試論物理課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計

段玉文

（上海市嘉定區(qū)第二中學(xué)，上海 201802）

所謂“結(jié)構(gòu)”是事物內(nèi)部各要素的組合和結(jié)合方式，其核心是各要素間的邏輯關(guān)系.瑞士著名教育心理學(xué)家皮亞杰在《結(jié)構(gòu)主義》一書中深刻地指出：“結(jié)構(gòu)是一個整體、一個系統(tǒng)、一個幾何、一個心理整體.”課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)應(yīng)是知識的邏輯結(jié)構(gòu)、學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)、教學(xué)的時空結(jié)構(gòu)等的集合，是一個綜合體.課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)不僅是規(guī)定時空中的教學(xué)活動的各個環(huán)節(jié)或步驟的具體排列，而且是教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)原則、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等在課堂中的直接體現(xiàn).物理教學(xué)應(yīng)當(dāng)重視教學(xué)結(jié)構(gòu)的設(shè)計，幫助學(xué)生從多個視角、多個維度、多個層次理解物理知識，不斷豐盈學(xué)生的知識表象，讓學(xué)生建構(gòu)起知識內(nèi)外的多重關(guān)聯(lián)，從而促進學(xué)生知識結(jié)構(gòu)、認(rèn)識結(jié)構(gòu)和認(rèn)知結(jié)構(gòu)的不斷完善和發(fā)展.

1 教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)符合知識內(nèi)在的邏輯結(jié)構(gòu)

教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)符合知識內(nèi)在的邏輯結(jié)構(gòu)，實質(zhì)就是在頭腦中明確知識間的邏輯關(guān)系（上位關(guān)系、下位關(guān)系、并列關(guān)系、結(jié)合關(guān)系），將知識按其邏輯關(guān)系組合起來，構(gòu)筑成一定的知識體系.知識內(nèi)在的邏輯結(jié)構(gòu)反映了各知識點之間的關(guān)系，客觀上為我們的教學(xué)順序安排提供了依據(jù).明確清晰的知識內(nèi)在的邏輯結(jié)構(gòu)不僅可使知識體系完整、系統(tǒng)，使知識點之間的層次關(guān)系更為直觀，而且也能較容易地鑒別出重難點的內(nèi)容，為確定教學(xué)策略、安排教學(xué)活動打下良好的基礎(chǔ).

物理知識是結(jié)構(gòu)性的，物理知識在教材中的存在樣態(tài)也是結(jié)構(gòu)性的.當(dāng)然，物理知識的結(jié)構(gòu)性與物理知識在教材中的結(jié)構(gòu)性存在樣態(tài)不是完全匹配的.由于物理教材是教師進行物理教學(xué)的直接載體，因而對物理知識的結(jié)構(gòu)性解讀就落實在對物理教材的結(jié)構(gòu)性解讀上.解讀教材結(jié)構(gòu)，要基于學(xué)生立場，讀懂教材的編寫意圖、內(nèi)涵、旨趣，讀懂教材中的知識的形成過程、知識的產(chǎn)生方式，讀懂教材中知識彼此之間的關(guān)聯(lián).

解讀教材結(jié)構(gòu)一般分為3個層面，首先是教材中最為直觀的物理知識結(jié)構(gòu)，其次是教材中的物理方法結(jié)構(gòu)，再次是教材中的物理思想結(jié)構(gòu).對物理教材中的知識結(jié)構(gòu)解讀分為兩個維度：其一是縱向的知識結(jié)構(gòu)解讀維度，主要解讀知識的內(nèi)在發(fā)展脈絡(luò)、知識的前世今生；其二是橫向的知識結(jié)構(gòu)解讀維度，主要解讀物理知識之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián).

以“2019年人教版《物理》必修一第3章相互作用——力”為例.

教材編排順序是：1.重力與彈力，2.摩擦力，3.牛頓第三定律，4.力的合成和分解，5.共點力的平衡.

基于單元視角的結(jié)構(gòu)是：“力的概念”“幾種常見的性質(zhì)的力”“關(guān)系”“特性”“應(yīng)用”.

其縱向結(jié)構(gòu)特征是：“觀念中認(rèn)識力”——“實例中認(rèn)識力”——“關(guān)系中認(rèn)識力”——“規(guī)律中認(rèn)識力”——“操作中認(rèn)識力”.

其橫向結(jié)構(gòu)特征是：力的認(rèn)識是力的平衡綜合應(yīng)用的教學(xué)基礎(chǔ)，同時也是學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)牛頓運動定律、功和功率等的基礎(chǔ).牛頓第三定律在人教版新教材被提前放在“相互作用——力”這一章里，有利于學(xué)生系統(tǒng)全面地認(rèn)識力，形成完整的知識內(nèi)在邏輯結(jié)構(gòu).

解讀教材中的知識結(jié)構(gòu)，可以立足于學(xué)生視角這樣思考：知識是怎樣產(chǎn)生的？本知識點與之前、之后的知識點有怎樣的關(guān)聯(lián)，發(fā)揮著怎樣的作用？怎樣去設(shè)計有結(jié)構(gòu)的教學(xué)？……

2 教學(xué)情境創(chuàng)設(shè)契合學(xué)生已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)

教科書上的知識內(nèi)容是對現(xiàn)實生活的抽象和提煉，設(shè)計教學(xué)情境則是要還原知識的背景，恢復(fù)其原來的生動性、豐富性，為學(xué)習(xí)者提供完整真實的問題背景.這樣的背景有助于學(xué)習(xí)者產(chǎn)生學(xué)習(xí)的需要，有助于促進學(xué)習(xí)共同體中成員間的合作學(xué)習(xí)，有助于驅(qū)動學(xué)習(xí)者進行自主學(xué)習(xí)，從而達到主動建構(gòu)知識意義的目的.

教學(xué)情境創(chuàng)設(shè)契合學(xué)生已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，一是構(gòu)建學(xué)習(xí)任務(wù)與學(xué)生經(jīng)驗產(chǎn)生有意義的聯(lián)系，二是促進知識、技能和經(jīng)驗之間產(chǎn)生連接，從而促進學(xué)生有效地尋求、識別、評價和使用信息.情境是主題的“背景”事件，通過這種“背景”事件，學(xué)生能更好地理解活動主題的含義，引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性.設(shè)計教學(xué)情境，使相關(guān)的內(nèi)容顯示出不同尋?；蛄钊梭@奇的現(xiàn)象，情境要與所要學(xué)習(xí)的科學(xué)概念或原理緊密相聯(lián)，形成激發(fā)學(xué)生思考的問題，為學(xué)生開展進一步的探究作好鋪墊.

例如，在“力的合成”課堂教學(xué)中設(shè)計如下情境.

黑板上有一個物體用一只彈簧秤豎直懸掛，另一個物體（與前一物體等重）用兩只彈簧秤互成角度懸掛（兩物體已用不透明硬紙板遮?。?根據(jù)彈簧秤的示數(shù)，你能猜測這兩個物體誰重嗎？另一個物體的重等于兩只彈簧秤示數(shù)之和嗎？

這節(jié)課教學(xué)關(guān)鍵之一是：力的合成“代數(shù)和”的運算在部分學(xué)生頭腦中已成定勢，如何突破？等效思想怎樣建立？等效替代怎樣表現(xiàn)？

教學(xué)中突破這一個關(guān)鍵的方法是：從“猜測物體誰重”情境入手，形成思維沖突，突破學(xué)生力的合成“代數(shù)和”運算的思維定勢.結(jié)合“曹沖稱象”的故事等，激起興趣，感悟等效思想；通過提水桶等實例，觀看flash動畫，提出“共點力”、“合力和分力”、“力的合成”的概念.從而明確了教學(xué)任務(wù)，化解了教學(xué)疑難.

教學(xué)情境創(chuàng)設(shè)的功效在于情境的轉(zhuǎn)化，立足于學(xué)生已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)可以這樣思考，是否能把情境中的一段經(jīng)歷轉(zhuǎn)化為一個物理探究過程？是否能把情境的故事情節(jié)轉(zhuǎn)化為某種物理現(xiàn)象？是否能把描述情境的文字轉(zhuǎn)化為物理表述？是否能把情境中需要完成的工作轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的物理問題？能不能把問題中的實際情境轉(zhuǎn)化為解決問題的物理情境，建立相應(yīng)的物理模型，這是應(yīng)用物理觀念思考問題、應(yīng)用物理知識分析解決問題的關(guān)鍵.在物理教學(xué)中，要讓學(xué)生獲得在實際情境中解決物理問題的大量經(jīng)驗，形成把情境與知識相關(guān)聯(lián)的意識.

3 教學(xué)事件設(shè)計貼合教學(xué)系統(tǒng)的時空結(jié)構(gòu)

物理教學(xué)過程是由一系列按時間順序發(fā)生的教學(xué)活動構(gòu)成的.教學(xué)藝術(shù)的一個重要表現(xiàn)，在于把一項復(fù)雜的教學(xué)任務(wù)轉(zhuǎn)化為一些分立的、并按某種順序排列的教學(xué)階段，其中的每一個階段都有具體的教學(xué)任務(wù)，它們有不同的類型，屬于不同的層次，要求不同的教學(xué)方式或條件.完成每一項教學(xué)任務(wù)的教學(xué)活動是教學(xué)過程中的一個階段，每一個教學(xué)階段都包含一些相互鏈接的程序或步驟.把完成一項具體的教學(xué)任務(wù)的教學(xué)活動作為一個教學(xué)階段，每個教學(xué)階段有其開端和結(jié)尾，運用合適的教學(xué)方法，經(jīng)歷一定的時間，達到預(yù)期的教學(xué)效果，這就構(gòu)成了一個教學(xué)事件.教學(xué)事件包含一些教學(xué)活動，教學(xué)步驟的組織和安排是為了達成預(yù)期的教學(xué)效果.

加涅在《教學(xué)設(shè)計原理》中稱教學(xué)可以看成是經(jīng)過有意識安排的、旨在支持內(nèi)部學(xué)習(xí)過程的一套外部事件.我們把支持內(nèi)部學(xué)習(xí)過程的一套外部事件稱之為教學(xué)事件.物理教學(xué)事件就是在物理教學(xué)中，經(jīng)過物理教師有意識安排的，旨在支持學(xué)生內(nèi)部學(xué)習(xí)過程，促進學(xué)習(xí)任務(wù)完成的每一個教學(xué)步驟.教學(xué)事件是教學(xué)過程中承載教學(xué)內(nèi)容，實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，落實教學(xué)思想的具體單元.對教學(xué)事件而言，教學(xué)環(huán)節(jié)是教學(xué)事件的過程性要素，教學(xué)資源是教學(xué)事件的內(nèi)容要素，教學(xué)行為就是教學(xué)事件的外在表現(xiàn).

教學(xué)事件設(shè)計貼合教學(xué)系統(tǒng)的時空結(jié)構(gòu)，是能夠吸引學(xué)生參與，調(diào)動學(xué)生積極性的任務(wù)，是符合課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，能夠合理地融入其中的知識與技能的任務(wù).通過它，可以發(fā)展學(xué)生的高階思維，使每個學(xué)生都能感受到自己的成就.構(gòu)建活動任務(wù)時，應(yīng)充分考慮如下幾個方面.

（1）在教學(xué)目標(biāo)分析的基礎(chǔ)之上提出一系列的問題，這些問題可分為主問題和多層次的子問題.

（2）學(xué)習(xí)任務(wù)要涵蓋教學(xué)目標(biāo)所定義的知識，盡量復(fù)雜一些，不能過于簡單.

（3）設(shè)計學(xué)習(xí)任務(wù)要符合學(xué)習(xí)者的特征，不能超越學(xué)習(xí)者的知識能力太多.

（4）問題的設(shè)計適當(dāng)開放一些.不要期望學(xué)生一定就能給出完美的答案，而重在鼓勵學(xué)生參與.

例如“萬有引力定律”，從教學(xué)系統(tǒng)的時空結(jié)構(gòu)視角設(shè)計的教學(xué)事件，體現(xiàn)以下特點.

（1）以情境激發(fā)情感，教學(xué)“溫度”好.從“萬戶飛天”“翟志剛太空出艙”到“站在巨人的肩上”，借著萬有引力定律探尋之路，給學(xué)生面前打開一扇窗口，借此引發(fā)學(xué)生探索宇宙奧秘的興趣，吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，提出問題.緊接著讓學(xué)生根據(jù)自己的體驗展開猜想，互相交流，并與科學(xué)家的猜想作對比，增強他們的信心.再對牛頓的猜想進行分析，并將此猜想進一步大膽推廣，認(rèn)為宇宙間任何兩個物體之間都存在引力，發(fā)揮學(xué)生的想象力，注重對學(xué)生進行情感教育.

（2）以問題啟發(fā)思維，教學(xué)“密度”高.從“第谷天文觀測資料”“開普勒三大定律”到“牛頓的理論推導(dǎo)及月地檢驗”，以物理學(xué)史為主線，讓學(xué)生以科學(xué)家的角度分析、思考問題.讓學(xué)生的思維經(jīng)歷萬有引力“發(fā)現(xiàn)”的過程，認(rèn)識到科學(xué)規(guī)律的得出需要大膽的設(shè)想和推廣，體味了科學(xué)的本質(zhì).

（3）在討論中提升認(rèn)識，教學(xué)“深度”大.從“宇宙觀”“微小量放大思想”“物理模型”到“猜想、推理、驗證”，介紹海王星的發(fā)現(xiàn)過程，應(yīng)用萬有引力定律分析解決有關(guān)問題，讓學(xué)生在體驗中領(lǐng)悟科學(xué)的真諦，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究方法和科學(xué)探究意識.

教學(xué)事件設(shè)計的重點應(yīng)放在引導(dǎo)學(xué)生參與學(xué)習(xí)過程上，對學(xué)生在獲取知識、方法的過程中可能出現(xiàn)的問題、困難要有充分的估計和對策.課堂教學(xué)要保證學(xué)生有充分的活動時間和空間，設(shè)計哪些學(xué)生活動？哪些地方由學(xué)生動手體驗？哪些地方讓學(xué)生討論？用怎樣的方式能吸引學(xué)生更主動地參與和思考？這些都要給予充分的考慮并落實.

綜上所述，在教學(xué)結(jié)構(gòu)整體設(shè)計上，教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)情境和教學(xué)事件三者是彼此關(guān)聯(lián)、相互融合、相互促進的.教學(xué)內(nèi)容的分析是為了將結(jié)構(gòu)化的內(nèi)容融入活動情境中，使得結(jié)構(gòu)化的內(nèi)容猶如“鋼架”支撐起房屋一樣，支撐起學(xué)習(xí)活動.同時，學(xué)習(xí)內(nèi)容結(jié)構(gòu)的分析也是為了安排適合學(xué)生學(xué)習(xí)的活動任務(wù)，創(chuàng)設(shè)有趣的活動情境.而脫離學(xué)習(xí)情境的內(nèi)容結(jié)構(gòu)猶如失去營養(yǎng)的種子，很難發(fā)芽、開花和結(jié)果.教學(xué)事件是教學(xué)設(shè)計的基本單元，是在分析教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境的前提下，把課程所提供的知識內(nèi)容和結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)化為另一種按時間順序排列的學(xué)習(xí)過程結(jié)構(gòu)，以使學(xué)生成功地從一個階段進入下一個階段，最后完成預(yù)期的教學(xué)任務(wù).如果把每一個階段作為一個教學(xué)事件，依據(jù)知識的邏輯結(jié)構(gòu)、學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)、教學(xué)的時空結(jié)構(gòu)，精心設(shè)計，形成教學(xué)方案，就可以達到物理課堂教學(xué)設(shè)計最優(yōu)化的目的.