促進物理觀念養成的教學設計新范式

摘 要：物理觀念的養成是落實核心素養的基礎與核心，結合形成物理觀念養成的常見架構，創生新范式.以“功是能量轉化的量度”為例，通過“三向遷移”，對具體案例進行條分縷析，體現新范式的真正價值.

關鍵詞：物理觀念;教學設計;新范式

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：B 文章編號：1008-4134（2021）02-0045-03

作者簡介：王雄（1977-），男，浙江嘉興人，本科，中學高級教師，研究方向：物理學科理性思維培養.

“物理觀念”是物理學科核心素養的要素之一，是關于物質、運動與相互作用、能量的基本認識;是物理概念和規律在頭腦中的提煉與升華;是從物理學視角解釋自然現象和解決實際問題的基礎[1].但由于缺乏對物理觀念的深入思考，使得物理觀念教育常常處于較“虛”的狀態.那么，如何通過范式這座“橋梁”，讓觀念教育之“虛”與課堂知識教育之“實”有機結合在一起呢？

1 促進物理觀念養成的新范式

浙江師范大學蔡鐵權教授及其團隊通過研究，建構了物理觀念養成的一般架構[2]（如圖1所示）.

這一架構可為教學設計提供基本參考，但在復雜的教學中，學生的特點、教師的風格以及教學的內容都不同，需要尋求更具有統一性的范式.為此，通過對以上架構進行梳理與整合，形成促進物理觀念養成的教學設計新范式（如圖2所示），主要包括圖2中三個階段.

圖2中知識情境階段是對圖1中事實經驗、應用實踐、遷移創新三環節的整合，突出觀念養成的主要載體;概念層級階段包括了圖1中概念規律、核心概念兩環節，突出觀念養成的主要途徑;觀念養成即為圖1中的物理觀念，更加突出觀念養成的過程性.

1.1 階段1：知識情境

知識情境是物理概念與觀念形成的載體.這里的知識情境可以是一個主情境，也可以是多種情境.其作用主要包括兩方面.第一，教學設計起點：教師要精心設計情境，通過情境初步鏈接學生生活經驗與科學知識，并結合情境去發現問題、形成問題.第二，教學設計的終點：在相關的物理觀念養成后，教師將重點創設真實復雜的情境，讓學生將相關物理觀念應用到實際的問題解決中，通過遷移創新等過程讓物理觀念得到進一步提升.

1.2 階段2：概念層級

物理教學研究重視概念學習，在這一階段的概念層級包括一條主線：從小概念（前概念、 迷思概念）到大概念（核心概念）的過程.體現概念從小到大，從外圍到核心的層次性.同時也可以是一個逆向過程.

1.3 階段3：觀念養成

追求統一性是物理學發展的內在動力，體現了物理學科的本質特征.在這一階段的觀念養成主要包括兩個動作：提煉與升華.在掌握概念（規律）以后，先整合成核心概念，再擴大概念的廣度與深度，通過提煉與升華，建構成相對完整的、對物理世界統一的認知，即養成物理觀念.

在這個新范式中，通過三個階段的串聯，有效體現了物理觀念養成各階段的一般線性關系.但在真實的教學中，我們還要根據教與學的實際，進行深度運用.

2 促進物理觀念養成的范式示例

在教學中總認為“物理觀念”很大很抽象，僅通過一節課不可能完全掌握.而事實上，我們可以把一節課的“物理觀念”理解成：通過一節課的物理概念、規律的學習，使學生對相關問題獲得自我認識，這種認識可以是很小很具體的事實陳述[3].有了這樣的認知，在一節課中物理觀念養成就成為可能.為此，我們選擇了初中物理“功是能量轉化的量度”作為案例進行分析，運用教學設計新范式進行示例，形成“三向遷移”的實踐方式.

2.1 方式1：正向遷移

結合圖2，新范式促進物理觀念養成的基本思路是：在情境中形成問題;在歸納辨析中形成概念（規律）;在不斷的概念正向遷移中形成核心概念;最后在回歸實踐情境中落實觀念養成.

案例1：

在“功是能量轉化的量度”這節課的教學設計中，我們進行了以下設計：

（1）知識情境：叉車把貨物從地面抬升到一定高度;舉重運動員舉起杠鈴;人推小車在水平路面上通過一段路程等.（2）概念層級：從做功與能量轉化兩個角度對情境進行分析，通過不斷的正向遷移，先得出做功與能量轉化兩個小概念，進而通過定量計算形成“功是能量轉化的量度”這一大概念.（3）觀念養成：通過查閱資料學習焦耳對功與能量轉化的研究科學史，新情境的遷移與創新，升華到能量觀念.其核心環節如圖3所示.

正向遷移的理論支持：皮亞杰認為人（兒童）其認知發展要經過四個時期： 感知運動階段、前運算階段、具體運算階段、形式運算階段[4]，其主要認知特點是從具體到抽象，從簡單到復雜，從感性到理性，從思維不可逆性到可逆性.而新范式中的正向遷移方式很符合學生的認知規律.

正向遷移的操作核心：學生物理觀念難以形成的原因之一是學生沒有相對應的經驗基礎，或相關的情境是零散的、斷裂的.因此，其操作核心是要精心創設知識情景，串聯相關情境，為學生學習提供肥沃“土壤”，讓概念之間、概念與觀念之間能順利形成正遷移，以促進觀念的養成.

2.2 方式2：反向遷移

反向遷移是相對于正向遷移而言的，是指通過已有的生活經驗，對物理觀念已形成初步的理解;然后運用這一物理觀念不斷地進行概念反向遷移，形成概念的分解;再回到復雜的問題情境中，分析解決物理問題，在應用的過程中深化對物理觀念的認識.

案例2：結合基于反向遷移的物理觀念養成，在設計“功是能量轉化的量度”這一節時，我們也可以先通過列舉生活中多樣形式的能量，讓學生初步建立能量觀念.之后通過具體范例辨析，判斷能量轉化的多少與快慢，通過樹型圖把“能量觀念”的性質一層層反向遷移（如圖4所示）.完成功、功率等概念之間的區別與聯系，最后回歸到多樣的具體情境進行運用.反向遷移過程直觀高效，學生學習效果好.