意境深遠：指向學會思維的初中物理教學情境創設

張月蘭

(蘇州工業園區景城學校,江蘇 蘇州 215021)

1 問題的提出

人類社會發展進入了對人才素養的新需求、對知識的意義建構時代,推動教育實現從學科本位向人本位的轉變,指向人的學會學習,其核心在學會思維.這一說法是從教育、心理學和認知科學等多個領域的研究實踐中逐漸發展起來,它強調思維過程的重要性,實現思維能力的提升,達成學生思維素養的發展.實踐表明,創設教學情境對促進初中生由“經驗”積累形態向“思維”概括形態的轉化具有明顯的作用.要培養學生學會思維,教師應具備教學情境創設的能力,需要明確“為何”和“何為”的問題.

2 學會思維與情境創設的關系

在傳遞學生知識和發展技能過程中,要關注學生的發展性學力和創造性學力,使學生為發展自己的思維而學,使教師為發展學生的思維而教.[1]教學設計要以終為始,學會思維是旨歸,情境創設是重要的教學路徑.

2.1 學會思維的內涵

學會思維,是教學方法、過程、目的,體現教學對學生思維能力和素養提升的積極作用,也是深度學習的內在要求.學會思維的過程,體現在思維水平、思維品質、思維方法、思維類型、思維內容等方面.初中物理教學以科學知識為媒介,以科學思維方法為路徑,指向于對學生科學思維提升,獲得品格發展和素養提升.

思維的內涵發展順應時代要求.思維是指人腦進行認知和推理的過程,涉及知覺、記憶、推理、想象、判斷等多種心理過程,是認知活動的基本形式之一.20世紀50-80年代期間,美國為應對經濟、技術和文化以及冷戰時期政治形勢的變化,教育界推行思維的教育模式而培養學生的創造性思維、批判性思維和問題解決能力等,先后經歷了概念提出、發展、推廣階段,隨后得到了全球范圍內的廣泛認可,其內涵不斷得到更新和拓展.我國早期從哲學角度關注人與世界的關系并提出“思維”,錢學森重視思維科學的研究,提出了抽象思維、形象思維以及靈感思維,[2]并引發了教育界的積極行動.由于計算機及人工智能的興起,社會開始關注思維與技術發展的關系,教育更加關注思維能力的發展,也由高等教育逐漸進入基礎教育中來.可見,對思維教育的積極響應與發展符合時代發展要求,也將是未來教育發展的重要領域.

科學思維的內涵發展指向人的發展.我國早期意識到科學發展要重視人的發展,[3]逐步開展對科學思維內容的研究：提出發展學生的科學思維的典型途徑是具體與抽象、經驗與理論,[4]提出在物理教學中科學思維應有歸納與演繹的統一、分析與綜合的統一的基本原則,[5]厘清科學思維不等同于抽象思維,科學思維不僅僅是能力.隨著《高中物理課程標準(2017年版)》的發布,物理教學對科學思維的關注前所未有,重點在結構、方法、品質等方面.胡衛平認為青少年科學思維能力是由內容、方法和品質組成的三維立體結構,概括出中學生科學思維能力的表現.[6]李正福認為科學思維教育內容包括思維取向、思維要件、思維方法3個方面.[7]初中物理教學提出培養學生科學思維主要是模型建構、科學推理、歸納演繹、批判質疑,[8]從有意義學習理論提出思維素養.[9]《義務教育物理課程標準(2022年版)》從模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新4個角度由此對初中物理的科學思維有了更為具體的闡述和明確的要求.[10]可見,科學思維內容越來越豐富,是指向于人的全面發展.科學思維品質越來越明晰,是指向于人的品格提升.

2.2 教學情境創設的意義

以身體之,以行驗之,以心悟之,教學情境創設幫助學生實現從形象思維到抽象思維之間的溝通,實現知識體系的意義建構、發展能力、健全人格.教學情境創設符合初中生認知水平并促進初中生思維認知水平,體現物理學科特點并提升學生學科能力,達成學生科學思維發展.

教學情境創設符合初中生認知水平.我國初中學生的認知水平基本上處于具體運算階段和前運算階段,有極少數達到形式運算階段,而現行的課程標準中有一定比例內容要求達到形式運算水平,[11]可見,初中物理教學內容要求的認知水平整體上高于學生的認知水平.那么,有效推動學生認知水平的提升就成為了這一階段重要的教學要求.皮亞杰認為處于具體運算階段的學生能從自己的具體生活經驗中進行概括,但不能對可能的概念提出假設,也不能處理抽象的變量.處于形式運算階段的學生能脫離自己的具體生活經驗進行抽象,能進行假設-演繹推理.因此,初中物理教學應通過情境創設以提升教學內容具象化程度,引導學生經歷思維過程,促進學生思維能力的進階,獲得認知水平整體提升.

教學情境創設提升思維認知層級.首先,思維發生源起直接經驗.杜威在著作《經驗與教育》中說：“脫離情境的思維是空洞的、無聊的和毫無價值的,情境即是思維的土壤和環境,只有在情境中,思維才有其創造性和成立性.”其次,情境引發思維認知持續發生.思維認知是心理學和邏輯學的共識,是由感覺、知覺、表象構成感性認識(心理學范疇),由概念、判斷、推理構成理性認識(邏輯學范疇).[12]思維認知不是一蹴而就的,其邏輯過程時常存在偏差,需要持續發生的現實支撐.另外,思維認知具有間接性和概括性,人腦對事物的反映建立在對事物的感知基礎上,方可較好地達成認知活動的高級階段.實踐表明,教學創設真實的問題情境可提升物理學科能力表現,[13]教學情境能使思維類型明確化、思維過程顯性化,[14]教學評價也應關注多元情境的創設,突出對科學思維能力的考查.[15]

教學情境創設體現物理學科特色.物理是研究運動規律和物質結構的學科,形成物理觀念,要有從現象找規律、從外表看本質的意識.物理學科是一門以實驗為基礎的學科,經歷科學探究,在真實情境中觀察和研究是必不可少的過程.“從生活走向物理,從物理走向社會”的學科特點,形成科學態度與責任,經歷像科學家那樣的研究,在社會發展中認清學科責任,能實現學科價值認同,更好地激發學習興趣并提升學習驅動力,那么,學習中要有知識聯系實際的意識和能力,為以后的學習、生活和工作打下基礎.

2.3 科學思維水平層級和情境創設的關系

由于初中生認知水平、學業要求等情況相比較高中生有明顯差異,根據已有的高中物理將科學思維分為5個水平層級,[16]對照《義務教育物理課程標準(2022年版)》相關表述,可將科學思維水平分成3個層級,并厘清與布魯姆認知思維的對應關系,以此進一步指導教學情境創設,如表1所示.

表1 初中物理科學思維的水平層級和情境創設的關系

參考比格斯SOLO分類法,把情境創設可對應分為單一結構、多點結構、關聯結構和抽象拓展結構等4種水平, 其結構特征具體如下：[17]單一結構水平,熟悉、簡單的情境呈現,獲得單一知識;多點結構水平,熟悉情境多次呈現,獲得多個知識;關聯結構水平,情境變化呈現,學習多個知識及體系;抽象擴展水平,基于情境重在聯想和推理,學習多個知識及體系.

3 初中物理教學情境創設的策略

課堂教學的改革與創新,教師的觀念轉變和能力提升是第一要義.教學情境創設需要教師富有深度地思考和創造性地實踐,積極創設“教學三境”,不斷推動課堂思維持續發生.

3.1 教學有“三境”

以唐代王昌齡提出“詩有三境”之說,從淺到深理解為物境、情境和意境,教學情境創設也是如此.人與物是兩大要素,其融合成為意境亦成為教學境界,格物致理,見物說理,情境創設要“見了才行”“做了才好”“說了才對”.以2022年12月在江蘇省教育新時空平臺的“光的色彩 顏色”一課中“光的色散”教學設計片段為例.

物境：教學情境創設要“有料”.物境創設重在呈現,可視、可聽、可感是設計要點,以此提升學生感知力,容易獲得單一知識.物境創設側重人的感性認識,情境呈現單一結構,情境創設來源于熟悉的生活場景,或者簡潔明了的實驗,學生容易從現象觀察中發現并解決問題,較易實現對知識的獲取和認知,如圖1所示.

圖1 “物境”創設路徑

教學片段：學生分組利用三棱鏡、白光手電筒、光屏等器材進行光的色散實驗的初體驗,完成尋找多種色光的實驗任務.然后,教師用大型三棱鏡、強光手電筒、大光屏等器材呈現光的色散現象再體驗,通過煙霧呈現光路,引發學生對光的色彩變化的強感知,完成對白光、多種色光路徑分析的實驗任務,實驗現象如圖2所示,從而認識到：白光可以分解成多種色光.教學過程中學生小組和教師演示“光的色散”實驗,并用煙霧顯示光路色彩都成為了學生認知重要的“物料”,鮮明的色彩對比,完整的光路傳播,助力于學生對“分解”內涵的理解.

情境：教學情境創設要“有事”.情境創設重在過程,尋關系、辨真偽、析本質是設計要點,以此提升學生分析能力,逐步獲取多個知識或關聯性知識.情境創設源于生活而高于生活,基于實驗而創新實驗,掌握知識而應用知識,人與物的交互關系增強,其探究性、系統性更強,情境創設呈現多點結構、關聯結構,學生不易直接發現并解決問題,經歷體驗過程逐步獲取知識或知識體系,如圖3所示.

圖3 “情境”創設路徑

教學片段：通過對比學生小組和教師演示“光的色散”實驗現象,發現三棱鏡與光屏之間的距離適當拉長有助于對光的色彩的觀察,引導學生對光的路徑的分析,引發“對其中一種色光是否能色散”的猜想.然后,利用狹縫可獲取其中一個單色光,然后在狹縫和光屏之間放置第2個三棱鏡,發現單色光經過三棱鏡后有偏折,但色彩沒有變化,如圖4所示,從而說明：單色光不能發生色散.教學并沒有止步于光的色散實驗,通過對實驗的反思獲得新的問題,創設新的實驗情境,得出對單色光的研究,引導學生進一步辨析光的色散現象：白光可以分解成多種色光,而其中一種色光無法分解.

圖4 “單色光無法分解”實驗現象

意境：教學情境創設要“有可能”.意境創設重在延伸,可想象、可創造是設計要點,以此提升學生思維能力,增加持續思考過程,獲得多個知識體系.意境創設側重人對物的再創造和意義建構,以人的理性認識為主,教學路徑開放多元,學生需主動尋找認知邏輯,將不斷明確問題并解決問題,從而獲得更為綜合的知識,如圖5所示.

教學片段：教師利用軟性平面鏡將來自三棱鏡的多種色光投射到天花板,平面鏡凸起的同時可以觀察到更為清晰的色光分布情況,引發學生猜想并設計實驗：平面鏡反向凹下時是否可以獲得白光.此過程中,學生從不同角度觀察光的色散,利用逆向思維實現對光的合成的了解,從而建立白光是由多種色光組成的,如圖6所示.從實驗原理來看,利用軟性平面鏡將多種色光組合成白光,相比較三棱鏡合成白光的做法更為科學;從操作過程來看,由于在動態變化中呈現對光的色彩變化,學生更易感知白光;從認知角度來看,學生建立在觀察、分析的基礎上,有助于學生運用光路建構模型,實現創造性的想象與思考,有助于高階思維的達成;從知識維度來看,學生運用光的色散、光的反射等知識進行綜合分析,可從不同角度來解決物理問題.

圖6 “用軟性平面鏡進行光的分解與合成”實驗現象

物境、情境、意境成為教學情境創設的三重境界,推動學生認知思維、科學思維水平發展.三重境界有其明顯的特點和層級,呈現出深度學習的特征,引發思維素養的逐級提升.同時,三者之間相互依存,相互兼容且沒有絕對界限,不同層次的教學情境創設指向學生對知識的意義建構,因而創設過程中要考慮教學目的和學生認知基礎等因素.

3.2 教師有“三觀”

教學情境創設是教師思維的顯性過程,是對學生學會思維過程的具體化指引.教師能夠從思維邏輯鏈中找到邏輯起點,帶領學生經歷思維過程、掌握思維技術、打開思維格局、培育思維素養.教師應具備思維觀來展開教學設計,實施有效思維教學.

系統思維觀：情境創設要關注全體學生的全面素養的提升.要改變知識零散、碎片化的問題,改變唯分數、唯知識等的現象,創設教學情境中系統思維觀要關注更加上位的目標設定.其中,大觀念、大單元教學立足學科知識系統,有助于形成學生的科學觀念,相比傳統的課時教學,教學目標更加上位,情境創設更有導向性,實現學生能力素養的持續發展.大任務、大項目教學立足實踐系統,或是學科知識融合,或是跨學科知識融合,強調知識的綜合運用.相比較傳統課時教學,教學內容更加多元,情境創設更具內涵,在大情境統領下,需要分解成多個關聯的小情境,有助于問題解決過程中實現知識體系建構.

生態思維觀：情境創設要關注學生學習共同體的建設.人類根植于生態系統中的觀念愈發深入人心,教育融于世界生態系統中的意識日益增強,個體置于群體生態中的發展更加凸顯.布倫特等人的情境認知理論提出,學習成果不僅取決于課程內容,還受到學生的認知、情感、動機、文化等方面的情境因素的影響.布魯斯等人先后提出情境管理理論,強調教師對各種情境因素有效管理.瑞典教授馬尤飛等人建立現象圖式學,提出教學情境變異理論,強調教師應調整教學情境.可見,有效的情境創設要關注并運用群體、環境、氛圍等因素對個體認知的影響,也要處理好教學中對情境的預設和生成的關系,從而發揮學習共同體的積極作用.

發展思維觀：情境創設要關注學生發展指向未來的需求.每一個教師在上課時,不要只看到教了什么樣的知識,而是要在課堂上看見未來學生的樣子.學會學習,是要能夠解決實際問題的,有效開展學科實踐是重要途徑.物理教學應重視真實情境的創設,身體力行地體驗,經歷問題解決的過程,從而獲得學習成就體驗和解決問題的能力.學會思維是要從問題解決開展的,綜合性學習是必然的.初中物理教學應重視真實情境中原始問題的發現,簡約、單一性問題的提出,有序、有法地解決問題,達成處理復雜化、多樣性的綜合問題的經驗積累.