基于學生學習路徑的物理教學

鄭志湖

(浙江省天臺中學 浙江 臺州 317200)

美國心理學家加涅在所著《學習的條件》一書中將學生的學習路徑分為不同類型.而在實際教學過程中，任何一個班級的學生物理認知發展水平和知識的存儲都有一定的差異.不同物理課型學生的學習路徑不同，同一物理課型中不同學習內容的學習路徑不同.顯然，單純從物理知識角度進行分析還遠遠不夠，更應分析學生已有的知識與經驗、思維過程和知識表征方式，我們稱之為學習路徑.在充分了解學生已有的知識和經驗，分析物理問題的思維過程和對物理問題的習慣表征方式基礎上，站在學生的角度設計教學，把握學生的學情，確定學生的最近發展區，構建最適合學生學習路徑的物理教學策略.

1 學生物理學習路徑獲取

1.1 學生已有物理知識與經驗獲取

已有知識經驗可運用教材分析法，從所學物理教材了解學生共性的問題，從物理核心素養的物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任這4個維度來分析；訪談分析法是在學生學習共性基礎上，融入學生個體差異；問卷調查法是一種涉及到學生個體的調查方法，了解學生學習經歷、學到了什么和掌握程度3個方面入手.觀察法是在課堂教學過程中和學生作業中獲取學生的學習途徑.

1.2 學生思維過程的獲取

通過與學生交談和導學案等途徑分析學生思維起點；通過師生互動、問題解決，讓學生呈現自己的思維過程和思維方法；運用觀察法,教師看學生做，教師聽學生說；運用預測法：教師預測學生思維過程，教師推測學生的思維過程.

1.3 學生知識表征的獲取

知識表征是一個狀態量，是靜態的.學生的知識表征可以是語言、文字、圖像、公式、概念圖、知識結構圖等.通過課堂師生互動，隨堂檢測、作業展示中獲取學生知識表征方式.

2 學生的物理學習路徑分析

教師對學生學習路徑分析要體現全面性、清晰性和穩定性.學生已有的知識和經驗是一切學習活動的起點和基礎，分析學生實際需求、學習動機、學習興趣，學生的認知狀態和發展規律，分析掌握學生學習該內容所具備的與該內容相聯系的已有知識與經驗，分析學生個性差異、最近發展區和新舊知識聯系，判斷用于同化或順應新知識的支點.

通過分析學生對知識的思維起點，以起點為基點分析學生的思維流程，通過學生思維過程障礙的分析，分析學生知識結構和認知結構的偏差、思維中原有的錯誤前概念，分析學生思維形式、思維方法和思維過程；教師要從學生視角入手找到學生思維的難點之所在，分析思維障礙如何突破.

物理問題表征按表征樣式分析，包括語言表征、事物表征、原理表征、數學表征.通過表征質量分析，掌握不同的表征方式所反映出的學生對物理問題的理解深刻程度，從而判斷學生對知識的掌握程度；通過表征變化分析，掌握學生知識能力水平的提高程度，分析學生由單一的表征方式向多表征方式轉換，掌握學生對問題的理解程度.

物理學習路徑并不唯一. 物理學習路徑隨著教學理念、學生原有知識和經驗、教師教學經驗、學校教學資源的發展而變化.在物理教學中要從學生、學校與教師的實際情況出發，來選擇當前最適切的學習路徑.

3 基于學生學習路徑的物理教學策略

學生學習的起點、學習過程中所經歷的思維過程、知識的表征方式都是隱藏在學生頭腦中的，像被裝在黑盒子里一樣不能直接被觀察到，不同學生的物理學習起點、思維過程與知識表征是不同的，并且還會因學習環境的作用而發生不同的變化.教師必須基于學生學習路徑，形成教學策略，即以物理核心素養培養為目標，原有知識經驗為起點，以思維路徑為主線，以優化知識表征為目的.

3.1 以原有知識和經驗為起點

學生已有的知識和經驗是學生一切學習活動的基礎，針對學生已有不同的知識和經驗采取相應的教學策略.

3.1.1 利用原有知識經驗同化新知識

學生的原有知識和經驗是新知識學習的基礎，教師應當在舊知識與新知識之間為學生牽線搭橋，引導學生利用原有知識經驗同化新知識.學生在學習新知識時，新信息首先進入短時記憶，與來自長時記憶的原有知識經驗建立一定的聯系，然后構建新知識的心理意義并納入原有的認知結構中，這就是舊知識吸納新知識的“同化”過程.同化學習可分為3類，即下位學習、上位學習與組合學習.新知識是舊知識的類屬時為下位學習，一般可理解為一般到特殊的學習，如勻變速直線運動到自由落體運動的學習.新知識包括舊知識時為上位學習，一般可理解為特殊到一般的學習，如理想氣體的等壓、等容與等溫變化到狀態方程的學習.新舊知識間是并列關系時為組合學習，如平拋運動到電場中的類平拋運動的學習等.

同化教學策略需要關注3個方面的內容.首先是確定學生的原有知識經驗對新知識的學習是否可以利用，如果可以利用，就為新知識的學習提供必要的固定點.其次是分析原有知識經驗與新知識的區分，防止新舊知識的混淆.最后是分析固定點作用的原有知識經驗是否穩定、清晰，因為這既影響到為新知識提供固定點的強度，也影響到學生是否對新舊知識作出區別,如折射定律的掌握程度直接影響到學生對光的全反射學習路徑.

3.1.2 創設情境 主動探究生成新知識

當學生對新知識的學習缺乏足夠的知識與經驗或者舊的知識和經驗與新知識有較大差異的時候，由于原有的知識與經驗不能為新知識的學習提供固定點，同化學習的方法很難發揮作用，學生往往會偏向于選擇順應學習的方法，通過吸收、補充、修正的方法重構原有的認知結構.學生對這類新知識往往沒有足夠的感性認知體驗，也缺乏足夠理性的認知基礎，教師應該創設情境，引導學生自主探究，如牛頓第二定律的學習.

3.1.3 感知錯誤認識錯因獲得新知識

如果原有知識經驗與新知識的學習發生矛盾時，學習者必須先對原有的認知結構進行修改或重構，依靠修改或重建后的認識結構去組織新知識，由于思維定勢，學生一般都不會主動去修改或重構原有的認知結構，學生只有在切身體會到原有的知識經驗的局限性或錯誤之后才能產生修改或重構的意愿，特別是錯誤的知識與經驗，對新知識的學習會起到負面作用，此時，就要想方設法讓學生通過感知錯因獲得新知識.其中有一類錯誤原因，教師是可以事先預測的，教師有目的地設置情境，讓學生通過深入分析和辨別感知錯誤原因，從而徹底消除學生的錯誤.另一類錯誤原因，教師事先不清楚，通過課堂教學過程、作業批改和學生訪談等途徑去發現的，如萬有引力提供向心力中線速度與軌道半徑關系.

3.2 以思維路徑為主線

高效課堂的一個重要標志是教與學的思維保持高度的一致性.課堂教學中，教師的思維必須貼合學生的思維，根據學生學習過程中的思維習慣、困難與錯誤，教師應采取不同的教學策略.

3.2.1 依據思維路徑確定教學順序

學生的思維是有共性有規律的，對于新知識的學習，學生的思維一般遵循從定性到定量，從具體到抽象，從現象到本質，從簡單到復雜，從特殊到一般的認知過程.教師應該隨時捕捉學生的思維路徑，基于學生的學習路徑開展教學，根據學習狀態調整教學節奏和教學順序.這要求我們的教學設計要有充分的預設，要有一定的靈活性.

3.2.2 根據思維難度搭建教學支架

學生的學習路徑不可能總是順暢的，學生的思維在遇到障礙的時候需要得到一些支持.支架式教學是指教師依據學生的需求給予他們支持，在學習的關鍵環節幫助學生完成“伸手不能及”的學習任務，當他們的學習順利后及時撤走這種支持.支架式教學策略要求教師把教學定位在學生學習的最近發展區內，教師的“教”只是為學生搭建學習的“支架”，“幫助”“協助”而不是“代替”學生學習，它的教學形式是把復雜的教學內容和學習任務加以分解，層次遞進.從呈現的內容上看，支架式教學可分為理論支架與事實支架.

(1)理論支架

理論支架是在學生思維遇到障礙時，教師通過語言或文字的形式向學生提供對思維起引導與鋪墊過渡作用的理論性協助.其中一種形式是問題引導，問得好即教得好，見縫插針式的課堂提問是銜接學生思維斷點的有效手段，教師對課堂的預設不可能完全符合課堂教學的實際，如果學習臺階設置得過高則會引起學生思維的障礙，此時教師可以給學生搭建一些富有啟發性的問題支架協助學生的學習.還有一種形式就是類比鋪墊，當學生在新的學習情境中學習一種新的知識時，一般都會有畏懼的心理，學習的難度自然會比較大.當所學的內容與已有的知識具有相似性的時候，教師可以給學生創設類比支架，運用知識遷移的方法將陌生的情境轉化為熟悉的情境，使學生原有的知識經驗得到有效的利用，從而降低新知識的接受臺階.

(2)事實支架

事實支架就是在學生思維遇到障礙時，教師通過實驗或視頻的形式向學生提供對思維起引導與鋪墊過渡作用的實踐性協助.

高中學生具備了一定的批判性思維能力，單純用理論推導得出的結論往往會受到學生的懷疑，特別是當學生對這種結論所對應的物理現象缺乏直觀體驗的時候，學生對這個理論的接受程度會明顯下降，教師要讓學生實驗探究，使學生在實驗中豐富與修正自己原有的認知結構.

3.2.3 利用思維定勢引發認知沖突

不良的思維定勢對物理的學習起到消極的影響，我們可以通過思維定勢引發認知沖突，學生對沖突的解決過程也就是自覺完善自身知識結構的過程.使學生在認知沖突中完善自己的思維結構，同時提升思維的嚴謹性.

3.3 以優化知識表征為目的

知識的表征是指信息在大腦中記載和呈現，也就是信息在大腦中建構和再認.知識的表征方式一般可分為表象、命題、線性排序和圖式4種，同一知識可以用多種方式來表征，我們要引導學生選擇最佳的方式來表征知識.

3.3.1 強化表象表征

表象源于感知，由于物理源于生活，又是一門以實驗為基礎的學科，幾乎所有的物理知識都有栩栩如生的生活背景，在教學中，要盡可能通過實驗、視頻、圖片、動畫和肢體語言等方式為學生提供感性素材.我們可以通過演示實驗，隨堂實驗或實驗室實驗的方式讓學生直接感受物理現象.有些物理現象不容易被觀察，甚至超出了人的感知能力，我們可借助于現代化的教學手段.

引導學生關注關鍵特征.因為表象源于感知卻高于感知，表象比感覺、知覺更進一步，表象具有概括性.教學活動總是在一定的教學情景中展開.影響學生知覺選擇的因素很多，物理現象的關鍵特征不一定總會被學生感知到，人總是傾向于選擇性地注意出乎意料的、突如其來的活動以及強烈的明暗對比，這就要求我們在課堂教學中注意調控意外事件的發生，把握好課堂教學的氛圍，對重點內容要適當增加聲音的強度和動作的力度以引起學生的知覺.同時，由于人腦中的表象只是一種概括的心理意象，一些重要的細節特征很容易被忽略掉，這也需要教師對學生作特別的引導才能引起知覺，比如物理圖像，一般人總是注意圖像的整體，往往不能區分x-t圖和v-t圖，也常常混淆振動圖線和波動圖線，所以教師在展示圖像的時候要引導學生關注圖像的縱坐標，這些細節特征雖然并不顯眼，但對理解圖像意義有重要意義，只有通過有意的引導與訓練，學生才能建立正確的具有實際意義的表象.

3.3.2 優化命題表征

當操作任務比較復雜時，人們偏向于采用命題來表征知識，進行命題的轉換，因為命題能表征對象的含義及不同對象間關系的信息，且歸納、總結和概括比表象表征更強.單個命題是陳述性知識的最小單元，同一主題的命題會發生相互聯系時構成命題網絡，它們都是推理和解決問題的基礎.

優化命題表征還要求選擇合適的表征對象.有些知識既可以用表象表征，又可以用命題表征，但有些知識只能用命題表征，命題表征特別適用于那些復雜的、富有抽象含義的物理知識.

3.3.3 明確線性排序

線性排序是一種基于經驗積累的解決問題的操作流程或思維順序，優秀的學習者大腦中一般儲存有大量的不同類型線性排序，所以這樣的學生在解決具體問題時非常的快速而又高效.物理學習的一個重要目標是解決物理問題，線性排序直接指向問題的解決，良好的線性排序是學以致用的重要途徑，教師在教學中應該明確學生大腦中需要具備哪些線性排序，然后通過不斷的強化訓練內化為學生大腦中的線性排序.

高中物理需要很多的線性排序，線性排序是一種程序性知識，這些解決問題的流程與思維順序需要教師引導學生一題多解，一題多變，多題歸一才能習得.

3.3.4 利用圖式表征

在物理知識的綜合應用階段，適合于應用圖式表征.圖式是陳述性知識更為高級的單位，圖式是主體內部的一種動態的、可變的認知結構，往往綜合了命題、表象及線性排序.它是學生對自己熟悉的類型、事件、文本或其他各種實體中命題、次序及知覺信息所作的綜合.

認知心理學家認為圖式的形成過程是“發現不同實例的相似之處，對這些相似之處作出編碼表征，摒棄不同實例之間次要差異，最終在記憶中形成圖式”，在物理教學中，我們要向學生展示多個質同形異的物理實例，學生才能形成穩定的圖式，如變式訓練就是有效途徑.

3.4 基于學生學習路徑各類課型教學策略

基于學生學習路徑教學目標遵循課程標準、依據教學內容，切合學生實際.教學活動根據學生原有知識與經驗和思維過程確定學習路徑，依據學習路徑設計學生活動，根據學生活動確定教師活動.根據知識類型選擇教學方法，根據思維層次選擇學習方式，根據學生、教師、學校實際選擇教學方式.對于不同物理課型設計不同的教學策略,如表1所示.

表1 基于學習路徑的各類物理課型教學策略

續表1

綜上所述，通過獲取和分析學生的學習路徑，了解學生原有知識經驗的基礎和思維的困惑點，確定教學的起點和重難點，讀懂學生的思維過程和特點，并選擇合適的教學路徑，通過不同表征方式之間的相互轉化，引導學生有意識地優化學習路徑，使不同學習路徑的學生都能得到最優發展.

參 考 文 獻

1 張春莉，劉怡.基于學生學習路徑分析的教學路徑研究.中小學教師培訓,2015(9):39～43

2 梁旭.認知物理教學研究.杭州：浙江教育出版社，2011