以大概念的理念引領(lǐng)高中物理教學

摘 要：本文運用大概念的理念反思當下的高中物理教學，探究大概念的理念引領(lǐng)高中物理教學的實踐意義，利用大概念的理念促進教學相長，以期解決高中物理教學所面臨的問題。

關(guān)鍵詞：大概念；新課程；物理教學

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2017）2-0010-4

當下，高中物理教學與研究，基本上還是教學經(jīng)驗的歸納和提升，既缺乏先進教育思想的引領(lǐng)，又缺乏系統(tǒng)性實證化的探究與踐行。

大概念的教育理念基于認知心理學研究成果與最新進展，運用整體思維“牽一發(fā)而動全身”，能有效落實新課程的教學理念。

1 大概念的教學理念

《科學教育的原則和大概念》一書由英國科學教育界專家哈倫女士（Whnne Hailen）執(zhí)筆，多國科學家和教育專家參與編寫。該書自英文版出版五年來，被譯成了法文、中文、西班牙文等多個版本，在國際科學教育界受到了廣泛的重視和歡迎。書中所論及的科學教育原則和大概念，得到了不同國家基礎(chǔ)教育研究者和標準制定者的認同。2014年9 月，由哈倫女士召集的同一組專家重新聚集，研討因需求而再版該書的問題。后以《以大概念的理念進行科學教育》（以下簡稱《大概念》）一書出版?！洞蟾拍睢芬粫艿铰?lián)合國教文組織和IAP的強烈推薦，已有多個文字版本正式出版。

《大概念》一書的參與者和中文翻譯者韋鈺教授更是明確指出：科學大概念是有組織、有結(jié)構(gòu)的科學知識和模型；基礎(chǔ)教育階段學科教育的學習內(nèi)容應該少一點，但深一點，教師應該把學習組織為趨向于大概念的、連續(xù)的、有聯(lián)系的學習進程[1]。

大概念的理念告訴我們，高中物理不能只給學生講授一些零碎的、不連續(xù)的知識片段和拼湊堆積在一起的物理概念和規(guī)律，而是需要引導學生圍繞涉及高中物理領(lǐng)域中有結(jié)構(gòu)、有聯(lián)系的物理核心概念、規(guī)律和模型——大概念來進行學習[2]。科學家彭加萊曾經(jīng)說過：科學是基于事實之上的，就好像房子是由磚石沙子來砌成的一樣。但是，一些事實的堆積并不是科學，就像堆在一起的一堆磚石并不是房子一樣。因此，高中物理新課程應基于課程標準，幫助學生學習有組織、有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)物理知識和模型，建構(gòu)物理學科的認知結(jié)構(gòu)，提升學生物理學科的核心素養(yǎng)，他們能夠解釋較大范圍內(nèi)的一系列相關(guān)的物理現(xiàn)象。

反思與審視當下的物理教學，物理同行也嘗試著把學習的主動權(quán)交給學生。比如把課堂還給學生，編制導學案，引導學生自學、小組合作學習等，也包括用微課、翻轉(zhuǎn)課堂以及幕課等。所有這些舉措確實給高中物理課堂帶來了不少生機。但隨著時間的推移，學生的學習興趣難以維持，積極性遞減，大多數(shù)老師的積極性也不高。

究其原因，主要是因為我們的努力并未使學生的學習發(fā)生實質(zhì)性變化，大多數(shù)學生的物理學習基本還是線性化、碎片化以及功利化；對物理學科的核心概念和認知結(jié)構(gòu)缺乏意義感和心理期待，沒有整體領(lǐng)悟和把握高中物理的大概念。學生的學習動力主要來自于家長、老師以及同伴之間的互比等，缺乏真正的內(nèi)在自覺，解決問題缺乏深入思考，只想獲得正確答案，不問過程。能就事論事就已經(jīng)不錯了。

運用大概念的教育理念，就是要通過觸及高中物理的核心知識，給學生創(chuàng)造機會，讓其登高眺遠，俯瞰全貌。對于何處有溝壑，何處有山峰，何處需要集中火力有一定的概略感知，讓學生感悟所學內(nèi)容的意義和價值。在相對集中的一段時間內(nèi)（如某個單元或某一節(jié)課學習）圍繞某個主題或問題，學生追根溯源進行學習與探究，獲取高中物理的大概念。

2 以大概念的理念引領(lǐng)物理教學

筆者以大概念的理念引領(lǐng)高中物理教學，收效良好。

2.1 引領(lǐng)新課程

以高中物理力學部分為例，以大概念的理念引領(lǐng)教學，就能幫助學生經(jīng)歷“運動和力”的問題研究過程，又能感悟“運動和力”問題的研究方法，還促進培養(yǎng)學生力學的核心素養(yǎng)。

進行人教版必修一第四章《牛頓運動定律》的教學時，首先通過導學案，啟發(fā)學生感悟騎自行車的經(jīng)歷（起動、勻速前進、剎車、轉(zhuǎn)彎），增加學生對機械運動的認識。同時，要求學生回家坐公交車或坐私家車時，親身體驗并觀察身邊的機械運動。再讓學生回想坐飛機時，滑行、起飛、空中飛行、下降甚至遇到氣流時的顛簸等，并解釋其中的原因。課堂教學時，學生匯報，充分展現(xiàn)“力與運動”的前概念。

這里，學生感知機械運動，分析歸納整理問題，都與 “運動和力的關(guān)系”的大概念密切相關(guān)。有“運動和力的關(guān)系”的概念引領(lǐng)，學生分析牛頓第一定律能解決哪些問題，不能解決哪些問題。定性分析與定量研究相結(jié)合，學生探究牛頓第二定律。這樣，學生既很快建立了“運動和力”的認知結(jié)構(gòu)，也經(jīng)歷與感悟了過程與方法。而且很快突破了超重、失重和單位制等問題。當然，大概念引領(lǐng)教學，并不是一定要從“大”出發(fā)，也可以從特殊到一般，從簡單到復雜。有些情況下，恰恰是從“小”例子開始。這些例子可以是一個生活實例、一項課題、一段科學史實等。

以大概念引領(lǐng)高中物理教學，既可以在一個章節(jié)、一個單元中實施，也可以在學習一部分物理知識時實施，還可在一節(jié)課中實施。筆者在“反沖運動”一節(jié)課中，就以大概念引領(lǐng)教學。

（1）圍繞“反沖運動”進行展示：①播放學生制作與發(fā)射水火箭的視頻；②讓學生觀察吹氣球時出現(xiàn)的反沖現(xiàn)象、講述小蝴蝶飛越崇山峻嶺等；③視頻播放神九發(fā)射過程（學生提供）；④學生歸納上述現(xiàn)象的特征并定義反沖運動。學生的展示活動還包括兩個例題講評與拓展。

（2）引領(lǐng)學生從力、動量、能量等維度認識與分析。具體內(nèi)容有：①反沖運動中，物體間的作用力有什么特點？如何區(qū)分內(nèi)力與外力？②試用牛頓定律分析反沖運動；③單個物體與物體系統(tǒng)為對象①②有什么不同；④試用動量的觀點分析反沖運動（留白）（一般滿足合外力為零或者內(nèi)力遠大于外力）；⑤試用能量的觀點分析反沖運動。

這兩個環(huán)節(jié)中在科學的大概念理念引領(lǐng)下，恰當運用“留白”，延遲判斷、引伸、質(zhì)疑和暗示、點撥等，有效促進教學的深入進行。這節(jié)課圍繞“反沖運動”的大概念，始于活動，讓學生在做中學，學中做，充分發(fā)揮學生的主體作用。

2.2 引領(lǐng)物理學習方法與感悟物理過程

以大概念的理念引領(lǐng)高中物理教學，就學習方法與感悟物理過程而言，強調(diào)整個高中階段物理學習過程是不可分割的，是趨于整體新課程教學目標不斷上升的建構(gòu)過程[3]。教師應放得開，特別是對探究性學習。教師應允許學生出錯或得不到預想的結(jié)果，甚至完不成“任務(wù)”，注重培育學生敢想、敢說、敢質(zhì)疑的科學精神與實事求是的科學態(tài)度，特別是敢動手。同時，應注重用先進的學習方法滋養(yǎng)學生。當下，應使學生逐步熟悉并掌握研究性學習方法等。

“反沖運動”這節(jié)課，開展的探究性學習主要有：

（1）小制作引領(lǐng)觀察與探究：用透明膠帶將兩段彎成直角的吸管固定在一個漏斗上，兩個導管噴水時，漏斗旋轉(zhuǎn)起來。如圖1所示，學習小組的幾個同學，通過調(diào)節(jié)平衡，裝水、釋放，觀察、記錄現(xiàn)象等合作就能看到水與漏斗向不同方向的反沖運動。（留白）思考并探究：反擊式水輪機的工作原理。

（2）實驗操作與探究：在玻璃板上放一輛小車，小車上用透明膠帶粘住帶橡皮塞的玻璃管，如圖2所示，先在管中裝入一定量的水，用酒精燈加熱，觀察當水蒸氣推出橡皮塞，小車的運動情況。這里要說的是，實驗中加熱水產(chǎn)生水蒸氣推開橡皮塞，小車做反沖運動。但在具體的實驗操作中，加熱水時間長，而且小車做反沖運動效果不明顯。部分學生當場提議用酒精代替水，筆者當即予以采納，只是提醒他們注意安全的前提下，大膽去做這個實驗，結(jié)果是：采用加熱酒精，橡皮塞沖出的時間大為縮短，且小車反沖現(xiàn)象非常明顯。筆者對這個案例給予充分肯定和表揚，教學反思作為亮點記下來，以后做這個實驗時就選用水或酒精，讓學生進行對比實驗。

（3）自行設(shè)計引領(lǐng)探究：“反沖運動”這節(jié)課筆者安排了這樣一個環(huán)節(jié)，完全讓學生自主探究。

一是讓學生準備器材，包括：①玩具回力車等；②三合板條、五合板條，還在三個并排米尺的兩端用橡皮筋固定；③幾支鉛筆或圓型水彩筆。

二是讓學生操作或者改進實驗（包括減小誤差等），比如：學生用鉛筆滾動來減小摩擦；做第二個實驗時，考慮到安全因素，學生用一個紙板擋住噴出的橡皮塞，這讓人眼前一亮。

三是部分學生設(shè)計用玩具車，三個米尺并排（用橡皮筋在兩端適當固定）當木板用，讀出位移，來定量驗證動量守恒定律等。

在這個環(huán)節(jié)中，筆者并沒有事先給出條文和規(guī)范，而是給他們創(chuàng)造相對自由的環(huán)境。

這節(jié)課學生“做”就是最好地圍繞大概念的學習。學生“先學后做”與“先做后學”，相輔相成?！跋葘W后做”中的學，是意會、領(lǐng)會，是對反沖運動的初級階段的感知，與“先做后學”相得益彰，是對反沖運動認識的系統(tǒng)化、理論化、體系化，是建構(gòu)認知結(jié)構(gòu)的必要條件。

大概念的理念引領(lǐng)高中物理新課程，不單是只對探究式教學而言。不論是什么教學方式，有大概念的教學理念引領(lǐng)，師生就能全身心地投入對所研究問題的整體化結(jié)構(gòu)認識。師生在真實、復雜、蘊含問題的科學大概念學習情境過程中，教學中的許多信息、問題和想法會接踵而來。

3 大概念教學理念促進教師專業(yè)成長

以大概念的教學理念引領(lǐng)高中物理教學，還能促進教學相長，激活教師專業(yè)提升的內(nèi)力，提升教師的教學智慧。

（1）促進教師更新教學理念，進行實證研究與踐行，提升終點思維和認知結(jié)構(gòu)。同時，引領(lǐng)物理教師加強物理專業(yè)理論與教育理論修養(yǎng)，以全新的視角審視與評價物理教育教學，使物理教師對教學問題的處理和認識能以最終結(jié)果作為思考的開始。在思考一個重要問題或做出重要結(jié)論時，從整體思維與科學大概念出發(fā)，先統(tǒng)盤考慮教育教學中的問題，去粗取精，去偽存真，確定真正要解決的問題，思索所有相關(guān)因素并制定科學的研究方略。

（2）促進教師專業(yè)提升。以大概念的理念引領(lǐng)教學，需要教師“居高臨下”，具有一定的視野與把控全局的能力。需要教師從課程標準出發(fā)，準確把握教學的科學性與藝術(shù)性，抓住教學內(nèi)容的線索和靈魂，以“根本、簡單、開放”的原則把教學內(nèi)容轉(zhuǎn)化為大概念、大問題，實現(xiàn)教學的科學化，盡可能使學生不誤入歧途。

（3）促進教師具有強烈的生本意識，以學生為本，高度相信和尊重學生，尊重學生的主體意識，充分依靠學生的原有經(jīng)驗和潛能，激發(fā)學習活力，促進教師提高教學智慧。比如：單元學習設(shè)計時，可能“留白”等辦法能給學生思維的發(fā)展預留更多的空間和時間。

（4）促進教師進行教學研究，特別是研究性學習。不只是在課堂，也會拓寬到課前與課后。這是由于大概念的引領(lǐng)，教學中的問題會越來越多，包括專業(yè)提升與教育實踐方面的問題。

其次，是來自學生的問題豐富多彩，特別是當學生對同一問題提出多種或不同見解時，教師可能沒有想到或者根本想不到，這也能夠直接促進教師的專業(yè)提升。學生提出的問題可能跨進度，甚至跨學科，也可能涉及科技前沿等，超出教師的預案。這一方面要求我們提高駕馭能力或掌控能力，同時也要求我們不斷提高自己的專業(yè)知識水平和教學能力。

綜上所述，以大概念的理念引領(lǐng)高中物理新課程的教學實施，既為我們的教學帶來了生機與希望，也給我們提出了挑戰(zhàn)。只要我們不斷進行實證研究和探索，不但能提高學生的物理學科的核心素養(yǎng)，也能促進教師的專業(yè)成長。

參考文獻：

[1]韋鈺.以大概念的理念進行科學教育[J]. 人民教育， 2016（1）：41-45.

[2]韋鈺. 以大概念的理念進行科學教育[J]. 人民教育， 2016（1）：41-45.

[3]Wyunne Harlen，等.韋鈺，譯.科學教育的原則和大概念[M].北京：科學普及出版社，2011：23.

[4]權(quán)廣仁. 高三物理復習課的例題選擇與設(shè)計[J]. 物理教學，2016（2）：9-11.

（欄目編輯 趙保鋼）