指向新知建構(gòu)的高中物理教學(xué)資源開發(fā)

摘 要：新知建構(gòu)是指將獲取的新信息與已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)建立有意義聯(lián)結(jié)，并產(chǎn)生出新的觀點(diǎn)、知識(shí)或者方法的認(rèn)識(shí)活動(dòng).本文基于對(duì)北京某中學(xué)的408名學(xué)生樣本和5位任課教師樣本進(jìn)行的關(guān)于物理新知建構(gòu)認(rèn)知水平的診斷性測(cè)試結(jié)果，深層挖掘新知建構(gòu)問(wèn)題背后的認(rèn)知問(wèn)題，并為改善這些問(wèn)題，提出精準(zhǔn)指向新知建構(gòu)的高中物理教學(xué)資源開發(fā)的類型、原則、思路和案例.

關(guān)鍵詞：新知建構(gòu);認(rèn)知能力;教學(xué)資源開發(fā)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1008-4134（2021）01-0010-04

作者簡(jiǎn)介：張伶霞（1987-），女，碩士，中學(xué)一級(jí)教師，研究方向：物理課程與教學(xué).

1 研究背景

本文是在物理新知建構(gòu)診斷結(jié)果的基礎(chǔ)上，提出如何進(jìn)行教學(xué)資源的開發(fā)，旨在將測(cè)試發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題落實(shí)在課程開發(fā)實(shí)踐中，以期幫助更多教師能夠自主開發(fā)新知建構(gòu)的教學(xué)資源，從而拓展新知建構(gòu)能力培養(yǎng)的途徑，為教學(xué)提供課程資源，提高新知建構(gòu)教學(xué)的精準(zhǔn)度和有效性.

1.1 新課改對(duì)新知建構(gòu)能力的要求

“新知建構(gòu)”不是淺層次的“新知識(shí)記憶”，在素質(zhì)教育下它有著與“認(rèn)知能力”有關(guān)的更深遠(yuǎn)的內(nèi)涵.2017年9月，中共中央辦公廳、國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)的《關(guān)于深化教育體制機(jī)制改革的意見(jiàn)》中提出，要注重培養(yǎng)支撐終身發(fā)展、適應(yīng)時(shí)代要求的關(guān)鍵能力，并將關(guān)鍵能力的內(nèi)涵進(jìn)一步闡釋為認(rèn)知能力、合作能力、創(chuàng)新能力、職業(yè)能力.其中，認(rèn)知能力——新知建構(gòu)已經(jīng)成為新課標(biāo)和高考評(píng)價(jià)體系的重要內(nèi)容.

1.2 學(xué)生的新知建構(gòu)水平現(xiàn)狀

為診斷學(xué)生認(rèn)知過(guò)程的物理新知建構(gòu)水平，我們將北京交通大學(xué)附屬中學(xué)高三年級(jí)408名學(xué)生和5名同校任課教師作為被試，采用紙筆測(cè)試和訪談的方式進(jìn)行定量和定性的研究.診斷的具體指標(biāo)，采用的是張玉峰博士提出的物理學(xué)科核心素養(yǎng)學(xué)習(xí)診斷內(nèi)容的（3+2）×3框架中關(guān)于新知建構(gòu)的三個(gè)二級(jí)指標(biāo)：3C，即：C1信息變換與表征;C2信息整合與新知建構(gòu);C3關(guān)聯(lián)整合與策略遷移.診斷性測(cè)試結(jié)果表明：（1）學(xué)生整體得分情況與能力水平相符，C1信息變換與表征得分率高于整體得分，C2信息整合與新知建構(gòu)和C3關(guān)聯(lián)整合與策略遷移得分率低于整體得分，學(xué)生對(duì)于情境素材在選擇新知識(shí)、新方法等方面具備一定的能力，但對(duì)于信息抽象概括、推理論證以及整合與遷移方面還有待提高;（2）各層得分符合層級(jí)規(guī)律，且各層問(wèn)題突出，個(gè)性化差異顯著;（3）教師期待與學(xué)生實(shí)際情況差異顯著.這說(shuō)明基于診斷結(jié)果的精準(zhǔn)教學(xué)資源開發(fā)為提高學(xué)生的新知建構(gòu)能力提供了很大的可能性.

2 資源類型

新知建構(gòu)是指將獲取的新信息與已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)建立有意義連結(jié)，并產(chǎn)生出新的觀點(diǎn)、知識(shí)或者方法的認(rèn)識(shí)活動(dòng).具有新知建構(gòu)能力培養(yǎng)價(jià)值的教學(xué)資源可以分為以下幾種類型.

2.1 指向物理學(xué)理論體系的教學(xué)資源

我們要開發(fā)的是由舊理論能夠生成新理論的物理理論教學(xué)資源.以科里奧利力概念的建構(gòu)為例，在研究赤道上方落體偏東現(xiàn)象的產(chǎn)生原因時(shí)，在學(xué)生已經(jīng)學(xué)過(guò)的“運(yùn)動(dòng)的合成與分解”的基礎(chǔ)上，通過(guò)推理論證建構(gòu)“科里奧利力”的概念.此外，還可以開發(fā)力矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、質(zhì)心運(yùn)動(dòng)定理、巴爾末公式等物理理論類教學(xué)資源.

2.2 指向科技前沿的教學(xué)資源

前沿科學(xué)包括相對(duì)論、量子物理、天文宇宙等;前沿科技包括信息技術(shù)、生物技術(shù)、航天技術(shù)、航空技術(shù)、新材料技術(shù)、能源技術(shù)和先進(jìn)制造技術(shù)等.

我們開發(fā)的是能將已有認(rèn)知遷移到新情境、解決新問(wèn)題或建構(gòu)新認(rèn)知的前沿科技教學(xué)資源.比如中國(guó)天眼，利用學(xué)生已經(jīng)學(xué)過(guò)的點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)線建立太陽(yáng)的球輻射模型，將通量守恒遷移到新情境中，解決天眼觀測(cè)脈沖星的問(wèn)題等.此外，還可以開發(fā)黑洞、潮汐、光壓、光鉗技術(shù)、石墨烯、原子激光等前沿科技類教學(xué)資源.

2.3 指向?qū)嶒?yàn)設(shè)計(jì)的教學(xué)資源

這里的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，特指創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，即利用已學(xué)過(guò)的實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)方法，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案的創(chuàng)新設(shè)計(jì).包括儀器的創(chuàng)新、原理的遷移與創(chuàng)新.例如，用動(dòng)力學(xué)方法測(cè)質(zhì)量，依據(jù)牛頓第二定律，設(shè)計(jì)一種在太空中測(cè)質(zhì)量的方法.此外，還可以開發(fā)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)與勻速圓周運(yùn)動(dòng)之間等同性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì);用生活中的鋁管做光學(xué)（衍射）、機(jī)械振動(dòng)（摩擦產(chǎn)生共振）、電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì);用手機(jī)中的各種物理APP（例如phyphox）測(cè)量速度、加速度、聲音分貝、光照強(qiáng)度等各種不易測(cè)量的物理量的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等.

2.4 指向物理學(xué)史的教學(xué)資源

我們開發(fā)的物理學(xué)史資源，是能夠由學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)的知識(shí)、方法和思想進(jìn)行新發(fā)現(xiàn)的過(guò)程.例如，查德威克發(fā)現(xiàn)中子的過(guò)程，是由學(xué)生學(xué)過(guò)的動(dòng)量守恒和能量守恒思想發(fā)現(xiàn)的.再如，康普頓——吳效應(yīng)、伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究、人類對(duì)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)、范德格拉夫靜電加速器、歷史上關(guān)于運(yùn)動(dòng)量度的爭(zhēng)議等物理學(xué)史教學(xué)資源.

2.5 與生產(chǎn)、生活應(yīng)用相關(guān)的教學(xué)資源

物理在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用，都是為了解決生活中的問(wèn)題而產(chǎn)生的.解決生活中的問(wèn)題，都經(jīng)歷一個(gè)將實(shí)際問(wèn)題抽象成理想模型、進(jìn)而推理論證的過(guò)程.我們要開發(fā)的生活應(yīng)用類教學(xué)資源，是利用學(xué)生的已有認(rèn)知可以解決的生活問(wèn)題.例如，自動(dòng)稱米機(jī)，將實(shí)際問(wèn)題抽象成學(xué)生學(xué)過(guò)的運(yùn)動(dòng)模型、流體模型和碰撞模型，解決自動(dòng)稱米機(jī)的精確問(wèn)題.此外，還可以開發(fā)信用卡閱讀器、電磁爐、共享單車、雨滴下落等生產(chǎn)生活應(yīng)用類教學(xué)資源.

3 開發(fā)原則

3.1 科學(xué)性與階段性相統(tǒng)一

由于要建構(gòu)的新觀點(diǎn)、新知識(shí)、新方法多數(shù)是中學(xué)教材以外的，或超出中學(xué)學(xué)段要求的，甚至有些資源已經(jīng)超出了教師的認(rèn)知范圍，因此教師對(duì)新知建構(gòu)教學(xué)資源的開發(fā)不會(huì)像課本知識(shí)那樣駕輕就熟.這導(dǎo)致在教學(xué)資源的開發(fā)中容易出現(xiàn)以下問(wèn)題：（1）教師研究的不夠深入，容易出現(xiàn)科學(xué)性錯(cuò)誤，誤導(dǎo)學(xué)生;（2）教師進(jìn)行了深入研究，保證了資源的科學(xué)性，但資源的認(rèn)知起點(diǎn)遠(yuǎn)超出學(xué)生現(xiàn)階段的認(rèn)知水平，也會(huì)使得教學(xué)資源不能真正促進(jìn)學(xué)生新知建構(gòu)能力的發(fā)展.因此，在指向新知建構(gòu)教學(xué)資源的開發(fā)中，應(yīng)堅(jiān)持科學(xué)性與階段性相統(tǒng)一的原則.

3.2 適當(dāng)鋪墊思維臺(tái)階

新知建構(gòu)不是一蹴而就的，而是在多次尋找關(guān)聯(lián)中逐層形成的能力.所以，教學(xué)資源中應(yīng)鋪墊思維的臺(tái)階，引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生跨越層級(jí)進(jìn)行新知建構(gòu)的路徑.然而，思維的臺(tái)階如果鋪墊過(guò)多，則體現(xiàn)不出學(xué)生思維的張力;如果過(guò)少，則不能啟發(fā)學(xué)生將已有認(rèn)知和新知進(jìn)行有效的關(guān)聯(lián).因此，在指向新知建構(gòu)教學(xué)資源的開發(fā)中，應(yīng)遵循鋪墊思維臺(tái)階適當(dāng)?shù)脑瓌t.

3.3 側(cè)重培養(yǎng)能力

教學(xué)資源開發(fā)的目的不是新知（新觀點(diǎn)、新知識(shí)和新方法）本身，而是建構(gòu)的能力（從已有認(rèn)知到新知建構(gòu)的思維路徑）.換句話說(shuō)，指向新知建構(gòu)教學(xué)資源的開發(fā)側(cè)重培養(yǎng)的是學(xué)習(xí)能力.若將建構(gòu)能力比作植物的根，則新知就是葉，根系發(fā)達(dá)，植物就會(huì)源源不斷地生發(fā)新葉，具有旺盛的生命力;如果側(cè)重新葉而忽略根的培育，那么呈現(xiàn)的只是虛假繁榮，植物很快便會(huì)枯萎.以此為例，是想說(shuō)明指向新知建構(gòu)教學(xué)資源的開發(fā)應(yīng)遵循側(cè)重培養(yǎng)能力的原則，這樣學(xué)生認(rèn)知的發(fā)展才有生命力.

3.4 類型多樣

資源的類型包括物理理論、前沿科技、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、物理學(xué)史、生產(chǎn)生活應(yīng)用等，每種資源側(cè)重培養(yǎng)的新知建構(gòu)能力指標(biāo)不同.如果開發(fā)的教學(xué)資源過(guò)于單一，則會(huì)造成能力發(fā)展不均衡的結(jié)果.而學(xué)生建構(gòu)新認(rèn)知的整個(gè)過(guò)程是環(huán)環(huán)相扣的，某一環(huán)節(jié)沒(méi)有完成，將會(huì)阻礙下一環(huán)節(jié)的進(jìn)行.因此，指向新知建構(gòu)教學(xué)資源的開發(fā)，應(yīng)遵循資源類型多樣的原則.

4 開發(fā)思路

4.1 依據(jù)新知建構(gòu)能力培養(yǎng)目標(biāo)，確定教學(xué)資源類型

本研究將3C指標(biāo)作為新知建構(gòu)能力培養(yǎng)的目標(biāo)，具體指標(biāo)指向?yàn)椋篊1信息變換與表征，即通過(guò)閱讀觀察，能選擇有用的新知識(shí)、新方法等信息，并根據(jù)需要變換信息的表征方式;C2信息整合與新知建構(gòu)，即能抽象概括關(guān)鍵信息，建立信息與已有知識(shí)間的有意義聯(lián)系，經(jīng)過(guò)推理論證，得出新知識(shí)并反省認(rèn)知策略;C3關(guān)聯(lián)整合與策略遷移，即能把新知識(shí)與已有知識(shí)建立聯(lián)系，并把新知識(shí)或者獲取新知識(shí)的策略遷移應(yīng)用在新的物理情境中.

依據(jù)新知建構(gòu)能力培養(yǎng)目標(biāo)，有效確定教學(xué)資源類型，應(yīng)將培養(yǎng)目標(biāo)和資源特點(diǎn)這兩個(gè)維度精準(zhǔn)對(duì)接.

培養(yǎng)C1目標(biāo)，可側(cè)重開發(fā)前沿科技類教學(xué)資源.前沿科技具有高難度、高知識(shí)密集度的特點(diǎn)，有助于培養(yǎng)學(xué)生閱讀和篩選有效信息的能力.培養(yǎng)C2目標(biāo)，可側(cè)重開發(fā)物理理論、物理學(xué)史和生產(chǎn)生活應(yīng)用類資源.理論是指人們對(duì)自然、社會(huì)現(xiàn)象，按照已有的知識(shí)或者認(rèn)知，經(jīng)由一般化與演繹推理等方法，進(jìn)行合乎邏輯的推論性總結(jié).物理理論的新知建構(gòu)應(yīng)從學(xué)生的舊理論出發(fā)，通過(guò)推理論證得到新的理論，這個(gè)過(guò)程天然具有促進(jìn)學(xué)生C2能力發(fā)展的功能.物理學(xué)史是物理學(xué)HYPERLINK"https：//baike.baidu.com/item/%E7%89%A9%E7%90%86%E5%AD%A6/313183"＼t"_blank"在歷史進(jìn)程中的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程，蘊(yùn)含了大量的物理思想和物理方法，是認(rèn)識(shí)的一種方式.而物理的思想方法是尋找物理量邏輯關(guān)系的重要方式，是實(shí)現(xiàn)新發(fā)現(xiàn)的重要途徑.再現(xiàn)物理學(xué)史就是再現(xiàn)構(gòu)建新認(rèn)知的思維路徑，物理學(xué)史是能夠?qū)⑿轮?gòu)的認(rèn)識(shí)方式顯化的教學(xué)資源.物理在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，都是為了解決生產(chǎn)生活中的問(wèn)題而產(chǎn)生的.解決生產(chǎn)生活中的問(wèn)題，都經(jīng)歷一個(gè)將實(shí)際問(wèn)題抽象成理想模型、進(jìn)而推理論證的過(guò)程，有助于C2能力的發(fā)展.培養(yǎng)C3目標(biāo)，可側(cè)重開發(fā)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)類教學(xué)資源.物理學(xué)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)是認(rèn)識(shí)的一種重要方式，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)遷移能力和創(chuàng)新能力，有助于C3能力的提升.

同時(shí)培養(yǎng)C1、C2、C3目標(biāo)，可側(cè)重開發(fā)前沿科技類教學(xué)資源.科學(xué)要解決的問(wèn)題，是發(fā)現(xiàn)自然界HYPERLINK"https：//baike.baidu.com/item/%E8%87%AA%E7%84%B6%E7%95%8C/4760765"＼t"_blank"中確鑿的事實(shí)與現(xiàn)象HYPERLINK"https：//baike.baidu.com/item/%E7%8E%B0%E8%B1%A1/2808631"＼t"_blank"之間的關(guān)系，并建立理論把事實(shí)HYPERLINK"https：//baike.baidu.com/item/%E4%BA%8B%E5%AE%9E/132727"＼t"_blank"與現(xiàn)象HYPERLINK"https：//baike.baidu.com/item/%E7%8E%B0%E8%B1%A1/2808631"＼t"_blank"聯(lián)系起來(lái);技術(shù)的任務(wù)則是把科學(xué)的成果HYPERLINK"https：//baike.baidu.com/item/%E6%88%90%E6%9E%9C/3820163"＼t"_blank"應(yīng)用到實(shí)際問(wèn)題中去，見(jiàn)表1.前沿科技類教學(xué)資源有助于培養(yǎng)學(xué)生的C1閱讀與篩選信息的能力、C2抽象概括和建模的能力以及C3關(guān)聯(lián)整合與策略遷移的能力.

4.2 依據(jù)教學(xué)資源類型，搜集素材

我們以前沿科技類教學(xué)資源為例，談?wù)勅绾嗡鸭夭?前沿科學(xué)包括相對(duì)論、量子物理、天文宇宙等;前沿技術(shù)包括信息技術(shù)、生物技術(shù)、航天技術(shù)、航空技術(shù)、新材料技術(shù)、能源技術(shù)和先進(jìn)制造技術(shù)等方面.我們將目標(biāo)聚焦到量子物理方面，通過(guò)查閱大量資料，能夠找到很多量子物理方面的前沿研究，包括光壓、空間冷原子鐘等等.如何從眾多主題中確定我們要開發(fā)的主題呢？這時(shí)，我們要遵循一個(gè)原則：該主題的素材能夠以學(xué)生的現(xiàn)有認(rèn)知為起點(diǎn)，構(gòu)建新的認(rèn)知.只要符合這個(gè)原則，就是可開發(fā)的教學(xué)資源.其中，光壓的產(chǎn)生機(jī)理如同氣體壓強(qiáng)，可由學(xué)生已有的關(guān)于氣體壓強(qiáng)的認(rèn)知構(gòu)建光壓的定義式.那么，光壓就可以作為我們最終確定的素材主題.例如，前沿科技類教學(xué)資源的素材主題，見(jiàn)表2.

搜集素材的途徑有很多，我們應(yīng)通過(guò)多種途徑搜集同一主題的素材，以確保素材的科學(xué)性.

4.3 依據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)際和新知建構(gòu)能力目標(biāo)，重組、整合素材，形成教學(xué)資源

搜集的素材是零散缺乏關(guān)聯(lián)的，沒(méi)有明確的培養(yǎng)目標(biāo)，無(wú)法為發(fā)展學(xué)生的新知建構(gòu)能力服務(wù).因此，素材需經(jīng)過(guò)重組和整合，才能形成教學(xué)資源.重組、整合素材應(yīng)依據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)際和新知建構(gòu)能力目標(biāo)兩個(gè)維度進(jìn)行，如此形成的教學(xué)資源才能精準(zhǔn)指向這些學(xué)生新知建構(gòu)能力的發(fā)展.具體操作如下：

第一，重組素材.重組素材就是要篩選有效素材，并進(jìn)行邏輯重組.首先，我們應(yīng)將搜集的素材群進(jìn)行取舍.教師應(yīng)寫出從學(xué)生已有認(rèn)知到建構(gòu)新知的思維路徑，已知體現(xiàn)了學(xué)生的學(xué)習(xí)實(shí)際，新知體現(xiàn)了新知建構(gòu)的能力目標(biāo).然后，分析學(xué)生需要掌握哪些信息才能完成該思維路徑.這些信息應(yīng)該由素材來(lái)提供，與此無(wú)關(guān)的素材可以舍掉.這樣，我們就初步篩選了有效素材.然后，還需要對(duì)這些素材進(jìn)行邏輯重組，使其成為一個(gè)有結(jié)構(gòu)的整體.

第二，整合素材.整合素材就是依據(jù)新知建構(gòu)能力目標(biāo)將新知轉(zhuǎn)化為最終問(wèn)題，然后依據(jù)學(xué)生的認(rèn)知水平，將最終問(wèn)題拆解為多個(gè)小問(wèn)題，從而為學(xué)生鋪墊思維的臺(tái)階，再依據(jù)這些小問(wèn)題，將重組的素材進(jìn)行優(yōu)化形成問(wèn)題情境（即學(xué)生的閱讀材料）.整合后最終形成的教學(xué)資源，以問(wèn)題情境和問(wèn)題設(shè)置的方式呈現(xiàn).如何才能依據(jù)學(xué)生的實(shí)際適切整合素材呢？首先要了解與素材中的新知有關(guān)的已有認(rèn)知，學(xué)生掌握到了什么程度;還要分析從已有認(rèn)知到新知建構(gòu)的路徑中需要的能力，學(xué)生達(dá)到了什么水平.開發(fā)的素材與學(xué)生認(rèn)知水平匹配，即適切整合.思維臺(tái)階的梯度和落腳點(diǎn)應(yīng)如何設(shè)置呢？設(shè)置的問(wèn)題，就是引導(dǎo)、啟發(fā)學(xué)生的思維臺(tái)階.鋪墊適當(dāng)?shù)乃季S臺(tái)階，才能體現(xiàn)問(wèn)題設(shè)置的價(jià)值.對(duì)于思維能力強(qiáng)的學(xué)生，設(shè)置的問(wèn)題思維臺(tái)階梯度大一些、數(shù)量少一些;對(duì)于思維能力弱的學(xué)生，設(shè)置的問(wèn)題思維臺(tái)階梯度小一些、數(shù)量多一些.把握好度，即適當(dāng).思維臺(tái)階設(shè)置在哪兒，要看學(xué)生新知建構(gòu)的難點(diǎn)在哪兒.如何將重組的素材進(jìn)行優(yōu)化形成問(wèn)題情境呢？這取決于學(xué)生信息變換與表征的能力.一個(gè)具體的物理問(wèn)題，有著客觀的物理情境，學(xué)生從自己的認(rèn)知水平和已有經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，對(duì)問(wèn)題的言語(yǔ)表述、附圖所包含的信息進(jìn)行搜索、選擇、分析和組織，產(chǎn)生主觀理解，建立關(guān)于問(wèn)題情境的內(nèi)部表征.如果主觀的內(nèi)部表征與問(wèn)題的真實(shí)情境相適應(yīng)，則為順利解決問(wèn)題提供的先決條件.學(xué)生能否有效搜索、選擇信息，取決于原有認(rèn)知結(jié)構(gòu).問(wèn)題情境盡可能呈現(xiàn)那些與學(xué)生原有認(rèn)知相近的問(wèn)題信息，其原有認(rèn)知包括結(jié)構(gòu)性知識(shí)和未納入知識(shí)結(jié)構(gòu)的零散記憶，還包括大量的非結(jié)構(gòu)性經(jīng)驗(yàn).如果學(xué)生原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)性差，那么就要減少素材中的無(wú)關(guān)信息，增加具有較強(qiáng)約束的信息，增大學(xué)生產(chǎn)生適宜表征的幾率，即對(duì)素材優(yōu)化形成的問(wèn)題情境.

將素材群開發(fā)成教學(xué)資源的路徑如圖1所示.

5 開發(fā)案例思路

本案例開發(fā)的思路：第一，明確該教學(xué)資源指向培養(yǎng)新知建構(gòu)的C1、C2、C3目標(biāo)，依據(jù)這個(gè)目標(biāo)確定教學(xué)資源類型為前沿科技類.第二，依據(jù)前沿科技類教學(xué)資源，搜集素材.該類資源素材眾多，筆者將目標(biāo)鎖定為與學(xué)生現(xiàn)階段學(xué)習(xí)的天體運(yùn)動(dòng)相關(guān)的天文宇宙方面.北京市新教材《普通高中教科書物理必修2》的《第七章 萬(wàn)有引力與宇宙航行》第64頁(yè)“科學(xué)漫步”介紹了黑洞.通過(guò)研讀教材，筆者將黑洞作為素材的主題.黑洞半徑對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)是個(gè)新知，由第二宇宙速度可推導(dǎo)得出黑洞半徑，但第二宇宙速度的推導(dǎo)教材中沒(méi)有介紹，不是學(xué)生應(yīng)知必會(huì)的內(nèi)容.因此，循著天體運(yùn)動(dòng)和相對(duì)論的足跡，查閱了中文版美國(guó)高中物理教材《物理原理與問(wèn)題（上冊(cè)）》第202頁(yè)“物理學(xué)前沿”關(guān)于黑洞的內(nèi)容，其介紹了奇點(diǎn)、施瓦茲希爾半徑、視界的概念，我們能夠了解到施瓦茲希爾依據(jù)廣義相對(duì)論推導(dǎo)黑洞半徑的結(jié)果，但學(xué)生還未學(xué)習(xí)廣義相對(duì)論，不具備以此作為起點(diǎn)構(gòu)建黑洞半徑的能力.筆者繼續(xù)搜索大學(xué)教材《新概念物理教程 力學(xué)（第二版）》，其中“第七章 萬(wàn)有引力”第346頁(yè)對(duì)第二宇宙速度做了詳細(xì)推導(dǎo)，且介紹了拉普拉斯通過(guò)牛頓力學(xué)體系中能量守恒定律推導(dǎo)得到的黑洞半徑，與施瓦茲希爾通過(guò)廣義相對(duì)論推導(dǎo)得到的黑洞半徑，結(jié)果不謀而合.那么，牛頓力學(xué)體系就作為學(xué)生認(rèn)知的起點(diǎn)，構(gòu)建“黑洞半徑”新知.第三，依據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)際和新知建構(gòu)能力目標(biāo)，重組、整合素材，形成“問(wèn)題情境+問(wèn)題設(shè)置”模式的教學(xué)資源.搜索的黑洞素材中，保留關(guān)于施瓦茲希爾和拉普拉斯關(guān)于推導(dǎo)黑洞半徑的歷史，舍去奇點(diǎn)等無(wú)關(guān)概念.將黑洞半徑的推導(dǎo)作為C2目標(biāo);將引力勢(shì)能的表征作為C1目標(biāo)，同時(shí)起到為建構(gòu)黑洞半徑鋪墊思維臺(tái)階的作用;為了促進(jìn)C3目標(biāo)知識(shí)的遷移和創(chuàng)新能力發(fā)展，在黑洞半徑的基礎(chǔ)上推理黑洞半徑與黑洞密度的關(guān)系.大問(wèn)題拆解成了三個(gè)小問(wèn)題，梯度適宜，即完成了問(wèn)題設(shè)置，其余素材作為問(wèn)題情境，并依據(jù)學(xué)生實(shí)際進(jìn)行優(yōu)化.

參考文獻(xiàn)：

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（收稿日期：2020-11-11）