物理程序性知識(shí)教學(xué)探索

胡慧青

1 問題提出的意義

現(xiàn)代知識(shí)觀根據(jù)反映活動(dòng)的形式不同，將知識(shí)分為陳述性知識(shí)和程序性知識(shí).程序性知識(shí)也叫操作性知識(shí)，是個(gè)體難以清楚陳述、只能借助于某種作業(yè)形式間接推測(cè)其存在的知識(shí).這類知識(shí)主要用來回答“怎么想”“怎么做”的問題.

獲得程序性知識(shí)的過程體現(xiàn)了知識(shí)學(xué)習(xí)的連續(xù)性和完整性，也體現(xiàn)了能力的養(yǎng)成途徑，因此，對(duì)于克服傳統(tǒng)教學(xué)中技能與知識(shí)相脫節(jié)的形式主義傾向及發(fā)展學(xué)生的能力有很重要的理論與實(shí)踐意義.

2 典型案例

基于高中學(xué)生的特點(diǎn)，下面以《牛頓第二定律》的教學(xué)為例，采用科學(xué)探究和變式練習(xí)教學(xué)對(duì)物理學(xué)科中的程序性知識(shí)的教學(xué)進(jìn)行探索.

首先明確任務(wù)是科學(xué)探究a與F、m的定量關(guān)系.由于任務(wù)比較復(fù)雜，學(xué)生沒有頭緒，所以我們采用“小步子”教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生將任務(wù)分為三步來探究.

第一步，大膽實(shí)驗(yàn)，自主探究.學(xué)生根據(jù)控制變量法設(shè)計(jì)初步實(shí)驗(yàn)方案如圖1.小車作為研究對(duì)象，通過在小車上增減砝碼改變小車質(zhì)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(xué)生觀察小車的運(yùn)動(dòng)，研究小車的加速度a與拉力F及小車質(zhì)量m的關(guān)系.

第二步，改進(jìn)裝置，定量求證.因?yàn)槌醪綄?shí)驗(yàn)中沒有測(cè)量a，所以無法定量a與F、m的關(guān)系.針對(duì)實(shí)驗(yàn)中的問題，我們引導(dǎo)學(xué)生將課堂進(jìn)一步推進(jìn)，根據(jù)s=at2/2可知在t相同時(shí)，a1/a2=s1/s2，將比較難測(cè)量的加速度轉(zhuǎn)換為位移的測(cè)量，然后確定新的實(shí)驗(yàn)方案，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置如圖2.該方案操作簡(jiǎn)單，不必測(cè)量時(shí)間，形象直觀，學(xué)生也能自主地處理數(shù)據(jù)，比較準(zhǔn)確地得到結(jié)論，大大地激發(fā)了學(xué)生的興趣.

第三步，趁熱打鐵，逐層深入.充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，設(shè)置了幾個(gè)具有思維梯度的問題讓學(xué)生討論，層層遞進(jìn)，以達(dá)成教學(xué)目標(biāo).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(rèn)識(shí)a=Δv/Δt與a=F/m？

在得到結(jié)論之后，通過變式練習(xí)，應(yīng)用定律來解決生活生產(chǎn)中的實(shí)際問題.我們選擇“汽車是否超速追尾”問題為例，首先引導(dǎo)學(xué)生明確已知量、待求量，尋找各量之間的關(guān)系，代入求解，解決實(shí)際問題，然后，總結(jié)“解決已知力求運(yùn)動(dòng)”的共同解題過程如圖3.接著以“吊車對(duì)纜繩的要求”作為學(xué)生的鞏固練習(xí)，提煉“解決已知運(yùn)動(dòng)求力”的共同解題過程如圖3.最后，實(shí)踐操作——學(xué)生自制加速度計(jì)，學(xué)生設(shè)計(jì)加速度計(jì)的原理圖、制作加速度計(jì)并檢測(cè)小車運(yùn)動(dòng)的加速度.

3 幾點(diǎn)體會(huì)

3.1 陳述性知識(shí)和程序性知識(shí)的學(xué)習(xí)是互為條件、互相促進(jìn)和相互轉(zhuǎn)化的

牛頓第二定律的內(nèi)容是陳述性知識(shí)，當(dāng)學(xué)生能夠復(fù)述出定律時(shí)，表明學(xué)生已經(jīng)完成了陳述性知識(shí)的學(xué)習(xí).但是，不能被學(xué)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(xué)目的，應(yīng)促進(jìn)學(xué)生相應(yīng)技能的形成與發(fā)展.所以，在教學(xué)中我們應(yīng)該創(chuàng)設(shè)問題情境，以如何獲得新的陳述性知識(shí)來設(shè)計(jì)教學(xué)策略，給學(xué)生充分的時(shí)間和機(jī)會(huì)去探究、去理解、去討論，將靜態(tài)的陳述性知識(shí)由動(dòng)態(tài)的程序性知識(shí)獲得.接著，教師提供適當(dāng)?shù)淖兪骄毩?xí)，讓學(xué)生又將靜態(tài)的知識(shí)轉(zhuǎn)化為動(dòng)態(tài)的技能，掌握程序性知識(shí)學(xué)習(xí)的高級(jí)階段——解決實(shí)際問題.

總之，陳述性知識(shí)的獲得常常是學(xué)習(xí)程序性知識(shí)的基礎(chǔ)，程序性知識(shí)的獲得又為獲取新的陳述性知識(shí)提供了可靠保證.

3.2 科學(xué)探究是獲得程序性知識(shí)的一種非常有效的方法

如果學(xué)生只是記住了物理概念和定律的內(nèi)容，至于結(jié)論怎么來的、探究的過程和方法是什么都沒有體驗(yàn)、沒有思考，那么只能說明學(xué)生對(duì)概念和規(guī)則的學(xué)習(xí)還處于陳述性階段，尚未轉(zhuǎn)化為能力和技能.

課程標(biāo)準(zhǔn)要求學(xué)生“理解牛頓運(yùn)動(dòng)定律.”至于如何讓學(xué)生理解，與此相關(guān)的程序性知識(shí)還需要教師自己總結(jié)開發(fā).科學(xué)探究和物理實(shí)驗(yàn)是獲得程序性知識(shí)的一種有效方法.新問題進(jìn)入原有的命題網(wǎng)絡(luò)，與原有知識(shí)形成聯(lián)系，學(xué)生通過探究、實(shí)驗(yàn)習(xí)得學(xué)習(xí)的過程和方法，將原有的知識(shí)進(jìn)一步推進(jìn)，建立一種新的陳述性知識(shí).學(xué)生在此過程中獲得程序性知識(shí)，提高能力，發(fā)展技能.學(xué)生在已經(jīng)具備牛頓第一定律與慣性概念的基礎(chǔ)上，通過探究加速度與力、質(zhì)量的定量關(guān)系，得到牛頓第二定律.實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生在實(shí)際的學(xué)習(xí)情景中解決具體的物理問題，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、改進(jìn)裝置、實(shí)驗(yàn)操作、記錄數(shù)據(jù)、總結(jié)結(jié)論等等，學(xué)生不僅牢固地掌握了知識(shí)，更重要的是思維能力的批判性、邏輯性、創(chuàng)造性都得到了充分的發(fā)展，有利于創(chuàng)造性人才的培養(yǎng).

3.3 變式練習(xí)是程序性學(xué)習(xí)非常關(guān)鍵的一步

我們經(jīng)常看到一些學(xué)生對(duì)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(xí)的結(jié)果.這時(shí)學(xué)生所掌握的概念和規(guī)則主要以一種靜態(tài)的方式存儲(chǔ)，要使這種靜態(tài)的“陳述性知識(shí)”轉(zhuǎn)化為動(dòng)態(tài)的“技能”，則需要通過適當(dāng)?shù)淖兪骄毩?xí)來完成，將命題網(wǎng)絡(luò)方式存儲(chǔ)的知識(shí)轉(zhuǎn)化為以“產(chǎn)生式”為表征的程序性知識(shí).

解答物理練習(xí)的最初階段，適宜選擇與原先學(xué)習(xí)情景相似的問題情景進(jìn)行練習(xí)，隨著知識(shí)逐漸穩(wěn)定和鞏固，問題類型要有變化，可以逐漸演變?yōu)榕c原先學(xué)習(xí)情景完全不同的新情景，以促進(jìn)學(xué)生習(xí)得的概念和規(guī)則的縱向遷移.

利用F=ma求解實(shí)際問題，如果沒有真正理解其物理思想和方法，當(dāng)遇到新的物理情景時(shí)，就覺得“無從下手”或者“丟三納四”.怎樣才能讓學(xué)生不是機(jī)械化的模仿和簡(jiǎn)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(xí)可以達(dá)到這樣的目的.應(yīng)用F=ma求解的變式練習(xí)如下：

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

變式1 “吊車對(duì)纜繩的拉力要求”，將水平運(yùn)動(dòng)變?yōu)樨Q直運(yùn)動(dòng)，將一個(gè)力變?yōu)閮蓚€(gè)力.并提煉“已知運(yùn)動(dòng)求力”的解題思路.（圖5）

變式2 設(shè)計(jì)“加速度計(jì)”的原理圖，進(jìn)一步將兩力共線變?yōu)椴还簿€求合力.提高解題的難度.（圖6）

通過教師提供適當(dāng)?shù)淖兪骄毩?xí)，讓學(xué)生熟知規(guī)則適用的各種不同情景，并能在情景中，通過新舊知識(shí)的融會(huì)貫通，由淺入深、循序漸進(jìn)地分析問題，并且通過串接和回顧，將產(chǎn)生式的條件與問題解決相聯(lián)系.這樣，不僅可以豐富學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，還可以培養(yǎng)學(xué)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(shí)，一旦識(shí)別了產(chǎn)生式中的條件，就有可能迅速地作出相應(yīng)的行動(dòng)反應(yīng)，從而正確解決所面臨的問題，實(shí)現(xiàn)觸類旁通.

由此可見，教師只有在教學(xué)中精心設(shè)計(jì)，才有可能避免將程序性知識(shí)當(dāng)作陳述性知識(shí)來教，滿足于單純的記憶要求，也才有可能避免大量的重復(fù)練習(xí).科學(xué)探究和變式練習(xí)有效地促進(jìn)了學(xué)生程序性知識(shí)的學(xué)習(xí)，提高學(xué)生解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力，將知識(shí)學(xué)習(xí)與能力培養(yǎng)緊密、和諧地結(jié)合起來.

總之，突破傳統(tǒng)知識(shí)觀念的束縛，理解和深化現(xiàn)代認(rèn)知心理學(xué)關(guān)于知識(shí)分類的理論，探討程序性知識(shí)的傳授與學(xué)習(xí)，對(duì)于解決長(zhǎng)期困擾我們的知識(shí)與能力的錯(cuò)位，以及如何在知識(shí)學(xué)習(xí)中發(fā)展能力的問題，將是一個(gè)實(shí)際的解決措施，有利于真正把素質(zhì)教育落到實(shí)處.