物理程序性知識教學探索

胡慧青

1 問題提出的意義

現代知識觀根據反映活動的形式不同，將知識分為陳述性知識和程序性知識.程序性知識也叫操作性知識，是個體難以清楚陳述、只能借助于某種作業形式間接推測其存在的知識.這類知識主要用來回答“怎么想”“怎么做”的問題.

獲得程序性知識的過程體現了知識學習的連續性和完整性，也體現了能力的養成途徑，因此，對于克服傳統教學中技能與知識相脫節的形式主義傾向及發展學生的能力有很重要的理論與實踐意義.

2 典型案例

基于高中學生的特點，下面以《牛頓第二定律》的教學為例，采用科學探究和變式練習教學對物理學科中的程序性知識的教學進行探索.

首先明確任務是科學探究a與F、m的定量關系.由于任務比較復雜，學生沒有頭緒，所以我們采用“小步子”教學引導學生將任務分為三步來探究.

第一步，大膽實驗，自主探究.學生根據控制變量法設計初步實驗方案如圖1.小車作為研究對象，通過在小車上增減砝碼改變小車質量，小車受到的拉力大致是鉤碼的重力，通過增減鉤碼來改變小車受到的拉力.學生觀察小車的運動，研究小車的加速度a與拉力F及小車質量m的關系.

第二步，改進裝置，定量求證.因為初步實驗中沒有測量a，所以無法定量a與F、m的關系.針對實驗中的問題，我們引導學生將課堂進一步推進，根據s=at2/2可知在t相同時，a1/a2=s1/s2，將比較難測量的加速度轉換為位移的測量，然后確定新的實驗方案，改進實驗裝置如圖2.該方案操作簡單，不必測量時間，形象直觀，學生也能自主地處理數據，比較準確地得到結論，大大地激發了學生的興趣.

第三步，趁熱打鐵，逐層深入.充分發揮教師的主導作用，設置了幾個具有思維梯度的問題讓學生討論，層層遞進，以達成教學目標.問題1：力的單位“牛頓”的意義是什么？問題2：牛頓第二定律更一般的表述是什么？問題3：定律中的力是指什么力？問題4：加速度到底取決于什么？如何認識a=Δv/Δt與a=F/m？

在得到結論之后，通過變式練習，應用定律來解決生活生產中的實際問題.我們選擇“汽車是否超速追尾”問題為例，首先引導學生明確已知量、待求量，尋找各量之間的關系，代入求解，解決實際問題，然后，總結“解決已知力求運動”的共同解題過程如圖3.接著以“吊車對纜繩的要求”作為學生的鞏固練習，提煉“解決已知運動求力”的共同解題過程如圖3.最后，實踐操作——學生自制加速度計，學生設計加速度計的原理圖、制作加速度計并檢測小車運動的加速度.

3 幾點體會

3.1 陳述性知識和程序性知識的學習是互為條件、互相促進和相互轉化的

牛頓第二定律的內容是陳述性知識，當學生能夠復述出定律時，表明學生已經完成了陳述性知識的學習.但是，不能被學生用言語陳述的表象所蒙蔽，更不能以言語陳述為最終教學目的，應促進學生相應技能的形成與發展.所以，在教學中我們應該創設問題情境，以如何獲得新的陳述性知識來設計教學策略，給學生充分的時間和機會去探究、去理解、去討論，將靜態的陳述性知識由動態的程序性知識獲得.接著，教師提供適當的變式練習，讓學生又將靜態的知識轉化為動態的技能，掌握程序性知識學習的高級階段——解決實際問題.

總之，陳述性知識的獲得常常是學習程序性知識的基礎，程序性知識的獲得又為獲取新的陳述性知識提供了可靠保證.

3.2 科學探究是獲得程序性知識的一種非常有效的方法

如果學生只是記住了物理概念和定律的內容，至于結論怎么來的、探究的過程和方法是什么都沒有體驗、沒有思考，那么只能說明學生對概念和規則的學習還處于陳述性階段，尚未轉化為能力和技能.

課程標準要求學生“理解牛頓運動定律.”至于如何讓學生理解，與此相關的程序性知識還需要教師自己總結開發.科學探究和物理實驗是獲得程序性知識的一種有效方法.新問題進入原有的命題網絡，與原有知識形成聯系，學生通過探究、實驗習得學習的過程和方法，將原有的知識進一步推進，建立一種新的陳述性知識.學生在此過程中獲得程序性知識，提高能力，發展技能.學生在已經具備牛頓第一定律與慣性概念的基礎上，通過探究加速度與力、質量的定量關系，得到牛頓第二定律.實驗過程中，學生在實際的學習情景中解決具體的物理問題，設計實驗方案、改進裝置、實驗操作、記錄數據、總結結論等等，學生不僅牢固地掌握了知識，更重要的是思維能力的批判性、邏輯性、創造性都得到了充分的發展，有利于創造性人才的培養.

3.3 變式練習是程序性學習非常關鍵的一步

我們經常看到一些學生對一些公式、定義、定律說得頭頭是道，但一旦遇到問題就束手無策了，這種情況的原因往往是缺乏練習的結果.這時學生所掌握的概念和規則主要以一種靜態的方式存儲，要使這種靜態的“陳述性知識”轉化為動態的“技能”，則需要通過適當的變式練習來完成，將命題網絡方式存儲的知識轉化為以“產生式”為表征的程序性知識.

解答物理練習的最初階段，適宜選擇與原先學習情景相似的問題情景進行練習，隨著知識逐漸穩定和鞏固，問題類型要有變化，可以逐漸演變為與原先學習情景完全不同的新情景，以促進學生習得的概念和規則的縱向遷移.

利用F=ma求解實際問題，如果沒有真正理解其物理思想和方法，當遇到新的物理情景時，就覺得“無從下手”或者“丟三納四”.怎樣才能讓學生不是機械化的模仿和簡單記住解題步驟，而是真正做到“知其然，還知其所以然”呢？通過變式練習可以達到這樣的目的.應用F=ma求解的變式練習如下：

例題 通過“汽車剎車”問題，初步體會F=ma中的F是合力，以及定律的矢量性.并提煉“已知力求運動”的解題思路.（圖4）

變式1 “吊車對纜繩的拉力要求”，將水平運動變為豎直運動，將一個力變為兩個力.并提煉“已知運動求力”的解題思路.（圖5）

變式2 設計“加速度計”的原理圖，進一步將兩力共線變為不共線求合力.提高解題的難度.（圖6）

通過教師提供適當的變式練習，讓學生熟知規則適用的各種不同情景，并能在情景中，通過新舊知識的融會貫通，由淺入深、循序漸進地分析問題，并且通過串接和回顧，將產生式的條件與問題解決相聯系.這樣，不僅可以豐富學生的認知結構，還可以培養學生分析能力和正確尋找解題思路的能力，才真正有可能在以后碰到不同的情景時，一旦識別了產生式中的條件，就有可能迅速地作出相應的行動反應，從而正確解決所面臨的問題，實現觸類旁通.

由此可見，教師只有在教學中精心設計，才有可能避免將程序性知識當作陳述性知識來教，滿足于單純的記憶要求，也才有可能避免大量的重復練習.科學探究和變式練習有效地促進了學生程序性知識的學習，提高學生解決問題的能力，培養學生創新意識和創新能力，將知識學習與能力培養緊密、和諧地結合起來.

總之，突破傳統知識觀念的束縛，理解和深化現代認知心理學關于知識分類的理論，探討程序性知識的傳授與學習，對于解決長期困擾我們的知識與能力的錯位，以及如何在知識學習中發展能力的問題，將是一個實際的解決措施，有利于真正把素質教育落到實處.