基于物理觀念的高中物理問辯式教學(xué)研究

◎ 海南省澄邁縣華東師范大學(xué)澄邁實驗中學(xué) 王 莉◎ 海南省海口市教育研究培訓(xùn)院 張 華

高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)要求學(xué)生以“物理觀念”為引領(lǐng)，結(jié)合“科學(xué)思維”培養(yǎng)，通過“科學(xué)探究”獲得物理知識，最終形成“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”。物理觀念是物理學(xué)科核心素養(yǎng)的第一個維度，是其他三個維度的重要載體。物理觀念的形成和發(fā)展要貫穿于整個高中物理學(xué)習(xí)階段，是一個思維不斷進階的過程，這恰與問辯式教學(xué)的本質(zhì)不謀而合。

問辯式教學(xué)是在充分閱讀教材、分析問題情境的基礎(chǔ)上，針對前概念中的認(rèn)知沖突提出質(zhì)疑，再通過自我問辯、師生問辯、生生問辯探究問題解決方法，順應(yīng)和同化知識內(nèi)容，重構(gòu)新舊知識體系。問辯式教學(xué)強調(diào)將問題情境融入教學(xué)，師生之間以問引思、以思激辯、以辯促學(xué)、多元發(fā)展，在不斷追問和思辨的過程中培養(yǎng)學(xué)生高階思維和質(zhì)疑創(chuàng)新能力。因此，從問辯式教學(xué)視角下促進物理觀念發(fā)展具有重要的研究意義，在物理觀念的高中物理問辯式教學(xué)思想的指導(dǎo)下，可采用以下五種問辯教學(xué)策略設(shè)計問辯式教學(xué)。

一、以生活現(xiàn)象創(chuàng)設(shè)基于物理觀念的問題情境

創(chuàng)設(shè)問題情境進行教學(xué)，對培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)具有關(guān)鍵作用。物理概念的建立需要創(chuàng)設(shè)情境，情境創(chuàng)設(shè)主要集中在課堂引入和習(xí)題應(yīng)用兩個環(huán)節(jié)，由于學(xué)生在學(xué)習(xí)物理概念之前，基于生活經(jīng)驗已形成了大量的前概念和經(jīng)驗性常識。我們可以利用生活中常見的大自然現(xiàn)象、生產(chǎn)生活問題、科技前沿問題等創(chuàng)設(shè)情境引出新課教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生對所觀察的問題情境重新加工，抽象概括出事物的本質(zhì)屬性，基于學(xué)習(xí)目標(biāo)，由容易到復(fù)雜引導(dǎo)學(xué)生從經(jīng)驗性常識向物理概念進行轉(zhuǎn)化。再通過將物理概念、物理規(guī)律、物理定律、物理方法等與真實生活中的問題情境進行有機融合，讓學(xué)生的思維由低階的回憶、理解、應(yīng)用向高階的分析、評價和創(chuàng)造進階性發(fā)展，最后進行情境化課堂習(xí)題的創(chuàng)設(shè)。教師通過師生問辯可以了解學(xué)生習(xí)題解決過程的思維路徑，讓課堂教學(xué)首尾呼應(yīng)，但這需要教師對生活現(xiàn)象進行深度挖掘，在情境中顯化物理觀念，對學(xué)生描述和解釋自然現(xiàn)象的能力給予足夠的引導(dǎo)和關(guān)注。

問辯式課堂從學(xué)生已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)出發(fā)，基于學(xué)生原有的學(xué)情，教師總結(jié)學(xué)生生活中常見的現(xiàn)象并以此創(chuàng)設(shè)問題情境，讓學(xué)生通過觀察問題情境自我問辯提出問題，再通過生生問辯，將問題聚焦為物理問題，構(gòu)建起物理模型，通過師生問辯、推理論證解決問題，將這種自我問辯、生生問辯、師生問辯、組組問辯貫穿于整個教學(xué)設(shè)計之中，利用物理觀念構(gòu)建問題解決思路，彰顯并加深對物理觀念的理解，進而指導(dǎo)學(xué)生進行知識遷移和拓展,從而解決生活實踐中的問題，在問題解決中完善自己的知識建構(gòu)，讓物理來源于生活并高于生活。

以案例1為例，首先深度挖掘生活現(xiàn)象的物理本質(zhì)，其次利用生活現(xiàn)象創(chuàng)設(shè)系列問題情境，在引入階段、知識鞏固階段、拓展提升階段以問辯教學(xué)的形式對物理概念和規(guī)律進行深度思考，在頭腦中提升和凝練，最后通過實踐應(yīng)用深化對物理觀念的理解。在此過程中既要關(guān)注物理觀念的形成，更要關(guān)注物理觀念的發(fā)展。

案例1：重力勢能。

圖文資料：杭州兩歲女孩突然從10樓高空墜落，千鈞一發(fā)時“最美媽媽”徒手接住墜樓女孩。孩子得救了，但瞬間巨大的沖擊力卻將“最美媽媽”的手臂撞成粉碎性骨折。

新課引入：問題1：“最美媽媽”手臂受到的巨大傷害最初來源于什么能？（師生問辯）

問題2：將女孩墜落過程構(gòu)建為物理模型，并分析此過程中重力如何做功？（學(xué)生自我問辯、生生問辯）

遷移應(yīng)用：問題3：如何應(yīng)用重力勢能這一物理觀念減少高空墜物帶來的危害？（學(xué)生自我問辯）

應(yīng)用物理知識解決生活中遇到的具體問題時需要結(jié)合具體的情境，而能不能靈活運用物理知識去解決實際問題，這取決于學(xué)生將情境和知識聯(lián)系的實際水平，在日常教學(xué)中要讓學(xué)生獲得在實際問題情境中解決物理問題的大量經(jīng)驗，通過自我問辯構(gòu)建情境和知識之間相互關(guān)聯(lián)的意識和能力。

二、以對先行組織者的自我問辯實現(xiàn)物理觀念的顯化

美國心理學(xué)家奧蘇貝爾認(rèn)為先行組織者不僅能夠幫助學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)新知識，而且可以幫助其保持知識。先行組織者是指教師（或教材）在學(xué)習(xí)任務(wù)開始前提供的具有引導(dǎo)性材料，構(gòu)建一個使新舊知識發(fā)生聯(lián)系的橋梁。高中物理人教版新教材有一個共同的特點就是每一節(jié)課都是以問題引出新課，旨在引導(dǎo)學(xué)生用先前學(xué)過的知識分析、解釋、聯(lián)系當(dāng)前的學(xué)習(xí)任務(wù)，喚醒學(xué)生原有知識經(jīng)驗和認(rèn)知結(jié)構(gòu)，將知識結(jié)構(gòu)中已有的隱性觀念顯化，以提高元認(rèn)知能力。一旦有了隱性物理觀念的指導(dǎo)，學(xué)生將在后續(xù)的學(xué)習(xí)中利用物理觀念探究知識、構(gòu)建知識框架，減輕認(rèn)知難度，以便將隱性知識轉(zhuǎn)化為顯性知識。

新教材提供了豐富的現(xiàn)象與事實，引導(dǎo)學(xué)生在此基礎(chǔ)上進行抽象、概括與推理、建構(gòu)概念。設(shè)置問題導(dǎo)入新課，我們利用問辯閱讀引導(dǎo)學(xué)生觀察圖片，問學(xué)生看到了什么？例如“自由落體運動”新課引入中有一張比薩斜塔的圖片，我們可以問學(xué)生這張圖片使你想到了什么？你為什么會這樣想？如果不這樣想，你會有怎樣的猜想？你能夠利用身邊的資源去動手做小實驗驗證你的猜想嗎？讓學(xué)生通過自我問辯去閱讀教材，學(xué)生會更加關(guān)注問題的本質(zhì)，會思考這些問題背后的知識。

案例2：勻變速直線運動的位移與時間的關(guān)系。

教材“拓展學(xué)習(xí)”專欄所呈現(xiàn)的材料——勻變速直線運動位移公式的推導(dǎo)，就是典型的先行組織者。學(xué)生通過課前閱讀先行組織者進行自我問辯，在教材中微元法的指導(dǎo)下，將物體勻變速直線運動v-t圖像的運動時間均勻等分為5段，在每一小段內(nèi)，可以粗略地認(rèn)為物體以起始時刻的瞬時速度做勻速直線運動，小矩形的面積代表勻速直線運動的位移，再累計求和，即由轉(zhuǎn)化為如果運動過程劃分的段數(shù)越多，小矩形越窄，多個小矩形的面積之和則越接近物體的實際位移。

學(xué)生在先行組織者的幫助下，結(jié)合初中勻速直線運動路程求解方法，通過自我問辯顯化知識結(jié)構(gòu)中的隱性觀念，從勻速直線運動位移的求解遷移出勻變速直線運動位移的求解。學(xué)生將原有知識進行應(yīng)用遷移和總結(jié)反思，自主構(gòu)建新的認(rèn)知體系，推動物理觀念的形成。

三、以五段式提問發(fā)揮物理觀念的指導(dǎo)作用

問辯式教學(xué)提出五段式提問，五段式提問是一種能引發(fā)學(xué)生深度思考的自我問辯和多元互動式問辯形式，它包括：描述——提問——追問——聯(lián)想——再追問五個環(huán)節(jié)，教師可在課堂教學(xué)中根據(jù)具體的課型進行五段式提問。

物理觀念的指導(dǎo)作用主要體現(xiàn)為能夠幫助學(xué)生在面對全新的問題情境時，通過課堂問辯式教學(xué)對物理概念和規(guī)律的逐步學(xué)習(xí)、系統(tǒng)反思和遷移應(yīng)用，讓學(xué)生學(xué)會利用物質(zhì)觀念、運動和相互作用觀念及能量觀念去迅速找到解決生產(chǎn)生活中實際問題的突破口，讓問題順利得到解決。基于物理觀念發(fā)展的五段式提問與基于知識教學(xué)的引導(dǎo)式提問不同，基于知識教學(xué)的引導(dǎo)式提問強調(diào)利用提問喚起學(xué)生已有知識儲備，而基于物理觀念發(fā)展的五段式提問則強調(diào)通過提問引導(dǎo)學(xué)生理清各概念的關(guān)系，梳理解題思路，在追問和思辨過程中質(zhì)疑創(chuàng)新和發(fā)展高階思維，強化物理觀念的指導(dǎo)作用。

案例3：摩擦力教學(xué)引入（如表1）。

表1 兩種提問方式對比

雖然兩種提問方式的側(cè)重點不同，在不同環(huán)節(jié)發(fā)揮的作用不同，但對于學(xué)生知識發(fā)生、科學(xué)思維發(fā)展、認(rèn)知建構(gòu)均有重要的作用，但基于物理觀念的五段式提問更能激發(fā)學(xué)生的深度思考。

四、以物理觀念引領(lǐng)大單元問辯式教學(xué)

新課程標(biāo)準(zhǔn)雖然將物理觀念作為課程目標(biāo)，但并未完全按照物質(zhì)觀、運動與相互作用觀、能量觀的順序進行教材編排，例如磁場、電磁感應(yīng)知識體系跨度相對較大，分布在必修三第十三章和選擇性必修二的第一至第四章，知識分散，教學(xué)間隔較久。故教師設(shè)計教學(xué)時應(yīng)立足于知識點間的隱性聯(lián)系，以核心概念整合物理課程資源，為學(xué)習(xí)主體進行規(guī)劃和設(shè)計，構(gòu)建大單元深度問辯學(xué)習(xí)框架，拓展知識的廣度和深度。以物理觀念為引領(lǐng)的大單元問辯式教學(xué)，不僅關(guān)注學(xué)生對知識的理解，而且關(guān)注學(xué)生理解知識過程中物理觀念的應(yīng)用，以核心概念整合物理課程資源，構(gòu)建大單元學(xué)習(xí)流程，引導(dǎo)學(xué)生主動積極地進行自主、合作、探究式學(xué)習(xí)。

大單元問辯式教學(xué)應(yīng)從以下三點出發(fā)：

1.以單元中包含的物理觀念或子觀念為上層引領(lǐng)重建單元知識體系。學(xué)生在復(fù)習(xí)時自主構(gòu)建單元知識體系，將所學(xué)的龐雜而又零散的知識進行連續(xù)性系統(tǒng)化地整合，這有利于對單元知識的提升和凝練，加深對物理觀念的理解。

2.注意跨單元物理觀念的銜接，要考慮該單元在整個教材中的地位。若單元中的觀念過于零散，在大主題或大概念統(tǒng)整下，可根據(jù)重點觀念跨單元將相關(guān)知識點進行整合。

3.引入真實問題情境評價學(xué)生知識掌握和觀念理解的情況。通過多主體問辯式評價，從只看重結(jié)果式評價，走向問辯式過程性動態(tài)化評價，基于學(xué)習(xí)目標(biāo)的達成，從師生問辯的課堂觀察中進行多元互動評價，在問辯中觀察學(xué)生綜合單元知識建構(gòu)解題思路，使物理觀念水平顯化。

問辯式教學(xué)的具體流程為：結(jié)合自身認(rèn)知水平通過自我問辯構(gòu)建單元知識體系——組內(nèi)生生問辯補充、完善單元知識體系——借助師生問辯引導(dǎo)學(xué)生思維遷移，初步跨單元整合物理概念——精選典型習(xí)題，通過組組問辯將單元間的知識進行銜接，通過知識應(yīng)用強化物理觀念的理解——自我問辯構(gòu)建完整大單元問辯學(xué)習(xí)框架。

五、以原始物理問題促進物理觀念模型的建立

原始物理問題不同于經(jīng)典例題，它來源于未經(jīng)抽象概括的生活實際，沒有完備的物理模型和標(biāo)準(zhǔn)答案，需要抽象建模才能成為物理習(xí)題，這可以發(fā)展學(xué)生的發(fā)散性思維，但很多學(xué)生對這類問題時常感覺束手無策。

教師在教學(xué)中要讓學(xué)生體會物理建模的思維方法，首先讓學(xué)生明白實體物質(zhì)模型有力學(xué)中的質(zhì)點、輕質(zhì)彈簧、彈性小球等；電磁學(xué)中有電荷、平行板電容器等；物質(zhì)模型有勻強磁場、勻強電場等；模型是對原始問題的抽象，每一個模型的建立都有一定的適用條件和適用范圍，學(xué)生在建立模型時要明確使用條件，才能夠通過建構(gòu)合理的物理模型去解決實際問題。解決原始物理問題除了需要具備較高的科學(xué)思維，更需要物理觀念的引領(lǐng)。因此，教師引領(lǐng)學(xué)生經(jīng)歷物理概念的構(gòu)建過程是發(fā)展科學(xué)思維的重要方法。

只有利用物理觀念進行物理建模，才能靈活運用物理知識解決物理問題，強化物理語言的描述和對具體問題的解釋。原始物理問題的使用可以多角度進行，可用于問題情境的設(shè)置，也可用于單元作業(yè)評價，還可用于單元教學(xué)之后的綜合性評價。

案例4：汽車過拱形橋問題分析。

問題1：當(dāng)你坐汽車經(jīng)過拱形橋面時，你有什么感覺？汽車在最高點時對橋的壓力會有什么特點？（自我問辯）

問題2：在分析上面問題1時，橋面可近似看作什么形狀？汽車過橋可近似看成是什么運動？汽車在最高點受力情況怎樣？（構(gòu)建物理模型）

問題3：如果汽車的質(zhì)量是M，過橋速度大小是V，橋面的圓弧半徑為R，汽車在最高點對橋的壓力有多大？如果汽車的速度不斷增大，汽車會出現(xiàn)什么情況？（師生問辯）

問題4：汽車對拱形橋的壓力小于汽車的重力,原因是什么？聯(lián)系電梯中的超重和失重現(xiàn)象，你發(fā)現(xiàn)了什么？（聯(lián)想追問）

學(xué)生平時都有乘坐汽車過拱形橋的親身經(jīng)歷，將這一原始問題轉(zhuǎn)化為物理問題，最好先讓學(xué)生建立生活體驗與路面狀態(tài)的對應(yīng)關(guān)系，將學(xué)生模棱兩可的原始問題在物理觀念下建立勻速圓周運動的物理模型，建立模型后利用勻速圓周運動的知識能較為容易地確定解題思路，在解決過程中又能深化物理觀念的理解和應(yīng)用。

本文運用五種問辯式教學(xué)策略引導(dǎo)學(xué)生形成和顯化物理觀念。在物理觀念的引領(lǐng)下從物理學(xué)角度描述和解釋自然現(xiàn)象，應(yīng)用物理知識解決實際問題，并將知識有效地正向遷移和學(xué)以致用，逐步強化對物理觀念的理解，優(yōu)化知識體系，促進學(xué)生深度學(xué)習(xí)。