化知為能:轉識成智的目標追求

陳 斌

(江蘇省靖江高級中學，江蘇 靖江 214500)

懷特海(Alfred North Whitehead,1861—1947)曾指出:“教育的全部目的就是使人具有活躍的智慧”．[1]轉識成智作為當代教育的核心價值追求,就是要讓知識走向智慧,用智慧統率知識,通過創設充滿著愛、洋溢著情、體現著樂的教育情境,促進學生自己成長、自然成長、自覺成長,進而培養聰明的、自由的、尚善的、有創造潛能的智慧學生．

而要實施化知為能、轉識成智的教育,讓學生在知識學習中生長智慧,提升核心素養．還須厘清如下幾個問題:什么是知識?什么是智慧?知識與智慧的關系?怎樣的知識可以轉化為智慧?教師怎樣教知識易于啟迪智慧?學生怎樣獲取知識易于生長智慧?基于“知識”蘊涵著內容、形式和旨趣,“智慧”則關乎能力、德性和創新．因此,轉識成智作為一個教育學命題,它應指向:化知為能、求美啟德、傳承創新．[2][3]本文從物理教學的實踐出發,探索如何化知為能、轉識成智．

1 知識條件化,畫龍點睛

知識條件是指知識形成過程中發生發展的條件,知識的內涵和外延,知識在實際應用時的適用范圍和條件等,知識條件和知識內容如影相隨、相輔相成,構成知識的有機整體．知識應用的條件、范圍是應用知識解決問題的前提,只有明確知識應用的條件、范圍,知識才能深化、活化．知識條件化是指在課堂教學中,教師根據知識的內容、形式、旨趣,不斷地變更問題的情境或思維的角度,讓學生掌握知識的本質,弄清知識的內涵、外延,扣準實際應用的條件、范圍,從不同角度、不同層次對概念、規律進行推敲、驗證,知識條件化能幫助學生把握知識脈搏,起到畫龍點睛的作用．教師積極地實施物理知識的條件化教學,有利于學生一針見血地切中知識要害,培養學生思維的靈活性、深刻性和廣闊性．

1.1 還原過往,復演知識的形成條件

物理概念的建立、物理規律的形成都是一定條件下的產物,沒有絕對的真理,只有相對的真理．任何知識都是相對的、有限的,不存在亙古不變的絕對真理．[4]還原知識的發生、發展條件,有利于學生在有限中把握無限,有利于學生用發展的眼光看待事物的規律,有利于學生形成批判、質疑和創新精神,從而更好地掌握概念和規律的精髓,并學以致用,解決具體的實際問題,造福人類．

比如牛頓運動定律,它是17世紀最偉大的科學成就,它推動了物理學乃至自然科學的發展．但牛頓運動定律也不是放之四海而皆準的真理,當我們的研究對象是宏觀、低速運動物體時,牛頓定律普遍適用,但當物理的研究領域擴展到微觀世界,微觀粒子(如電子、光子等)以高速運動時,遵循的規律就不再是牛頓定律,而是量子理論和相對論,牛頓定律則成為相對論在宏觀、低速條件下的近似規律．

再如關于光的本性的認識,不同的時代有著不同的認識水平,在現象的解釋上有著明顯的時代烙印.17世紀牛頓用光的粒子說解釋光的直線傳播和光的反射；惠更斯用光的波動說解釋光的折射和反射．到19世紀初,光的干涉和衍射現象無可辯駁地證實了光的波動性,19世紀中葉,麥克斯韋則進一步提出光是一種電磁波,從而統一了電、光、磁．19世紀末,光電效應現象和黑體輻射問題讓物理學的上空烏云籠罩,20世紀初愛因斯坦提出光子說成功地解決了這一難題．如此峰回路轉、柳暗花明,人們認識到光具有波粒二象性．這一實例明確地告訴我們知識有著明顯的條件性,而認識越深入、越透徹,就越接近真理．

因此,教學過程中,教師應對知識內容、形式、旨趣有效地整合梳理,以部分地還原知識的發生發展條件,復演知識的探究過程,進而增強學生的認知能力和創新意識．我們強調部分地還原知識的發生發展條件,復演探究過程和探究方法,是指在關鍵環節處還原科學探究的歷程,利用實驗室現有的條件開展科學探究,而不是一味地強調回歸歷史,采用原始的探究工具．它的價值在于:一方面讓學生了解科學探索的道路是艱辛的、充滿荊棘和坎坷的．另一方面也讓學生學會科學探究的方法,弄清規律的形成過程.這比告訴學生現成的知識結論更勝一籌.它不僅可以讓學生深入淺出、靈活自如地把握所學知識,而且可以讓學生在接觸真實世界,在復演知識的發生、發展過程中,學會探究、學會歸納和演繹、學會分析和綜合、學會自己建構知識．從而涵養心靈、提升能力、啟迪智慧.

1.2 聯系前后,厘清知識的內涵外延

物理概念和規律往往都有一定的適用條件,有自身的內涵和外延,要深刻理解和把握,并能靈活自如地應用這些概念和規律解決問題,就必須聯系前后、左顧右盼,弄清它們的內涵和外延．

可見,厘清知識的內涵和外延,是從本質上把握概念和規律的關鍵,教學中我們要用普遍的、聯系的觀點來認識物理規律,要既見樹木,也見森林,唯如此,物理學習才能深入淺出、血肉豐滿、栩栩如生．

1.3 學以致用,把握知識的應用范圍

實際應用中,我們可怎樣將知識條件化呢?那就是要將所學的知識與該知識應用的“觸發”條件相結合,形成條件化知識,讓學生在學習知識內容的同時,掌握這些知識在什么條件下使用,適用范圍怎樣,可解決哪些實際問題?

以動能定理為例,我們知道:動能定理雖可由牛頓第二定律和運動學公式推導得出,但動能定理的解題適用范圍更廣．其廣泛的適用性倍受師生青睞,成為處理動力學問題時優先選用的解題規律．原因之一是由于中學數學知識的局限,我們應用牛頓運動定律和運動學公式只能解決恒力作用下的勻變速直線運動類問題;原因之二是牛頓運動定律只適用于宏觀低速運動物體,而動能定理是能量轉化和守恒定律的另一種表達形式,無論在力學、熱學、電磁學、近代物理中,都能如魚得水、宏圖大展,大有用“武”之地．更喜人的是動能定理解題有著明顯的優勢,它不僅能解決恒力作用的勻變速運動類問題,而且能解決變力作用問題、曲線運動問題、過程復雜的路程問題．一旦合理選好初末狀態,往往能使復雜的運動過程簡化,收到事半功倍之效．

而在實驗教學中,知識的條件化特點也很鮮明．以電阻的測量為例,我們既要考慮各種測量方法的適用條件、器材選擇、量程選用等問題,也要思考各種測量電路的選擇．例如，歐姆表測電阻如何選擇擋位提高測量的精確度,并用二極管的正、反向電阻的明顯差異指導學生進行擋位選擇．伏安法測電阻何時用內接法,何時用外接法,誤差分別多大,并通過描繪小燈泡的伏安特性曲線讓學生掌握電路選擇時是用分壓式還是限流式,電表連接時是用內接法還是外接法．半偏法測電表自身電阻時,對電流表、電壓表各有什么不同,原因何在?測量時電路和器材應如何進行選擇,如何減小實驗誤差等等．這些都是實驗教學的精髓．

我們常說:平庸的教師灌輸知識,一般的教師解釋知識,優秀的教師再現知識,而智慧的教師引領學生發現知識、生長智慧,就是說不同的教師由于在選擇教法、學法上的差異,會導致學生認知上的差別．教師只有從知識的內容、形式、旨趣出發,進行有效的重組、整合、改造、轉換,形成富有意義的知識的教育形式,才有利于學生學習能力的提升．教師只有根據教材、按照學情,將知識轉化為符合學生認知能力的問題來逐步展開,層層遞進,才能很好地啟發學生的思維,調動學生的情緒,發揮學生的主體作用,引導學生掌握重點、突破難點、剖析疑點,提升學生獲取新知、解決問題的能力,培養學生的創造力．

2 知識結構化,高屋建瓴

龐加萊(Jules Henri Poincaré)曾說過:“物理學是一系列事實、公式和法則建立起來的,就像一座房子是用磚砌成的一樣．但是,如果把一系列事實、公式和法則就看成物理學,那就猶如把一堆磚看成房子一樣．其實物理學要比組成它的事實、公式和法則深刻得多”.其深刻性就在于物理學大廈有著完美的結構,其力學體系、熱學體系、電磁學體系……呈現在我們面前的是簡潔、對稱、和諧和多樣統一的美．如果我們只見樹木、不見森林,那規律的普適性、深刻性以及規律的內涵外延、縱橫聯系就難以很好地理解、把握和運用．因此,學習過程中應將知識結構化,將新的學習內容與原有的認知結構相互作用,形成新的、更大的網絡結構．這樣不僅有利于知識的鞏固和記憶、聯想和甄別、同化和順應、檢索和遷移,還能深化、活化所學知識,“牽一發而動全身”,提高學生的發散性思維、直覺思維能力,培養靈活運用知識解決問題的能力．

教學中師生往往用知識結構圖將知識結構化,常用的結構圖有方框圖、網絡圖和概念圖等,值得一提的是方興未艾的思維導圖更是將概念圖、知識樹、問題樹等圖示方法的優勢嫁接過來,成為結構化思考和圖形思維的重要方法．

2.1 建立方框圖,比對有序

方框圖整齊、對稱,往往用于知識點的對比、類比和歸納總結等,采用方框列表后,條理清晰、一目了然,既利于溝通新舊知識的聯系,加深理解和記憶,又利于將新的知識納入已有的認知結構中,方便提取和運用．現舉例如下.

表1是關于平衡力與作用力、反作用力的對比圖．對比,能把兩個不同的又容易混淆的事物或情形進行對照,互相比較．對比的目的是找到兩個比較對象間的同一性和差異性,對比有利于澄清物理概念和規律,找到相近或相似物理量間的區別和聯系,讓學生從似是而非、模糊不清的窘境中擺脫出來．

表1

表2是關于玻爾模型與人造衛星運動模型類比圖．類比,可溝通新舊知識之間的聯系,收到化難為易、化抽象為具體、化模糊為清晰、化生疏為熟悉的效果,使新的知識順利地納入已有的認知結構中．類比思維有利于學生加深和辨清物理概念,促進知識遷移;有利于學生創設新的物理情境,提高創造性思維能力．

表2

表3是磁和電的相互作用的歸納總結圖．歸納總結是建立良好認知結構最常用的方法,通過歸納、總結,學生腦海中的知識結構圖式會更加完整、清晰、可視化,它能增強學生的綜合運用能力,增強思維的深刻性和廣闊性．

表3

可見,引導學生對已學知識用框圖列表的方式來呈現,可進一步提升學生的甄別比較能力、類比推理能力和綜合運用能力．其中對比圖有利于物理概念的澄清和辨析,類比圖有利于促進知識的遷移和靈感的觸發,歸納總結圖有利于知識體系的建構和綜合運用能力的提升．

2.2 編織網絡圖,綱目清楚

為引導學生從整體上把握知識體系,使已學習的“知識點”串成“知識鏈”、織成“知識網”,形成完整的“知識體”,教學中常采用網絡圖.它能幫助學生實現認識過程中由此及彼、由表及里的飛躍．

“軸”一般指的是把具有增長潛力的主導產業集聚區或產業集聚城鎮聯系起來的基礎設施帶，如公路、鐵路、河流等?？茖W合理地選擇發展軸是體育小鎮空間布局的關鍵。在分析江蘇省社會經濟發展格局，交通環境及水文地理條件等基礎上，筆者選取江蘇大運河體育文化帶、環太湖體育圈、長江體育產業帶作為江蘇省體育小鎮空間布局的發展“軸”。

例如能的轉化和守恒定律是自然界最重要最普遍的規律之一,也是貫穿整個物理學的一條主線.圖1中突出能的轉化和守恒定律這一中心,并將它輻射到物理學的各章節中,學生學習起來就有了整體觀和連貫性．

圖1

因此,網絡圖能更好地開拓知識點間的縱橫聯系,厘清知識點的內涵外延,凸顯知識的發生和運用條件,網絡圖也能更好地讓學生胸懷全局、高屋建瓴地把握知識內容.

2.3 創作思維導圖,發散思維

思維導圖是英國著名心理學家托尼·巴贊(Tony Buzan)于20世紀60年代發明的一種圖形思維工具．它融合了左腦的邏輯、文字、數字和右腦的意象、顏色、空間等功能,充分發揮大腦思維的“想象”與“聯想”特點,將原本復雜的思維過程通過簡單的線條和圖形再現出來．簡言之,思維導圖是用來進行建構知識、發散思維、提高學習能力的一種可視化工具．托尼·巴贊認為思維導圖是是人類思維的自然思考方式,是一種非常有用的圖形技術,是打開大腦潛能力的萬能鑰匙．思維導圖自上世紀80年代傳入我國,最初用來幫助“學習困難學生”克服學習障礙．此后,思維可視化研究團隊把概念圖、知識樹、問題樹等圖示方法的優勢特性嫁接過來,同時將結構化思考、邏輯思考、辯證思考、追問意識等思維方式融合進來,把“思維導圖”轉化為“學科思維導圖”加以實驗應用．

物理教學中,思維導圖可以幫助學生建立知識框架體系,聯系新舊知識,發散思維,從而提高學習的能力．它一般可以在每章結束或進行復習時,讓學生圍繞一個中心或一個關鍵詞進行繪制．如:學完“機械能”一章后,教師可指導學生以“功和能”為主題,抓住“功是能量轉化的量度”這條貫穿本章的紅線,圍繞5個基本概念和兩條重要規律來繪制思維導圖．如圖2就是其中一位學生的作品,他以關鍵詞“功和能”為中心開始發散思維,圖形的左側是功、功率、動能、重力勢能和彈性勢能5個基本概念,圖形的右側是動能定理和機械能守恒定律兩條重要規律,思維脈絡清晰,圖形結構合理,層次分明,重點突出．

圖2

像這樣的思維導圖學生個個可以繪制,在實際繪制思維導圖時,教師應避免采用統一的模式來束縛學生的思維,而應激發學生的興趣與積極性,鼓勵學生主動去思考探索,讓思維導圖不僅成為一幅知識的全景圖,還是一幅極佳的內化路線圖,以此促進學生創造性地形成自己的成果．而一旦學生學會了建構更復雜、龐大、立體的知識結構,必將會產生“會當凌絕頂,一覽眾山小”的感覺,此時,無論是總攬全局,還是條分縷析,都可以從各個層次上實現更為高效、高質量的學習,能力狀態自然進入了一個新境界．

3 知識情境化,啟思怡情

情境學習理論,是20世紀90年代以來西方學習理論研究的熱點,是心理學領域繼“刺激——反應”學習理論、認知學習理論、人本主義學習理論、建構主義學習理論之后的又一重要研究取向．情境學習理論認為,學習是一個參與情境的過程,是一個基于情境而展開的過程．[5]學習者對于知識的理解、建構、遷移,與知識生成的復雜而特定的情境脈絡相連．建構主義強調知識意義的個人建構與社會建構,為知識創新提供了廣闊的空間．作為思想資源的知識,能為個體進行意義建構、批判創新提供材料,它能刺激學習者的好奇心,促進深度思考,使人更加敏感,更富有創造力．

有利于學習發生的情境應是一種真實的社會情境、實踐情境和文化情境．如果我們僅僅執著知識結論,忽視學科本身的對象與問題,不追溯到真實的生活問題及其產生的情境,學科問題的生動性與活力也便消失殆盡．因此,物理教學中借助實驗探究情境、聯系生活情境、模擬動畫情境等等,均能再現知識的發生、發展過程,增強學習樂趣、陶冶生活情趣、豐富體驗感悟、促進智慧生長．

3.1 實驗探究,固本培元

物理是一門以實驗為基礎的科學,學生需親歷真實的科學探究過程,學會提出問題、猜想假設、設計方案、實驗求證、交流評估等．只有引領學生沉浸到真實的實驗情境中,學生才會體驗到實驗是一個艱辛并快樂的過程,養成嚴謹的實驗態度、實事求是的實驗作風,掌握科學的實驗方法,不斷提升科學素養．

圖3

(1) 回顧引入.課堂上學生先用如圖3所示裝置進行分組實驗,回顧感應電流產生的條件,觀察磁鐵在插入(或拔出)線圈時,靈敏電流計指針偏角的大小和方向呈現的不同情況,引導學生思考感應電流大小和方向不同的原因．

(2) 猜想假設.聚焦感應電流的大小問題,讓學生討論交流,作出猜想與假設:回路中感應電流的大小與哪些因素有關?更進一步猜想感應電動勢的大小與哪些因素有關?

圖4

(3) 實驗探究.

探究①:用如圖4所示裝置,控制ΔΦ相同(磁鐵N極從同一高度插入線圈),Δt不同(快插、慢插),觀察電表指針偏角．

探究②:控制Δt相同(插入快慢近乎相同),ΔΦ不同(分別用一根磁鐵和兩根磁鐵從同一高度插入),觀察電表指針偏角．通過控制變量法定性探究,學生初步形成結論,感應電動勢與磁通量變化率有關．

學生經歷上述5步層層展開的科學探究過程,不僅體驗了科學探究方法,也享受了科學探究樂趣,自然而然地掌握了法拉第電磁感應定律的精髓,“在游泳中學會游泳”．

3.2 聯系生活,實踐體驗

生活是大課堂,“生活即教育”,物理與生活有著密切的聯系,物理研究成果改善著我們的生活,影響著我們的生活方式．無論力、熱、聲、光、電、磁,教材中所涉及的知識內容,在生活中都能挖掘到豐富的素材．將物理知識與生活密切聯系,可養育學生崇尚自然美、領悟科學美、追求生活美的情懷,豐富學生的學習體驗,達到活學活用、學以致用的境界．

例如進行“超重和失重”教學后,可在課后帶領學生在觀光電梯中體驗超重和失重的感覺,并進行實驗觀察:

圖5

實驗裝置如圖5所示,在觀光電梯中放置一課桌,將臺秤放在水平桌面上,臺秤上放有重物,觀察電梯從一樓開始啟動到六樓停止過程中臺秤示數的變化,電梯從下至上先后經過加速上升、勻速上升和減速上升3個階段,重物在這3個階段分別是超重、等重和失重,記錄3階段臺秤示數變化,不僅可以定性地觀察超失重情況,還可以進行加速度的計算．接下來可以繼續觀察電梯從六樓啟動運動到一樓的情況,由于電梯經歷的是加速下降、勻速下降和減速下降3過程,可分析其超失重情況與理論推導的是否一致．實驗也可以用圖示右側豎直懸掛的彈簧秤來進行觀察,其效果與前者有異曲同工之妙．

這樣的生活情境體驗,猶如把學生領進物理知識的百花園,讓他們去親自看一看花的艷麗,聞一聞花的芳香,它比起常用多媒體教學,更能調動學生所有的感官感受．同時這樣真實的教學情境由課內延伸到課外,學生學得真切,理解透徹,記憶牢固,運用時也更靈活自如．正如夸美紐斯(J.A.Comenius)所描述的那樣:“能看見的東西用視覺,能聽到的東西用聽覺,有氣味的東西用嗅覺,有滋味的東西用味覺,能感觸的東西用觸覺”,其更能激發學生的興趣,激起學生的求知欲和求成欲．

3.3 模擬動畫,直覺頓悟

近年來,E-Learning學習方式悄然改變著傳統的教學理念和教學方式,網絡和信息技術正在與教育、教學實現“深度融合”．各種微課、網絡終端即時分享、仿真模擬實驗給學生帶來了強大的視覺沖擊力,激活了學生的創新精神和合作能力．以模擬動畫為例,它利用計算機強大的函數計算功能、圖形顯示功能和動畫功能,以動態方式生動地表現物理圖景,可讓學生始終處于主動探究、主動思考及主動實現意義建構的認知主體地位．尤其對過去課堂教學中不易做的實驗,難以觀測的細微現象,速度變化太快而不易覺察的實驗情景,比如波的干涉問題、中間夾彈簧的兩物體碰撞問題、電荷在電磁場中運動的問題等等,采用形象直觀的圖景、動畫生動呈現,可將內隱的物理現象、物理狀態、物理過程轉化為一目了然的動畫圖景．這種觀看、想象和構繪3種視覺思維活動的和諧統一,更容易引起學生注意和興趣,便于學生觀察和想象,有益于學生產生靈感和頓悟,促進學生形象思維的擴展和靈感思維的閃現．

圖6

例如,在研究帶電粒子在勻強磁場中的勻速圓周運動時,有這樣一個問題:如圖6所示,在一水平放置的平板MN的上方有勻強磁場,磁感應強度的大小為B,磁場方向垂直于紙面向里．小孔O處有一放射源,以相同的速率v沿位于紙面內的各個方向放射出許多質量為m帶電量為+q的粒子．不計重力,不計粒子間的相互影響,試用陰影部分來表示帶電粒子射入磁場后可能經過的磁場區域．

情境學習以“情”為紐帶,以“思”為核心,以“活動”為途徑,以“生活”為源泉,以“美”為境界,實施知識情境化教學,學生會因好奇、因美感、因探究、因與經驗相關、因情感共鳴……而形成內發性探究動機．[6]智慧的教師就是要巧妙地創設情境,以情啟智,引導學生學會用物理的眼光看物理,用物理的思維思考物理,用物理的語言表達物理,促使學生心智不斷覺醒,智慧不斷生長．

綜上所述,智慧是人類教育的最高目標和永恒追求,[7]而“知識,作為教育學的大廈最底層的一塊磚石,一旦挪動了,智慧才可能進入,智慧與知識互補地閃著光輝”．挪動這塊磚石最簡單、最有效的教學策略就是使知識條件化、結構化、情境化．因此,教學過程中,我們要充分挖掘知識內容中的“美”、知識形式中的“思”、知識旨趣中的“情”,以更好地激發學生的好奇心和求知欲,提升學生的認知和建構能力,喚醒學生的直覺頓悟和心智成長．進而更好地化知為能、格物啟智,實現轉識成智的目標追求,造就有獨立思想、自由精神、創新能力的智慧學生．