促進學生物理觀念建構的教學策略探討①
——以 “運動的合成與分解”教學為例

孫春成

(江蘇省江陰市青陽中學，江蘇 無錫 214401)

在知識更新越來越快和關注問題解決的信息化時代，需要學生具備跨情境、跨時空和跨文化的遷移應用能力，但并不是所有的知識都能被靈活遷移，只有上升到觀念層次的知識才能被有效遷移，觀念性知識的獲得需要觀念建構的教學。

1 觀念建構教學的內涵

觀念建構教學旨在幫助學生形成觀念性認識、增進觀念性理解、促進觀念性反思。通過觀念建構過程整合分散的事實、問題、概念和規律等，實現學科內、學科間的橫向關聯和縱向拓展，逐步理解學科的本質和內涵。

物理觀念建構教學旨在培養學生從物理學視角形成關于物質、運動與相互作用、能量等的基本認識，首先基于對自然現象、事實的模型建構和抽象概括，建構物理概念、探索物理規律，其次對物理概念和規律進行關聯整合、凝練升華，形成物理觀念，這是觀念建構教學的關鍵環節，最后，對于物理觀念進行學科關聯和反思上浮形成哲學觀點。物理觀念和哲學觀點層次的知識具有廣泛的遷移力和持久的解釋，能夠被靈活遷移應用，解決實際問題和解釋自然現象，具體關系如圖1。

圖1

超越現象和事實走向物理觀念和哲學觀點層次，實際就是實現深度學習的過程，遷移應用的靈活程度是判斷深度學習的重要依據，因此，觀念建構教學是促進深度學習真實發生的有效路徑。

2 促進高中物理觀念建構教學的策略

下面以“運動的合成與分解”教學為例，探討物理觀念建構教學的策略。

2.1 聯系已有經驗，通過關聯分析促進觀念建構

知識之間的聯系有時是表層的，有時是內在的，在新知識學習的過程中，通過創設情境，聯系已有知識與經驗，并促進認知同化、順應和平衡。然后在關聯分析的基礎上建構觀念性認識，分析的內容可以是邏輯意義層面，也可以是實驗探究層面，通過觀念建構形成持久性理解。

教學片斷1：上課前用手機拍攝一段班級同學體育課上打籃球投籃的視頻，課堂上呈現給學生，借助學生的已有經驗提出問題：如何投籃才能更準、更遠呢？這就需要對籃球運動的軌跡進行科學分析，此時須抓住主要因素(籃球重力)、忽略次要因素(空氣阻力)，幫助學生建立曲線運動模型。

基于這個模型，提出問題：如何分析籃球的運動規律呢？可以放手讓學生自主討論問題，提出解決方案，因為通過前面牛頓運動定律的學習，學生已經形成“運動與相互作用”的物理觀念，這里是利用“運動與相互作用”觀念解決問題。

學生經過分析和討論后能得出結論：籃球做斜拋運動，在水平方向上由于不受力作用，應該做勻速直線運動；在豎直方向上由于只受重力，應該先向上勻減速運動，當到達最高點后再向下做勻加速運動。這就是“化曲為直”和“化繁為簡”思想的具體運用，將看似復雜的曲線運動分解為兩個熟悉的直線運動進行處理，幫助學生形成以下觀念：任何復雜的運動通過分解可以轉化為簡單的運動進行處理。

2.2 基于具身體驗，通過反思內化促進觀念建構

自然現象和事實是觀念形成的基石，這些事實和現象如何被加工、內化、凝練，從而升華為學生的觀念？筆者認為最重要的途徑是學習者的具身體驗，具身體驗是事實轉為觀念的“高速公路”，學生基于具身體驗，通過對體驗的過程、方式和結果進行反思內化，最終可以建構觀念性認識。

教學片斷2：為幫助學生進一步內化“化曲為直”的思想方法，可以設置讓學生進行真實體驗的情境，裝置原理如圖2所示，將氣墊導軌放在桌面上并進行調平，在玻璃管中加滿水，并在里面放一個紅蠟浮子，玻璃管固定在一個滑塊上，滑塊用一根細線連接，細線的另一端通過定滑輪連接一只鉤碼，在整個裝置后面放置一塊有機玻璃板，用于記錄紅蠟塊位置。

圖2

打開氣源，將紅蠟塊由玻璃管底部釋放，第一次實驗時在滑塊上不掛細線，讓一名學生向右輕推玻璃管，另一名同學用黑色記號筆在玻璃背面每隔一定時間記錄一次紅蠟塊的位置，記錄7、8個點，并進行連線。然后在玻璃板后面放置一塊同樣大小的白色KT板，便于學生觀察軌跡，發現其為一條傾斜的直線。第二次實驗時在滑塊上掛上細線，一名同學釋放鉤碼，另一名同學用黑色記號筆在玻璃背面每隔一定時間記錄一次紅蠟塊的位置，也記錄7、8個點，并進行連線，其軌跡如圖3所示。

圖3

學生對這一過程和結果進行反思內化，得出結論：兩個互相垂直的勻速直線運動合成的結果為勻速直線運動；一個勻速直線運動和一個與其垂直的勻變速直線運動合成為曲線運動，軌跡為拋物線。由于合成與分解是互逆的關系，要研究一個曲線運動就很容易想到可以將其分解為兩個方向的直線運動進行研究，讓學生深刻理解“化曲為直”的思想方法。

2.3 探尋知識本質，通過抽象、概括促進觀念建構

觀念的形成是對知識的內涵與本質認識不斷深化的結果，教學中一方面促進學生在對知識產生的起源與發展、演變與關聯的概括中建構觀念，另一方面促進學生在對知識獲得的過程與路徑、思想與方法、邏輯與意義、作用與價值的理解中建構觀念，使觀念的形成上升到更加上位的元認知層次。

教學片斷3：借助前面一節探究曲線運動條件的實驗，用水平儀將盤子調平，先不在盤子中放入磁鐵，從斜面頂端釋放蘸了墨汁的小鋼球，發現它在白紙上的運動軌跡為直線。接下來在斜面下端靠左側某位置放上磁鐵，釋放蘸了墨汁的小鋼球，發現小鐵球向左偏轉做曲線運動，當在斜面下端靠右側某位置放上磁鐵時，小鋼球向右偏轉做曲線運動。

然后在原來直線軌跡的前方和左側各放一塊磁鐵，發現此時軌跡的曲率半徑變小，但運動速率變大；在原來直線軌跡的前方和右側各放一塊磁鐵，出現了類似的結果，4次實驗中小鋼球軌跡的俯視圖如圖4所示。

圖4

通過4次實驗的對比、抽象、概括，學生自主得出結論：曲線運動的軌跡是由物體的初速度和受力情況決定的。

觀念根據其遷移或解釋范圍的不同，可以分為大觀念和小觀念，大觀念的建構需要以大單元為單位進行整體設計與組織教學，小觀念的構建可以在課時教學中完成。另外，不論在新課教學還是在習題教學中，觀念建構都是核心素養時代教學的追求，新課教學如果只是關注一些零散的事實、概念和規律將失去教學的意義，習題教學如果只是就題論題就容易陷入了題海戰術的泥淖，對學生核心素養的提升沒有多大幫助。

教學片斷4：對質量為m的物體A進行受力分析(圖5)。這是一個開放性的問題，因為不知道物體A的運動狀態。當A靜止時，受到重力、地面支持力、向左的靜摩擦力和拉力共4個力作用；當A勻速運動時，受到重力、地面支持力、向左的滑動摩擦力和拉力作用；當A加速運動時，除了可能受到4個作用力外，也可能只受到重力和拉力兩個力的作用。從而幫助學生初步建立觀念：物體的運動狀態及其改變與其受力情況密切相關，通過進一步拓展，加強學生對運動和相互作用的認識，在習題教學中通過超越問題表象，通過總結、提升，促進學生形成觀念性認識，真正發揮習題的教學功能。

圖5