物理知識建構(gòu)與教學設(shè)計

1、物理知識建構(gòu)與教學設(shè)計摘要：本文以建構(gòu)主義教學觀為指導，提出物理知識建 構(gòu)的基本方式，以及物理知識建構(gòu)的教學設(shè)計要點。關(guān)鍵詞：建構(gòu)主義；物理知識建構(gòu)；活動方式；教學設(shè) 計。物理教學是科學過程在教學上的一種特殊形式，如何在 建構(gòu)物理知識的同時，發(fā)展學生的探究能力，改變傳統(tǒng)物理 課重理論、輕實踐，重動腦、輕動手，重知識、輕能力的教 學局面，是當前物理教學改革的一個重要方向。本文試圖以 建構(gòu)主義教學觀為指導，來探討的一些理論與實際問題。一、建構(gòu)主義教學觀當代建構(gòu)主義是在充分吸收認知心理學關(guān)于信息加工 研究成果的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。辯證的建構(gòu)主義認為，學習 是學習者自己建構(gòu)知識經(jīng)驗的過程，是通過新信息與

2、學習者 原有知識經(jīng)驗的雙向的相互作用而實現(xiàn)的。學習應該通過學 習者自己積極的高水平的思維活動而達成的。教學不僅要求 信息被適當?shù)爻尸F(xiàn)，而且關(guān)鍵在于如何激發(fā)學生的相關(guān)原有 知識經(jīng)驗，促進新、舊知識經(jīng)驗的相互作用，使新知識在原 有經(jīng)驗的基礎(chǔ)上“生長”起來。概括地說，建構(gòu)主義教學觀認為，學習包含主體、建構(gòu) 環(huán)境、建構(gòu)素材、知識生長點、建構(gòu)方式等五個方面。主體是指先前已具有一定的認知結(jié)構(gòu)和慣用的認知圖式的學習 者。建構(gòu)環(huán)境包括學習者學習時所處的內(nèi)外環(huán)境，內(nèi)環(huán)境主 要指學習者的心態(tài)，建構(gòu)主義特別強調(diào)積極的心態(tài)；外環(huán)境 為物理環(huán)境、人際環(huán)境以及它們內(nèi)部和相互間的作用，教材 等媒體屬于物理環(huán)境，教師和同學屬

3、于人際環(huán)境。建構(gòu)素材 主要有：直接信息，能夠直接感覺刺激的現(xiàn)實信息，如實驗 或活動中器具；間接信息，如教師語言或教材描述喚起的表 象，及多媒體展現(xiàn)的綜合信息；符號或概念信息，是指構(gòu)建 某一學科的符號或它們的關(guān)系式。知識生長點指學習者原有 的表象和知識基礎(chǔ)。建構(gòu)方式，包括學習者感知、注意的方 式，信息加工方式，問題解決方式等，有些對于新知識的學 習起促進作用，如已經(jīng)學會的思維方式，有些可能起阻礙作 用，如思維成見或錯誤的前科學概念。針對建構(gòu)素材的不同，有人將學習分為活動性學習、觀察性學習和符號性學習。在 實際的教學中，應將多種信息融合起來，讓學生來建構(gòu)對當 前知識的理解。二、建構(gòu)主義的知識建構(gòu)方

4、式建構(gòu)主義鼻祖皮亞杰的理論體系中一個核心概念是圖 式，圖式是指個體對世界的知覺、理解和思考的方式，圖式 的形成和變化是認知發(fā)展的實質(zhì)。皮亞杰認為，認知發(fā)展是 受三個基本過程的影響的：同化、順應和平衡。同化 在認知發(fā)展理論中，同化是指個體對刺激輸入的過濾或 改變的過程。同化有三種形式：再現(xiàn)性同化，是指當前的刺 激離開眼前時，進行相似性的思維提煉過程；再認性同化， 是指當刺激再次來到眼前時，對照刺激進行相似性的思維提 煉過程；概括性同化，是指把對過去曾經(jīng)感知過的刺激的相 同特征，遷移到新刺激的認知上的過程。個體對知識的同化 建構(gòu)具有累積效應、邏輯生長效應、自我整合效應。順應順應是指有機體調(diào)節(jié)自己內(nèi)

5、部結(jié)構(gòu)以適應特定刺激情 境的過程。當個體遇到不能用原有圖式來同化新的刺激時， 便要對原有圖式加以修改或重建，以適應環(huán)境，這就是順應 的過程。同化和順應相伴而行，沒有同化就不會有順應；沒 有順應形成的新的同化結(jié)構(gòu)，就不會有更高級的同化產(chǎn)生。 個體對知識的順應建構(gòu)起趨勢作用、引導作用。平衡平衡是指個體通過自我調(diào)節(jié)機制使認知發(fā)展從一個平 衡狀態(tài)向另一個較高平衡狀態(tài)過渡的過程。皮亞杰認為，個 體認知圖式是通過同化和順應而不斷發(fā)展，以適應新的環(huán)境 的。就一般而言，個體每當遇到新的刺激，總是試圖用原有 圖式去同化，若獲得成功，便得到暫時的平衡。如果用原有 圖式無法同化環(huán)境刺激，個體便會作出順應，即調(diào)節(jié)原有

6、圖 式或重建新圖式，直至達到認識上的新平衡。平衡不是絕對 停止不動，一種較低水平的平衡狀態(tài)，通過個體與環(huán)境的相 互作用，就會過渡到一種較高水平的平衡。三、物理知識建構(gòu)的基本方式總體上講，物理教學過程屬于科學探究過程。從活動過 程來看，科學探究包含觀察或調(diào)查，提出問題，查閱書刊及 其他信息源以了解別人所做工作情況，設(shè)計實驗或調(diào)研方 案，根據(jù)實驗情況來檢驗、修正方案，或者運用各種手段搜 集、分析和解讀數(shù)據(jù)，提出答案、解釋和預測，進行交流， 共享研究結(jié)果等等。按照特征類型，這些活動可分解為操作 性建構(gòu)、觀察性建構(gòu)、言語性建構(gòu)和研討性建構(gòu)四種基本形 式。1、操作性建構(gòu)，是指以操作實驗來獲得新知識的過程

7、， 表現(xiàn)為操作技能的發(fā)展與動作圖式的形成，可以是個人自主 進行，或者小組合作進行。2、觀察性建構(gòu)，是指通過觀察別人的操作來實現(xiàn)自己對知識建構(gòu)的過程，主要表現(xiàn)為表象 圖式的形成，例如課堂上觀察老師演示實驗、觀看錄象、 動畫等。3、言語性建構(gòu)，是指以語言或文字學習進行的知 識建構(gòu)，表現(xiàn)為為邏輯延展或意義同化與順應，思維技能和 認知圖式的發(fā)展，如聽老師講課，自己閱讀教材，認識物理 量的表示和意義，進行數(shù)學推演，甚至解題等。4、研討性建構(gòu)，也稱為社會性建構(gòu)，是指通過師生之間或同學之間的 某種溝通方式等社會性活動獲得知識的過程，表現(xiàn)為別人對 自己認知的暗示與激勵，暗示包括肯定與否定。例如討論、交流、辯論

8、等在實際物理教學中，上述的基本形式可以單獨進行，也 可組合起來，形成課堂教學過程，來建構(gòu)物理知識，發(fā)展科 學探究能力和培養(yǎng)科學態(tài)度和科學精神。四、物理知識建構(gòu)的教學設(shè)計要點按學生主動性程度劃分，物理教學的開展有三種形式： 教師演示，學生模仿探究；教師引導，學生探究；教師提示 點撥，學生自主探究。這三種形式中，學生探究的主動性、 主體性與創(chuàng)造性程度不相同。物理教學中具體采用哪一種形 式，一方面要看學生的技能、能力水平，另一方面還要看客 觀條件情況。但是不管哪一種探究，都要做好如下設(shè)計工作。摸清基礎(chǔ)，做好認知措施設(shè)計建構(gòu)主義特別強調(diào)新舊知識、經(jīng)驗之間的對接、整合， 實現(xiàn)有效的同化和有準備的順應，達

9、到認知的進步與發(fā)展， 因此，任課教師非常有必要在課前對學生關(guān)于新知識的適應 情況作全面調(diào)研。在傳統(tǒng)教學中，這一點往往被忽視。那么， 究竟作哪些調(diào)研呢？筆者認為，主要有兩方面：一是哪些新 知識可以通過同化進行認知，要調(diào)研學生新舊知識間的差距 或臺階， 是否具有表象基礎(chǔ)、 是否學過類似的方法，數(shù)學知 識是否具備等方面。如由速度概念來建立對加速度的理解，前者表示位置變化的快慢，后者表示速度變化的快慢，這里 方法相同，容易遷移，但后者物理意義更難以理解；磁場概念可以運用電場的表象同化來建立，但要注意它們有區(qū)別 二是哪些知識必須運用順應，這是我們常常所說的難點。一 般地，新舊知識在方法、表述上相差太大的

10、，或者本身無法 被同化時，則要通過順應讓學生接受，如電磁感應現(xiàn)象，初 中是閉合回路的一部分導體“切割磁感線”，高中描述為“穿 過閉合回路的磁通量的變化”，這兩種表述差別較大，需要 順應學習。除了新知識的認知調(diào)查外，問題解決方面的情況 也應作好相應準備。教學環(huán)境及素材設(shè)計教學環(huán)境設(shè)計包括內(nèi)外環(huán)境設(shè)計，內(nèi)環(huán)境是指學生積極 的學習心態(tài)，外環(huán)境包括物理環(huán)境和人際環(huán)境。物理環(huán)境的 設(shè)計已經(jīng)又很多這方面的成果，這里不再多談。人際環(huán)境中 要特別設(shè)計學生和學生合作、 交流和討論活動， 以及教師與 學生之間創(chuàng)建民主氛圍的措施設(shè)計。比如一堂課中哪些環(huán)節(jié) 設(shè)計為小組合作完成任務(wù)，哪些環(huán)節(jié)設(shè)計為集體討論或分組 討論，

11、是否設(shè)計交流探究成果的環(huán)節(jié)，等等。這些環(huán)節(jié)都是 基于人際環(huán)境來開展的。對于民主氛圍設(shè)計的措施，可以從 總體上安排，如教師控制提問幾個問題和多長時間，教師引 導探究為多長時間，學生自主與合作探究多長時間，在課前 都應做好設(shè)計，臨場可以有所調(diào)整， 但不應超過上限時間。對于激發(fā)學生積極心態(tài)的設(shè)計，必須有具體的措施，如明確 新知識的重要性及對于后續(xù)學習甚至個人理想實現(xiàn)的意義， 可以介紹知識在生產(chǎn)生活中的應用、科學人文等，也通過插 播課堂錄象片段或來實現(xiàn)。關(guān)于素材的設(shè)計，主要考慮活動性、觀察性、符號性三 種信息資源的主次分配。物理教學中，操作性信息的獲取要 居于主要地位，觀察性信息的獲取位居其次，然后才

12、是物理 符號性學習。實踐表明，物理實驗在呈現(xiàn)確切信息顯示方面 存在缺陷，可由加以輔助和彌補，能使信息呈現(xiàn)立體化、尺 寸適度具有可觀性。這兩種信息是符號性學習的基礎(chǔ)，設(shè)計 時分清主次，合理安排，應該把三種信息的有關(guān)活動融合起 來。教學目標設(shè)計設(shè)計教學目標要考慮來自兩個方面的要求，一是課題的 內(nèi)容具有的教育教學功能，二是學生在此學習階段的可接受 性；前者反映了目標設(shè)計的內(nèi)容要求，后者反映了目標設(shè)計 的主體要求。就某一課題而言，這兩方面相互作用而可能達 到的認知、技能與能力、態(tài)度等的最近發(fā)展水平都應該成為 課題教學目標。為了讓學生有效地建構(gòu)知識和發(fā)展能力，應 該根據(jù)物理知識特點和學習條件，分辨出課題

13、內(nèi)容的主目標 和次目標，主目標的實現(xiàn)是該課題教學的主要任務(wù)，次目標 可以考慮在完成主目標的基礎(chǔ)上有意識地延展任務(wù)來完成。 例如，在課題的探究教學中，要探究的知識的結(jié)論獲得和探 究能力的發(fā)展這兩個目標一般都是主目標，而培養(yǎng)興趣等目 標可以在引入課題和結(jié)果的運用等環(huán)節(jié)通過激發(fā)好奇心和 動機來達成，通過發(fā)揮學生在探究過程中的首創(chuàng)精神來實現(xiàn) 創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力目標等等。實際上，也有很多情況是完 成主目標的同時也完成了次目標，例如科學態(tài)度的養(yǎng)成與發(fā)展。教學模塊、環(huán)節(jié)設(shè)計一般地說，課堂教學過程是由主目標指導下的若干環(huán)節(jié) 組成，這些環(huán)節(jié)具有特定活動和完成特定功能。為了完成特 定功能，必須設(shè)計每一環(huán)節(jié)活動及其

14、措施。有些環(huán)節(jié)是物理 教學常用的，如實驗操作環(huán)節(jié)，它們一般使用的程序和方法 變化不大，具有較穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，把這樣的環(huán)節(jié)稱為模塊較合 適；還有些環(huán)節(jié)是根據(jù)需要課堂上教師臨時增加的，可以稱 為臨時環(huán)節(jié)。因此，教學設(shè)計可以分為模塊設(shè)計和臨時環(huán)節(jié) 設(shè)計。模塊設(shè)計主要考慮它的功能、程序、所用方法、可能 的難點及措施等，臨時環(huán)節(jié)著重考慮其功能。物理教學中， 模塊通常有課題引入、 實驗設(shè)計、實驗操作、數(shù)據(jù)分析處理、 結(jié)論應用等；臨時環(huán)節(jié)如知識鋪墊性環(huán)節(jié)。在某一堂課中， 該組合哪些模塊和環(huán)節(jié)，各自占用時間多少要根據(jù)具體情況 斷定。一般地，模塊可以主要在課前設(shè)計，臨時環(huán)節(jié)可根據(jù) 需要臨時增加，次數(shù)不宜多，時間不宜

15、長。如高中“電磁感 應現(xiàn)象”的教學設(shè)計， “條形磁鐵插入閉合線圈實驗，及以 通電螺線管代替條形磁鐵的實驗”可設(shè)計為模塊，教師上課時發(fā)現(xiàn)“初中的部分導體切割磁感線實驗”學生忘了，可以 臨時復習這個實驗內(nèi)容和結(jié)果，這就是臨時環(huán)節(jié)。教學思維設(shè)計總體上講，課堂教學思維有發(fā)散思維和輻合思維兩類。 教學主線一般由教師來駕御，以某一問題作為立足點，啟發(fā) 學生思維發(fā)散，同樣以某一結(jié)論的得出作為歸宿，使學生思 維輻合。思維散而不收，則顯得凌亂，缺乏目的性；思維收 而不散，則顯呆板，缺乏靈活性，這些都影響物理知識的有 效構(gòu)建。思維發(fā)散與輻合的這種辨證統(tǒng)一關(guān)系，存在于物理 教學的各個環(huán)節(jié)，教學設(shè)計應予以重視。當然，教學中也存 在分析思維和直覺思維的成分，設(shè)計時也應該關(guān)注。在求異中思維發(fā)散，在目標指引中思維輻合，這是教學 思維設(shè)計的基本原則。物理