基于體驗(yàn)反思促進(jìn)物理觀念建構(gòu)的教學(xué)策略

孫春成

摘? ?要：學(xué)習(xí)是一種基于精心設(shè)計(jì)的體驗(yàn)之上的社會(huì)化過(guò)程，體驗(yàn)及對(duì)其的反思是連接學(xué)習(xí)者與知識(shí)意義的橋梁，是促進(jìn)身體與環(huán)境交互的主要方式，是零散概念上升為物理觀念的主要路徑。文章首先探討物理觀念的價(jià)值，其次分析體驗(yàn)反思對(duì)促進(jìn)物理觀念建構(gòu)的作用，最后以“楞次定律”教學(xué)為例，探討基于具體體驗(yàn)、促進(jìn)問(wèn)題生成;基于審辯反思、促進(jìn)關(guān)聯(lián)整合;基于抽象概括、促進(jìn)內(nèi)化理解;基于行動(dòng)應(yīng)用、促進(jìn)意義建構(gòu)的有效策略。

關(guān)鍵詞：體驗(yàn);反思;物理觀念

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-6148（2022）5-0006-4

1? ? 物理觀念的價(jià)值

“物理觀念”是從物理學(xué)視角形成的關(guān)于物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)與相互作用、能量等的深刻認(rèn)識(shí);是物理概念和規(guī)律等在頭腦中的提煉與升華。它是在具體的物理知識(shí)都忘掉時(shí)頭腦中“剩下的東西”，是超越零散的事實(shí)性知識(shí)而形成的上位認(rèn)識(shí)。

物理觀念的價(jià)值只有在教學(xué)實(shí)施的過(guò)程中才能被準(zhǔn)確把握和體現(xiàn)出來(lái)，其在宏觀上是連接課標(biāo)與教學(xué)的“紐帶”，中觀上是貫通單元與課時(shí)的“鏈條”，微觀上是設(shè)計(jì)問(wèn)題與活動(dòng)的“路標(biāo)”。

物理觀念是連接課標(biāo)與教學(xué)的“紐帶”。物理觀念是物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分，向上承接課程標(biāo)準(zhǔn)中的重要內(nèi)容，通過(guò)對(duì)高中物理新課標(biāo)的研究，不難發(fā)現(xiàn)很多表述都涉及物理觀念;向下為教學(xué)目標(biāo)的設(shè)置、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的制訂、教學(xué)活動(dòng)的開(kāi)展提供依據(jù)。物理觀念本身也是重要的學(xué)習(xí)目標(biāo)，是連接課標(biāo)和教學(xué)的“紐帶”。

物理觀念是貫通單元與課時(shí)的“鏈條”。物理觀念的建構(gòu)過(guò)程只靠幾個(gè)課時(shí)是無(wú)法完成的，而是需要幾個(gè)單元甚至高中三年的持續(xù)探究，從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)化與升華。物理觀念由于其中心性和意義性，是單元整體規(guī)劃和課時(shí)教學(xué)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，是有機(jī)貫通它們的“鏈條”。

物理觀念是設(shè)計(jì)問(wèn)題與活動(dòng)的“路標(biāo)”。教學(xué)中設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)任務(wù)、問(wèn)題和活動(dòng)是否有助于目標(biāo)的落實(shí)？這需要教師在教學(xué)設(shè)計(jì)以及教學(xué)實(shí)施過(guò)程中不斷對(duì)標(biāo)物理觀念的內(nèi)容和學(xué)業(yè)質(zhì)量的5個(gè)水平要求，不斷反思并改進(jìn)問(wèn)題和活動(dòng)流程，它是問(wèn)題與活動(dòng)設(shè)計(jì)的“路標(biāo)”。

2? ? 體驗(yàn)反思對(duì)促進(jìn)物理觀念建構(gòu)的作用

大衛(wèi)·庫(kù)伯在他的著作《體驗(yàn)學(xué)習(xí)：讓體驗(yàn)成為學(xué)習(xí)和發(fā)展的源泉》中提出：學(xué)習(xí)是一種基于精心設(shè)計(jì)的體驗(yàn)之上的社會(huì)化過(guò)程，體驗(yàn)學(xué)習(xí)過(guò)程包括具體體驗(yàn)、反思觀察、抽象概括和行動(dòng)應(yīng)用四個(gè)過(guò)程。而知識(shí)來(lái)源于獲取經(jīng)驗(yàn)和轉(zhuǎn)化經(jīng)驗(yàn)的結(jié)合，從體驗(yàn)學(xué)習(xí)的維度劃分了四種不同形式的基本知識(shí)：基于感知獲取經(jīng)驗(yàn)，并通過(guò)縮小內(nèi)涵的方式獲得發(fā)散性知識(shí);基于領(lǐng)悟獲取經(jīng)驗(yàn)，然后通過(guò)縮小內(nèi)涵轉(zhuǎn)換經(jīng)驗(yàn)獲得同化性知識(shí);基于領(lǐng)悟獲取經(jīng)驗(yàn)，并通過(guò)擴(kuò)大外延轉(zhuǎn)換經(jīng)驗(yàn)獲得輻合性知識(shí);基于感知獲取經(jīng)驗(yàn)，并通過(guò)擴(kuò)大外延轉(zhuǎn)換經(jīng)驗(yàn)獲得順應(yīng)性知識(shí)，如圖1所示。這四種基本知識(shí)是更高知識(shí)水平發(fā)展的基礎(chǔ)，物理觀念屬于對(duì)知識(shí)本質(zhì)、意義和價(jià)值的理解，所以體驗(yàn)及其反思是促進(jìn)物理觀念建構(gòu)的主要路徑。

首先，從學(xué)習(xí)的方式角度看，體驗(yàn)反思是獲得知識(shí)的主要路徑。從上面的“體驗(yàn)學(xué)習(xí)圈”中不難看出感知獲得、領(lǐng)悟獲得都屬于體驗(yàn)的范疇，感知獲得與身體體驗(yàn)和情感體驗(yàn)相對(duì)應(yīng)，領(lǐng)悟獲得與思維體驗(yàn)相對(duì)應(yīng)。身體體驗(yàn)和情感體驗(yàn)是思維體驗(yàn)的基礎(chǔ)，在思維體驗(yàn)的基礎(chǔ)上對(duì)概念與規(guī)律進(jìn)行抽象概括形成物理觀念。

其次，從學(xué)習(xí)的內(nèi)容角度看，體驗(yàn)反思是整合知識(shí)的有效工具。內(nèi)涵縮小的過(guò)程就是對(duì)事實(shí)、已有經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)進(jìn)行整合、凝練并理解物理觀念內(nèi)涵的過(guò)程，外延擴(kuò)大的過(guò)程是應(yīng)用物理觀念實(shí)踐遷移解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程，在應(yīng)用的過(guò)程中進(jìn)一步提升對(duì)物理觀念的理解，整合凝練與實(shí)踐應(yīng)用都離不開(kāi)體驗(yàn)與反思。

3? ?基于體驗(yàn)反思促進(jìn)物理觀念建構(gòu)的教學(xué)策略

3.1? ? 基于具體體驗(yàn)，促進(jìn)問(wèn)題生成

體驗(yàn)是促進(jìn)深度學(xué)習(xí)獲得物理觀念的基礎(chǔ)。學(xué)生在具體體驗(yàn)的基礎(chǔ)上，一方面對(duì)體驗(yàn)對(duì)象、體驗(yàn)過(guò)程和體驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生情感關(guān)聯(lián)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣;另一方面能引發(fā)一些物理問(wèn)題，這些問(wèn)題來(lái)自學(xué)生的強(qiáng)烈感受，是進(jìn)一步深入探究的基礎(chǔ)。

在“楞次定律”教學(xué)中設(shè)置“隔墻猜抽簽”小游戲讓學(xué)生體驗(yàn)：將一個(gè)可拆變壓器的線(xiàn)圈取下來(lái)，用白紙將導(dǎo)線(xiàn)包起來(lái)，并將匝數(shù)最多的兩個(gè)接線(xiàn)柱做成簽筒。用白紙將兩個(gè)完全相同的條形磁鐵和一個(gè)與條形磁鐵形狀相同的銅條包起來(lái)，分別在白紙外面寫(xiě)上：上上簽、上簽和上平簽，將它們都放在簽筒中，其中兩個(gè)條形磁鐵分別以N極向下和S極向下的方式放在銅條的兩側(cè)（防止兩磁鐵吸在一起）。用長(zhǎng)導(dǎo)線(xiàn)將“簽筒”的兩個(gè)引線(xiàn)和一個(gè)靈敏電流計(jì)串在一起，用一個(gè)邊長(zhǎng)為1.5 m的正方形不透明塑料板隔在“簽筒”和靈敏電流計(jì)中間，如圖2所示。

教學(xué)活動(dòng)1：將靈敏電流計(jì)用一塊布遮起來(lái)，只有站在旁邊的老師能看到表盤(pán)。讓一位同學(xué)在“簽筒”中抽簽，由于老師站在桌子對(duì)面，完全被不透明塑料板擋住，所以看不到抽簽結(jié)果。這位同學(xué)抽簽后向班級(jí)同學(xué)展示（不出聲），老師雖然低著頭（可以讓另一位同學(xué)站在老師旁邊公正），但每次都能猜中抽簽的結(jié)果。

教學(xué)活動(dòng)2：在學(xué)生驚訝之余，將白紙和遮擋的布都拿掉，再次進(jìn)行“抽簽”，為了讓學(xué)生看清楚，可以用投影儀投影靈敏電流計(jì)表盤(pán)。發(fā)現(xiàn)當(dāng)S極拔出和N極拔出時(shí)，靈敏電流計(jì)指針均偏轉(zhuǎn)，但方向相反;當(dāng)銅條拔出時(shí)指針不偏轉(zhuǎn)。

師：為什么會(huì)有這樣的現(xiàn)象呢？

生1：根據(jù)感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件，當(dāng)S極拔出和N極拔出時(shí)，線(xiàn)圈的磁通量發(fā)生變化，產(chǎn)生感應(yīng)電流，指針偏轉(zhuǎn);當(dāng)銅條拔出時(shí)，線(xiàn)圈的磁通量始終為零，所以指針不偏轉(zhuǎn)。

師：很好，S極拔出和N極拔出時(shí)，指針偏轉(zhuǎn)方向不同說(shuō)明了什么呢？

生2：說(shuō)明產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向相反。

明確本節(jié)課的核心問(wèn)題：探究感應(yīng)電流方向的判定方法。0196B4B3-0396-4F43-9EE0-F9EAC59EAC16

3.2? ? 基于審辯反思，促進(jìn)關(guān)聯(lián)整合

對(duì)體驗(yàn)的過(guò)程、方式和結(jié)果進(jìn)行回顧、評(píng)價(jià)和升華，獲得概念和規(guī)律。對(duì)零散概念及其之間的關(guān)系進(jìn)行審辯式反思，是深刻理解和內(nèi)化物理觀念的重要路徑，審辯反思是一種重要的學(xué)習(xí)方式，是將公共知識(shí)內(nèi)化為個(gè)人知識(shí)的有效途徑。

給每一小組相同的實(shí)驗(yàn)器材：一個(gè)線(xiàn)圈、若干導(dǎo)線(xiàn)、一個(gè)靈敏電流計(jì)、一個(gè)條形磁鐵。實(shí)驗(yàn)探究影響感應(yīng)電流方向的因素有哪些？

學(xué)生結(jié)論1：當(dāng)S極拔出和N極拔出時(shí)，指針偏轉(zhuǎn)方向相反，說(shuō)明感應(yīng)電流的方向與磁極的極性有關(guān)，即與磁場(chǎng)的方向有關(guān)。

學(xué)生結(jié)論2：當(dāng)N級(jí)插入和N極拔出時(shí)感應(yīng)電流的方向相反，插入時(shí)線(xiàn)圈的磁通量增大，拔出時(shí)磁通量減小，說(shuō)明感應(yīng)電流的方向與磁通量的變化情況有關(guān)。

學(xué)生結(jié)論3：當(dāng)將磁鐵以N極向下的方式在線(xiàn)圈上方靠近和遠(yuǎn)離線(xiàn)圈時(shí)，感應(yīng)電流的方向相反，也說(shuō)明感應(yīng)電流的方向與磁通量的變化情況有關(guān)。

為了幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)感應(yīng)電流方向與線(xiàn)圈繞向的關(guān)系，演示一組對(duì)比實(shí)驗(yàn)：用兩個(gè)繞向不同的線(xiàn)圈先后與同一個(gè)靈敏電流計(jì)相連，并且兩次都是將N極插入，讓學(xué)生觀察指針的偏轉(zhuǎn)情況。

在學(xué)生反思理解感應(yīng)電流方向影響因素的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生采用控制變量的思想再次實(shí)驗(yàn)探究。實(shí)驗(yàn)前，先用一節(jié)干電池通過(guò)試觸法確定電流流向與指針偏轉(zhuǎn)的關(guān)系。由于每一個(gè)線(xiàn)圈的繞向是可以看出來(lái)的，結(jié)合電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)情況就能知道感應(yīng)電流方向，所以線(xiàn)圈繞向這個(gè)因素不是學(xué)習(xí)重點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)時(shí)只要選用繞向相同的線(xiàn)圈就可以了。借助控制變量的思想可以讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)記錄表（表1），尋找實(shí)驗(yàn)規(guī)律。

學(xué)生繼續(xù)小組合作實(shí)驗(yàn)探究，完成表格內(nèi)容。

得出表1后，讓學(xué)生小組討論：感應(yīng)電流的方向與磁場(chǎng)的方向、磁通量的變化有什么關(guān)系？

學(xué)生在反思討論后得出一個(gè)初步結(jié)論：（B）向下（φ）增加、（B）向上（φ）減少時(shí)逆時(shí)針;（B）向下（φ）減少、（B）向上（φ）增加時(shí)順時(shí)針。

上面的初步結(jié)論只適用于豎直放置的線(xiàn)圈，不具有普適性，所以需要進(jìn)一步審辯反思、歸納升華。可以通過(guò)類(lèi)比來(lái)關(guān)聯(lián)整合：甲、乙兩位同學(xué)之間有親屬關(guān)系，但他們不知道具體的關(guān)系，此時(shí)該如何確定呢？學(xué)生馬上想到如果能找一個(gè)與他們都有親屬關(guān)系的長(zhǎng)輩（丙）就可以了，這就相當(dāng)于“中介”。接下來(lái)引導(dǎo)學(xué)生小組討論，尋找到一個(gè)與感應(yīng)電流方向和磁鐵的磁場(chǎng)方向都有關(guān)系的“中介”。

學(xué)生討論后找到：“中介”是感應(yīng)電流的磁場(chǎng)。感應(yīng)電流能產(chǎn)生磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)與磁鐵的磁場(chǎng)在同一個(gè)線(xiàn)圈中，且如果知道感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向，根據(jù)右手定則就可判斷出感應(yīng)電流的方向。

3.3? ?基于抽象概括，促進(jìn)內(nèi)化理解

在體驗(yàn)的基礎(chǔ)上，最關(guān)鍵是要引導(dǎo)學(xué)生抽象概括。抽象概括的過(guò)程是不斷在不同概念與規(guī)律間建立聯(lián)系的過(guò)程，是不斷升華觸及知識(shí)本質(zhì)的過(guò)程，是整合自己所學(xué)內(nèi)容自主建構(gòu)物理觀念的過(guò)程，抽象概括的程度決定物理觀念理解的程度。

在上面學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生抽象概括，尋找規(guī)律。在表1的基礎(chǔ)上學(xué)生得出表2。

讓學(xué)生概括總結(jié)得到：由磁通量的增加（或減少）產(chǎn)生的感應(yīng)電流，其激發(fā)的磁場(chǎng)一定阻礙原來(lái)磁通量的增加（或減少）。

這樣學(xué)生能更清晰地理解“阻礙”的內(nèi)涵：不是阻礙引起感應(yīng)電流的原磁場(chǎng)，而是阻礙原磁場(chǎng)磁通量的變化。請(qǐng)用一句話(huà)對(duì)其進(jìn)行概括，看誰(shuí)的概括既簡(jiǎn)潔又準(zhǔn)確？

學(xué)生經(jīng)過(guò)討論后得出：感應(yīng)電流具有這樣的“反向”，即感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是阻礙引起感應(yīng)電流磁通量的變化。這就是楞次定律的內(nèi)容。

老師可以提供化學(xué)中化學(xué)平衡移動(dòng)的規(guī)律（勒夏特列原理）：如果改變可逆反應(yīng)的條件，化學(xué)平衡就被破壞，并向減弱這種改變的方向移動(dòng)。讓學(xué)生對(duì)這兩個(gè)規(guī)律的內(nèi)容進(jìn)行比較和討論，并談?wù)勛约旱捏w會(huì)。

不難發(fā)現(xiàn)，物理學(xué)中的楞次定律和化學(xué)中的勒夏特列原理十分相似，另外與“天之道，損有余而補(bǔ)不足”（《老子》第七十七章）的道理也相同。即：一個(gè)系統(tǒng)在外部條件改變時(shí)，具有自我調(diào)節(jié)、阻礙變化、保持穩(wěn)定的性質(zhì)。通過(guò)學(xué)科聯(lián)結(jié)和融通，幫助學(xué)生內(nèi)化理解一個(gè)跨學(xué)科觀念。

3.4? ? 基于行動(dòng)應(yīng)用，促進(jìn)意義建構(gòu)

讓學(xué)生行動(dòng)起來(lái)嘗試解決實(shí)際問(wèn)題，在問(wèn)題解決過(guò)程中引導(dǎo)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行意義建構(gòu)，總結(jié)提煉形成觀念性認(rèn)識(shí)，真正實(shí)現(xiàn)“做中學(xué)”和“用中學(xué)”。著名教育家埃里克森認(rèn)為：知識(shí)只有上升到觀念層面才能被靈活遷移，并在應(yīng)用中進(jìn)一步深化物理觀念的內(nèi)涵。

課堂上演示“跳環(huán)實(shí)驗(yàn)”，器材為：動(dòng)態(tài)楞次定律演示儀（內(nèi)部有一個(gè)大電容，開(kāi)關(guān)打開(kāi)先充電，開(kāi)關(guān)閉合后瞬間，產(chǎn)生的大電流通過(guò)線(xiàn)圈）、線(xiàn)圈、鐵芯和一個(gè)閉合鋁環(huán)（其內(nèi)徑比鐵芯大，比線(xiàn)圈的外徑?。?，如圖3所示。

先將鋁環(huán)套在鐵芯上，閉合開(kāi)關(guān)，過(guò)幾秒鐘，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，發(fā)現(xiàn)鋁環(huán)神奇地跳起20多厘米高（跳起的高度與線(xiàn)圈匝數(shù)、鋁環(huán)質(zhì)量等有關(guān)）。接下來(lái)讓學(xué)生分析和解釋產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因。

學(xué)生在討論后得出：電容器的放電電流通過(guò)線(xiàn)圈時(shí)，在鐵芯作用下，產(chǎn)生一個(gè)很大的磁場(chǎng)，從而使穿過(guò)閉合鋁環(huán)的磁通量增加。根據(jù)楞次定律，鋁環(huán)將產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的方向與線(xiàn)圈中的電流方向相反，因此與原線(xiàn)圈相斥，相斥的力大于鋁環(huán)重力使得鋁環(huán)跳起。

鋁環(huán)通過(guò)遠(yuǎn)離線(xiàn)圈，實(shí)現(xiàn)了阻礙磁通量的增加。鋁環(huán)跳起時(shí)其機(jī)械能增加，進(jìn)一步拓展讓學(xué)生分析“跳環(huán)實(shí)驗(yàn)”中的能量是如何轉(zhuǎn)化的？通過(guò)分析能幫助學(xué)生理解楞次定律的意義與本質(zhì)：電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量守恒。

通過(guò)實(shí)際問(wèn)題的解決，一方面有助于評(píng)估學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解程度，另一方面在問(wèn)題解決的過(guò)程中促進(jìn)學(xué)生對(duì)自己前面所學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用，促進(jìn)意義建構(gòu)。

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（欄目編輯? ? 趙保鋼）0196B4B3-0396-4F43-9EE0-F9EAC59EAC16