探尋概念建構邏輯 發展學生科學思維

朱海燕

摘? ?要：結合“加速度”教學實踐，通過探尋加速度概念定義、性質、功用、與其它概念關系、關系網絡及變式演練的建構邏輯，透視其發展學生科學思維的價值與意義，啟發物理概念教學，落實發展學生科學思維目標。

關鍵詞：概念;建構邏輯;科學思維;加速度

為適應時代進步和社會發展的需要，現代教育倡導能力型、發展式的學習。科學思維是重要的能力與品格，是把握客觀事物本質屬性、內在規律及關系、正確認識事物的思維，是物理學科核心素養的中心要素[ 1 ]。

概念教學是高中物理核心教學內容之一，是其它教學內容展開的前提與基石，概念教學效果的好壞直接影響到整個高中物理的教學效果。高中物理概念多數抽象程度高、內涵豐富，教學中教師若僅僅傳授結論性知識只能達成學生淺層、機械的學習，學生遇到實際問題往往束手無策。建構主義學習理論指出，學生的學習是通過個人已有的知識、經驗與新知識相互作用實現意義上的連接，從而建構新認知的[ 2 ]。新舊知識的順利連接與融合通常需要教師的指引與幫助，尤其在抽象概念的學習中。教師引導學生經歷物理概念的建構過程不僅能夠幫助學生實現對該概念的理解與掌握，還能夠在發展學生科學思維方面產生指引、啟迪、培育的作用，實現學生知識、能力全面進展。物理概念如何建構，學生怎樣經歷，老師怎么引導，解決這些問題才能將幫助學生學習新知、發展科學思維落到實處，新知才有架構的階梯，科學思維才有生長的土壤，概念建構邏輯正是指向解決這些問題的心智操作方式、方法和依據。只有老師把握為什么這么教、這么引導的邏輯才能設計恰當的教學情境、教學活動在教學過程中指導學生領會怎么想、為什么這么想的邏輯。

“加速度”是高中物理以及經典力學中的核心概念，抽象程度較高，學習中不易建構，各教材限于篇幅總體未能充分闡述方法性、思維性知識，教學中亟待老師深入把握概念建構邏輯，依托學生日常經驗與認知，融合教材，啟發思考，將知識動態化、結構化，準確而生動地實現建構。本文以“加速度”教學為例，著眼于邏輯視角，探尋加速度概念的生成足跡，透視發展科學思維價值，以期啟發物理概念教學達成學生掌握新知、發展科學思維目標的思考。

1? 定義概念，分析性質，強化類比思維

為何引入加速度概念？為比較速度變化快慢而引入，這是加速度概念建構的邏輯起點。怎么引入？學生已學習速度概念的定義，可類比思考，用速度變化對時間的比值比較，定義為加速度a。緊接著該探究它的性質，顯然加速度是描述機械運動的物理量，自然要從最基本的時間、空間維度上探察。類比速度相關性質的分析方法，可得空間上加速度是矢量，時間上平均加速度對應時間、瞬時加速度對應時刻，在圖象表達中分別對應速度時間圖象割線斜率和切線斜率，新知識順利同化納入認知系統。類比思維常常在抽象知識的理解與建構中發揮具體化、簡單化的作用，學生自初中以來已多次見識比值定義法，通過此次再度類比應用，他們的類比思維得以強化，定將應用得更熟練、更敏捷。

2? 找尋意義，啟導收斂思維

加速度大小用于反映速度變化快慢，它的方向有何功用？學生未接觸曲線運動，只能在直線運動中尋找。可用正負代表矢量方向。僅著眼于加速度方向這單一信息，其物理意義難以顯現任何端倪，收斂思維可以給予啟示，在思維過程中，組織信息，指向中心點探察思考，獲得發現或創意，解決問題。依據定義式，相關信息應為初速度、末速度、速度變化量、時間、加速度，初末速度大小的比較，速度方向的變化。斟酌各信息分析的必要性，指導學生依據慣性或加速度定義與運算分析得出速度不能突變，直線運動中，速度改變方向，必經減速再加速兩階段，可歸結到速度大小變化情況中，不必獨列信息。回到各類變速直線運動實例中，如表1，對比數據，聚焦正負，發現規律。

從表格數據中剔除速度變化量總與加速度同正、同負及時間都為正的特征，還能夠發現的是都有加速度與初速度正、負相同（同向）時速度增大，加速度與初速度正、負相反（反向）時速度減小。這就是直線運動中探察出的加速度方向的物理意義。

物理學研究中，概念的形成，規律的發現等無不閃爍著收斂思維的光芒，通過實例分析啟發導用收斂思維，能夠對學生靈巧組合信息、探察信息、捕捉規律予以重要的啟發。

3? 理論論證，打磨求證思維

以上通過實例分析找出了直線運動加速度方向的物理意義，科學研究中由于實際觀察或實驗無法窮盡所有的事例，由此得出的結論可信度不能確保，往往需要理論證實。這是日常生活中求證思維的反映，用自己掌握的知識和經驗去驗證某一個結論的思維。理論論證從何入手？當前只能從定義式運算入手，直線運動，Δυ=aΔt，Δυ=υt-υ0。能體現矢量方向關系和作用的最直觀的方法應屬作圖運算，但剛入高一的學生還未系統地學習矢量的運算，僅對位移運算能夠直觀理解，教學中只能以直線運動位移的作圖運算為腳手架指導直線運動速度的矢量運算。物體前進后再前進，位移運算圖為;物體前進后返回，位移運算圖為; 速度相關運算也可作圖展現，直線運動加速時，作圖有;直線運動減速時，作圖有，明顯有a、v0同向加速，a、v0反向減速，理論得證。

實驗探究與理論求證是科學探求真理的一對翅膀，邏輯推理、理論論證是科學思維不可或缺的重要方面，物理學習中需要理論求證的情況俯拾皆是，但凡遇到，唯有教導學生嚴謹分析，細心打磨。

4? 辨析關系，養成關聯思維

事物間的聯系是普遍的，只有了解事物與其它事物縱橫交錯的聯系，才能對事物理解得更深入，把握得更準確。物理量間也存在各種關系，關系有直接與間接之分，直接關系較近、較淺顯，影響較明顯，只有掌握直接關系才能進一步探索間接關系。物理量間最常見的，較直接的是大小關系（矢量還有方向關系）、變化關系。僅有加速度定義式下能夠思量的是加速度與速度，速度變化量間的大小關系、方向關系與變化關系[ 3 ]。例如，v大，是否a也大？v向右，是否a也向右？v變大，是否a也變大？等。如何正確辨析這些關系？需以定義式的計算、分析及實際事實為依據，如徐徐啟動的火車，加速至很大速度，但加速度很小。經分析及較多實例支撐，可總結出這些關系中僅加速度與速度改變量大小同為零及方向始終相同有關聯，其余皆無必然關系[ 3 ]。

找尋概念間的關系是概念學習的必要內容，也是關聯思維的重要應用。關聯思維引導學習者全面深入地挖掘關系，在學習新知識中起到積極的推進作用，如概念間的關聯往往可推進到物理規律。辨析加速度與速度、速度變化量間的大小關系、方向關系、變化關系，是理解加速度概念的重要內容，也是幫助學生感悟關聯思維、養成關聯思維的重要舉措。

5? 繪制網絡，培育系統思維

布魯納指出，知識只有被完滿的結構聯在一起才易于識記[ 2 ]。只有在結構中勾連縱橫的知識才有活力。繪制知識網絡圖是一種幫助知識結構化的有效技術手段，用圖表的形式表征知識之間的內在邏輯關系，將關系結構化、可視化，幫助知識保持、促進知識遷移[ 2 ]。這是系統思維的運用，系統思維是人們運用系統觀點認識事物的思維方法。系統是客觀事物的基本屬性，只有運用系統思維，立足整體，統觀全局，才能認識系統的全貌，抓住系統的本質，把握系統的變化規律。“站得高望得遠”是其功能的生動寫照。物理學的研究、應用與發展都凝結了系統思維的成果。指導學生或獨立或合作繪制知識網絡圖不僅是鞏固、促進學生對所學知識理解與掌握的有效途徑，也是對學生培育系統思維的可行方式。圖1是依據本文邏輯繪制的加速度知識網絡樹狀圖。

6? 變式演練，熟習橫向思維

學習物理概念的意義不僅在于認識，更在于應用[ 4 ]。實際問題普遍是復雜多變的，學生只有深層理解知識，綜合聯系、靈活應用知識才能應對。概念應用于實際，恰是概念具體化，促進深層理解的過程。變式演練，就是圍繞同一概念，每次創設不同情境的問題，引導學生從不同角度分析，暴露各方面偏差，糾正、完善、深化理解，提升能力的方式[ 4 ]。變式的方式契合了橫向思維，是一種聯系各個相關事物從不同角度分析找出問題答案的思維[ 5 ]。變式演練既是橫向思維的應用也是橫向思維的熟習。現舉一例說明。

例1：下列對直線運動判斷正確的是（? ? ? ?）

A.加速度為正時，速度變大

B.加速度正，速度正，則速度變大

C.加速度變小時，速度變小

D.速度變小時，加速度與速度反向

設計意圖：創設不同情境，或遺漏因素，或設置無關因素干擾，或逆向反推條件，考查學生對直線運動中物體速度增減條件的領會與應用。

綜觀加速度概念建構邏輯的探尋，如果說變式演練契合橫向思維的應用與發展，那么思索加速度概念定義、性質、功用及與其它概念關系的過程可以說是縱向思維的體現[ 5 ]，而繪制概念網絡圖則是縱向、橫向思維的匯集，各方面科學思維有機地集結融合，水到渠成演進為高水平的綜合思維。

探尋概念建構邏輯，教學具有邏輯性，才能調動學生的思維參與教學過程[ 4 ]，幫助學生充分分化知識，準確理解知識，有效發展思維，有力提升素養。

參考文獻：

[1] 中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

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[3] 李挺.速度、速度變化量、加速度三者的關系辨析[J]，湖南中學物理，2014（6）：79，65.

[4] 葉建柱，蔡志凌.物理教學中的邏輯[M].北京：科學出版社，2013：8-29.

[5] 朱龍祥.物理教學思維方式[M].北京：首都師范大學出版社，2000：160.