪種理論模型？

（3）執行方案.這個步驟在于審查執行解決方案，核查每一解決步驟.可以設計如下：這一步是合理的嗎？有根據嗎？

（4）總結回顧.可以設計如下問題：你檢驗結果的正確性了嗎？你能把這個結論或方法用于解決其他問題嗎？

1 瓦·阿·蘇霍姆林斯基著.杜殿坤編譯.給教師的建議［M］.北京：教育科學出版社，1984：215.

2 林崇德，胡衛平.思維型課堂教學的理論與實踐［J］.北京師范大學學報 （社會科學版），2010（1）：29－36.

3 姜正川.思維流與教學.教育科學［J］，1994（3）：17－19.

4 約翰·杜威著.姜文閔譯.我們怎樣思維·經驗與教育［M］.北京：人民教育出版社，2005：88.

5 蘭本達等著，陳德璋等譯.小學科學“探究－研討”教學法［M］.北京：人民教育出版社，2008：142.