基于學科邏輯和心理邏輯統一的教學設計研究

黃皓 馬宇澄

摘 要：在高中階段，學科知識邏輯與認知心理邏輯之間，有時并不一致，因此執教者需要在兩者之間尋求一個適切的平衡.為此，教材視角下的教學設計需要關注教學目標、教學方法與學生心理發展順序的適配，立足于讓學生樂學、會學和學會.執教者精心設計的、學生能夠興致盎然地參與的教學活動是學科邏輯與心理邏輯聯結的紐帶，基于經驗的教材重構可以調和學科邏輯與心理邏輯的矛盾，教師對教材的組織將決定學科邏輯與心理邏輯統一的成效.

關鍵詞：心理邏輯;教材;教學設計;經驗

中圖分類號：G633.7???? 文獻標識碼：B???? 文章編號：1008-4134（2021）21-0041-03

基金項目：江蘇省教育科學“十三五”規劃重點自籌課題“基于教師高階反思的高中物理學科單元有效教學設計與實施研究”（項目編號：B-b/2020/02/160）.

作者簡介：黃皓（1974-），男，江蘇無錫人，碩士，中學高級教師，研究方向：初高中物理學科教學;

馬宇澄（1968-），男，江蘇無錫人，本科，中學高級教師，研究方向：初高中物理學科教學.

1 問題背景

自有班級授課制始，在教學組織方面，就伴隨著內容和學生兩個取向.物理教學需要傳遞特定內容，有其固有的學科知識邏輯;與此同時，必須兼顧學生的認知心理邏輯.目前對學科邏輯和心理邏輯的主流認識是，要注重兩者的統一.如何統一兩者，既是教學設計的難點，更是教學設計的關鍵.在教學實踐中，執教者均會在兩者之間尋求一個適切的平衡，而不是非此即彼或簡單折中.就個體而言，對適切程度的認識差異，就導致了教學設計的行為差異.

筆者認為，對統一學科邏輯和心理邏輯的研究有助于優化教師對新版教材的使用，發展融匯貫通的教材組織原則.為此，本文以“力的合成和分解”第二課時為例加以說明.

2 教材視角下的教學設計

2.1 教材

目前看來，對教材的理解至少有三種觀點，詳見表1.本文對教材的理解以第三種為準.

2.2 教學設計

從教材的角度看，教學設計即設計教材展開的順序.教學設計既要順應學生的認知心理邏輯，也要遵循物理學科的知識邏輯.基于物理學科邏輯，教材的呈現一般遵循由表象到本質，由概念到定理，由結果到原因的順序;而高一學生的思維方式正從具體運算階段向形式運算階段過渡，基于對具體事物認知的經驗思維仍占優勢.因此，教學設計中最需要關切的問題是：如果學生的心理發展順序與學科知識邏輯體系不相吻合，如何調和兩者之間的矛盾？

2.3 教學目標與方法

2.3.1 教學目標與學生適配

學生學完以后要有所得，這就是教學目標.它是教學設計的起點，也是設計者期望達到的結果.從課程意義上分析，課時教學目標指向學生學習素養的發展，落實到心理邏輯層面上，具體包括學會、會學、樂學三個維度.筆者認為，只有樂學才能會學，才有可能真正學會;單方面追求“教會”，其結果很可能是屢教不會.在教學設計中，就是要立足于讓學生樂學、會學和學會，為其終身學習服務.

課堂時空是有限的，所以少而精的教學目標更可能有效達成.依據2017年版課標，2003年版課標中的“應用力的合成與分解解決實際問題”已改成“能用共點力的平衡條件分析生產生活中的問題”，顯然2017年版課標對“力的合成與分解”的要求發生了變化.據此，確定本節第一課時的目標是形成初步的合力、分力、力的合成與分解、標量、矢量的概念，了解合力與分力的等效替代關系，探究力的平行四邊形定則;第二課時的目標是初學者學習、體會平行四邊形定則，規范作圖，理解矢量和標量的不同.第二課時具體目標及對應學習素養指向見表2.

2.3.2 教學方法與學生適配

“力的合成和分解”要求學生具有一定的分析、想象、推理、概括能力，其運算又從單純的代數運算過渡到圖像、矢量、極值等運算;這些都對抽象思維能力相對較弱的高一學生在思維的質和量上提出了挑戰.據此，執教者將演示實驗改成分組實驗，使學生在活動中體驗;有意識地“設疑”“析疑”，促進他們在問題中思考;鼓勵他們大膽猜想和勇于發表見解，令他們在探索中建構;從而營造和諧、平等、融洽的課堂氣氛.

3 學科邏輯與心理邏輯的統一

3.1 以何統一

學科邏輯與心理邏輯以何統一？杜威先生的答案是經驗.假定這個觀點成立，那么問題就轉化為執教者應該如何基于經驗的方式指導學生經驗的發展.學生經驗的發展大體上可分成三個階段：經歷、體驗、探索，如圖1所示.據此，在用趣味實驗引入后，筆者設計了如下四個活動.

3.1.1 教學活動1（經歷）

如果已知力F1=30N，方向水平向左;另一個力F2=20N，與水平方向成30°角斜向右上方，作用在同一個質點上，求合力為多少？教師引導、師生互動，板書過程：建模、作力的圖示、通過測量對角線的長度來得到合力的大小.

經驗從外向內看是一種結果狀態，設計活動1的目的是還原教材為直接經驗，幫助學生獲得對于“力的合成”最原始的經驗.

3.1.2 教學活動2（體驗）

上題中，如果保持F1大小和方向都不變，F2逐漸變大，但是方向不變，則它們的合力會有什么變化？（作圖觀察：合力變大，且方向偏離F1，靠近F2）

如果保持F1大小和方向都不變，F2大小也不變，但是與水平方向的夾角逐漸變大，則它們的合力又會有什么變化？（作圖觀察：合力變大，且方向靠近F1）

經驗從內向外看就是一個體驗過程.設計活動2的目的是將“力的合成”引入到學生的直接經驗中，從簡單到復雜、從感知到理解，而不是停留在字面上.

3.1.3 教學活動3（探索）

提問、討論：針對以上三個例子，大家有什么想法或者體會？比如以下問題：

（1）合力一定比分力大嗎？（合力可以比分力大，也可以比任意一個分力小，舉例）

（2）那么，大小分別為3N與4N的合力可能為多少呢？（合力的范圍）

（3）求解多個力的合力時，可以怎么辦？如何確定已知大小的三個力的合力大小范圍？

（4）如果一對分力的大小和方向確定，那么合力是唯一的嗎？

（5）后兩個例子，基于什么原因導致合力的大小和方向，出現這種變化的？

再次證實由于力是矢量，有大小也有方向，每一個分力的大小和方向都會對最終的作用效果產生影響，從而導致合力的大小和方向發生變化，所以求解力的合成時，只能使用平行四邊形定則，而不是簡單的代數相加.

經驗與事物之間的聯結可通過反省性的思維來形成、鞏固.設計活動3的目的是讓學生的經驗不斷豐富、從定性到定量、從特殊到一般，積累和形成有組織、有邏輯的經驗.

3.1.4 教學活動4（探索）

已知一個力大小為100N，方向豎直向下.求它的分力（學生主導分析）？

特征：多解性.

學生自己給定可以順利作圖分解的需要條件，以下四種情況供選擇：

（1）已知兩個分力的方向;

（2）已知一個分力的大小和方向;

（3）已知一個分力的大小和另一個分力的方向;

（4）已知兩個分力的大小.

板書作圖：視具體情況臨場決定是否延伸至三角形定則.

學生經驗的發展不但需在復演中連續還需要適當的飛躍.設計活動4的目的是提出必要的刺激，從具體到抽象、從模仿到創造，引導有組織、有邏輯的經驗產生新的價值.

通過以上活動，筆者期望以經驗的形式將教材中的內容內化為學生所得，從實驗到理論，通過基于經驗的教材重構調和學科邏輯與心理邏輯的矛盾.

3.2 何以統一

學科邏輯與心理邏輯何以統一？杜威先生的答案是教師對教材的組織.即便教材上呈現的知識邏輯是靜態的，教師依然可以通過教學情境讓學生獲得動態的體驗;至于知識的傳遞是以傾向于心理邏輯或是學科邏輯的方式發生的，更是取決于教師對教學情境的具體安排.

例如，平行四邊形定則的表述，教科書上只有靜態的結論，而將動態推演過程大量省略.這些省略必然造成學科知識邏輯與學生心理邏輯的疏離，進而造成理解上的困難.據此，筆者設計了活動1、2、3以幫助學生經歷對矢量合成法則的認知過程.

又如，在活動3中，“合力一定比分力大嗎？”這是個物理問題;執教者通過設計討論“大小分別為3N與4N的合力可能為多少呢？”將其轉化為一個數學問題;待得出正確結果后再回到物理問題“求解多個力的合力時，可以怎么辦？”活動3的教學設計是以知識邏輯為藍本，依據學生已有知識準備和認知發展準備理性構建教學版塊，以便新的認知被已有認知結構的同化.

再如，盡管教科書對“力的分解”的表述邏輯結構嚴謹、推理論述嚴密，但這樣的知識體系很難打動學生，真實學習也就無法發生.據此，執教者設計了活動4以引導學生連續進行知識的建構和解構;活動4的每一步，建構都是暫時的，每次建構都將被解構，當經歷了建構和解構的多次循環，學生將明晰知識的邏輯結構真正理解知識.

4 結束語

如果教學設計只關注學科知識邏輯，那么那些遠離生活經驗的抽象的概念和假設很可能成為堵塞航道的沉船，這有可能是學生主動放棄物理學習的誘因之一.當然，一味地遷就學生的心理邏輯同樣不可取;中外各國的教育實踐已證明，如果完全不加干預，多數學生會滿足于僅僅是游戲性質的活動.所以，執教者精心設計的、基于知識邏輯的、學生能夠興致盎然地參與的教學活動是知識邏輯與心理邏輯聯結的紐帶;在活動中，強烈的學習興趣和注意力會自發產生;學生將會發現物理學科知識與他們熟知的日常生活經驗之間存在著大量的、真實的聯系;學生將會深切地認識到物理學習的價值和意義，他們的學習將會更加自然、主動和有效.

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（收稿日期：2021-07-12）