基于大概念的物理習(xí)題教學(xué)的設(shè)計(jì)

摘? ?要：文章針對(duì)新一輪課程改革背景下物理習(xí)題課堂活力不足與課程育人的迫切要求之間的矛盾，探索初中物理大概念習(xí)題課的設(shè)計(jì)策略，以幫助學(xué)生生成物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：大概念；習(xí)題課；核心素養(yǎng)；思維

當(dāng)前，世界教育競(jìng)爭(zhēng)空前激烈，必須意識(shí)到人才培養(yǎng)的重點(diǎn)是素養(yǎng)的提升，這也是《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》修訂最大的突破。習(xí)題課作為物理教學(xué)中的常見課型，在鞏固物理知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng)方面具有重要作用?？墒窃谝痪€教師中仍存在“有啥題講啥題，能講多少算多少”的錯(cuò)誤觀念，教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)策略、教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度等都缺乏預(yù)先設(shè)計(jì)，讓學(xué)生失去了對(duì)物理知識(shí)的興趣和求知欲，更談不上實(shí)現(xiàn)育人目標(biāo)。所以在習(xí)題講評(píng)時(shí)，也應(yīng)該堅(jiān)持素養(yǎng)導(dǎo)向，不只是關(guān)注具體的知識(shí)點(diǎn)小目標(biāo)，還要關(guān)注更大格局的素養(yǎng)目標(biāo)[ 1 ]。未來的教學(xué)設(shè)計(jì)提倡教師提取大概念，合理規(guī)劃課時(shí)，設(shè)計(jì)有明確學(xué)習(xí)主題的習(xí)題課，主題內(nèi)分級(jí)呈現(xiàn)，層層遞進(jìn)，主題間相互關(guān)聯(lián)，各有側(cè)重[ 2 ]。大概念是學(xué)習(xí)的生長(zhǎng)點(diǎn)，可以幫助學(xué)生形成正確的物理觀念、發(fā)展科學(xué)思維、鍛煉實(shí)驗(yàn)探究能力、培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度和責(zé)任。

1? 認(rèn)識(shí)大概念

教育學(xué)家赫德認(rèn)為，組成科學(xué)課程中的概念和原理應(yīng)該能夠展現(xiàn)當(dāng)代學(xué)科圖景，是學(xué)科結(jié)構(gòu)的主干部分，可稱之為核心概念[ 3 ]。大概念的形式不局限為某個(gè)概念或者某個(gè)原理，還可以是學(xué)科思想方法或者學(xué)科模型等，它具有持久價(jià)值。學(xué)者們用魔術(shù)貼、衣架、透鏡、建筑材料等隱喻體現(xiàn)大概念的核心位置和作用[ 4 ]。比如在奧斯特實(shí)驗(yàn)中通電導(dǎo)體對(duì)周圍的小磁針有力的作用，“力的作用是相互的”“力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因”是大概念，可以借二者推導(dǎo)出磁體對(duì)通電導(dǎo)體也應(yīng)該有力的作用，物理學(xué)史上奧斯特實(shí)驗(yàn)即是發(fā)明電動(dòng)機(jī)的理論基礎(chǔ)，可見大概念指導(dǎo)我們理解、遷移和創(chuàng)新。雖然提取大概念是教師感到困難的，但是大概念是連接“學(xué)校的學(xué)習(xí)”和 “真實(shí)的生活”的重要抓手，實(shí)現(xiàn)在學(xué)校里學(xué)的東西能夠應(yīng)對(duì)未來生活的目的，大概念教學(xué)應(yīng)是新一輪課堂轉(zhuǎn)型的重要議題。長(zhǎng)期以來，令教師沮喪的是師生在中考指揮棒下，不得不大量去刷題以便獲得專家結(jié)論，但是學(xué)生卻沒有建立專家思維，在解決真實(shí)問題時(shí)仍然不能自信地、正確地、靈活地理解和運(yùn)用知識(shí)[ 5 ]。雙減背景下減量提質(zhì)，實(shí)施指向大概念的教學(xué)，是一個(gè)嶄新的思路。

2? 大概念在發(fā)展物理核心素養(yǎng)上的作用

未來的人才工作和生活都需要專家思維而非專業(yè)知識(shí)。認(rèn)知心理學(xué)上專家和新手面對(duì)真實(shí)問題時(shí)的重要差異之一：前者是大概念思維，而后者是小概念思維，前者善于尋找知識(shí)間的內(nèi)在聯(lián)系，善于對(duì)知識(shí)進(jìn)行高層次的概括，善于用大觀點(diǎn)思考問題，善于提出一般性的問題，更為關(guān)注解決問題的思想和通法[ 6 ]。

2.1? 幫助學(xué)生形成物理觀念

物理觀念是物理概念和規(guī)律在頭腦中的提煉和升華，是解釋自然現(xiàn)象和解決問題的基礎(chǔ)[ 2 ]。比如“二力平衡條件”是一個(gè)重要原理，利用它能設(shè)計(jì)測(cè)重力、測(cè)滑動(dòng)摩擦力等，具有更高抽象程度的是“力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因”，這是統(tǒng)攝前者的學(xué)科大概念，居于學(xué)科中心位置，可以用來分析受力情況與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)之間的關(guān)系，可分成很多具體情況。由此形成了解決力學(xué)問題的大觀點(diǎn)，直指問題的本質(zhì)，而不會(huì)被一些表面現(xiàn)象干擾。比如圖1中，人站在沿斜向上方向勻速直線運(yùn)動(dòng)的電梯上，分析人的受力情況。學(xué)生容易受運(yùn)動(dòng)方向干擾，根據(jù)直覺經(jīng)驗(yàn)以為會(huì)有一個(gè)斜向上的力，但大概念思維不會(huì)受表面現(xiàn)象干擾，而是利用力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，分析得出人受力平衡，即合外力為零，支持力與重力二力平衡，以大觀點(diǎn)解小問題，又快又準(zhǔn)確。

2.2? 幫助學(xué)生發(fā)展科學(xué)思維

科學(xué)思維品質(zhì)是物理教學(xué)的重要素養(yǎng)目標(biāo)，大概念教學(xué)指導(dǎo)尋找到解決問題的思想和通法，培養(yǎng)批判性思維。俗稱的“刷題”通過大量的練習(xí)，讓思維形成條件反射，屬于淺層學(xué)習(xí)，但如果遇到真實(shí)的復(fù)雜的情境，未必能夠順利遷移，但是如果實(shí)施大概念教學(xué)，滲透學(xué)科思想方法，則情況大不相同。比如測(cè)密度、測(cè)電阻、測(cè)電功率等實(shí)驗(yàn)，常常會(huì)出現(xiàn)“替代法”或者“轉(zhuǎn)化”的思想[ 1 ]，大可不必把所有可能的情況都練一遍，甚至死記硬背，極其浪費(fèi)精力，只要抓住“替代法”或者“轉(zhuǎn)化”這一大概念和基本公式和一些相關(guān)的知識(shí)即可。

2.3? 幫助學(xué)生發(fā)展實(shí)驗(yàn)探究能力

引導(dǎo)學(xué)生確定問題，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，如何控制變量，如何測(cè)量指定的物理量，實(shí)驗(yàn)記錄表格應(yīng)該如何設(shè)計(jì)，如何分析數(shù)據(jù)，這些每個(gè)實(shí)驗(yàn)都會(huì)遇到的問題是普遍性的，實(shí)驗(yàn)思維也可以認(rèn)定為是大概念思維。比如“比較不同物質(zhì)的吸熱本領(lǐng)”的實(shí)驗(yàn)，應(yīng)該如何解決“吸收熱量的多少是通過什么反映的”“為什么要用相同的熱源”，培養(yǎng)學(xué)生能用多樣化手段分析處理問題的能力，形成正確的物理實(shí)驗(yàn)思維方式。

2.4? 幫助學(xué)生培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度和責(zé)任

新修訂的課標(biāo)強(qiáng)調(diào)立德樹人，科學(xué)態(tài)度和責(zé)任的培育是課程的價(jià)值重要方面。大概念是課堂與生活的連接，抽象與具體的連接。大概念的“大”，不僅僅是其在學(xué)科中的核心地位，而且表示其具有很強(qiáng)的遷移價(jià)值，大概念讓校內(nèi)學(xué)習(xí)走向未來生活，它把物理知識(shí)和實(shí)際生活緊密相結(jié)合，熱愛自然、保護(hù)環(huán)境、遵守科學(xué)倫理、民族自豪感等等情感得以升華。比如當(dāng)前的中考試卷中，很多題目是我國(guó)航天事業(yè)、深潛事業(yè)、高鐵交通、衛(wèi)星通信技術(shù)等有時(shí)代氣息的情境，而這些都與運(yùn)動(dòng)和相互作用、能量等物理學(xué)科中的大概念有緊密關(guān)系。

3? 基于大概念的物理習(xí)題教學(xué)的設(shè)計(jì)策略

3.1? 概念模型課滲透學(xué)科思想的顯性教育

設(shè)計(jì)基于大概念的概念模型課側(cè)重使學(xué)生學(xué)會(huì)從物理學(xué)視角認(rèn)識(shí)客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系，從而形成正確的物理觀念。

示例1： “物質(zhì)的特性知多少”，針對(duì)密度、比熱容、熱值、電阻等，學(xué)生對(duì)這些物理量的內(nèi)涵、公式理解應(yīng)用很容易出錯(cuò)，因此可以歸納比值定義法在物理學(xué)中的應(yīng)用，為什么要引入這個(gè)物理量？這個(gè)比值定義的實(shí)質(zhì)是什么？反過來比可不可以？問題鏈引導(dǎo)學(xué)生思考這些物理量對(duì)于材料的意義，讓學(xué)生領(lǐng)悟?qū)W科思想的重要性，還可以將其遷移到非物質(zhì)特性的物理量如速度、壓強(qiáng)、功率等概念。學(xué)有余力的班級(jí)也可以拓展一下定義式和決定式的區(qū)別。

3.2? 方法技巧課融入物理解題通法指導(dǎo)

設(shè)計(jì)基于大概念的方法技巧課側(cè)重使學(xué)生形成質(zhì)疑、批判、發(fā)散科學(xué)思維能力與品格，能從不同角度思考物理問題，并提出創(chuàng)造性的見解。

示例2： “特殊方法測(cè)量”，應(yīng)對(duì)千變?nèi)f化的特殊法測(cè)量問題，可以采用“歸納-演繹”的思維方式，由具體例子總結(jié)出“替代法”“轉(zhuǎn)化”的物理解題通法，使學(xué)生能夠?qū)㈩}目上升到抽象的模型，再演繹出眾多的習(xí)題解決方法。如以圖2中裝置所示，已知物體質(zhì)量、物體還沒浸入液體中和浸沒液體（但不接觸容器底部）中后天平平衡時(shí)的讀數(shù)，測(cè)物體的密度，由密度公式出發(fā)，物體的體積V是較難知的物理量，沒有量筒直接測(cè)，實(shí)驗(yàn)操作都是為了轉(zhuǎn)化目標(biāo)求V，用V替代V，及浮力推導(dǎo)公式F=ρgV的變形和相關(guān)力學(xué)知識(shí)得解，這種“轉(zhuǎn)化”“替代法”的解題思想在中考試卷中很常見，同理可以用在測(cè)電阻、測(cè)電功率的特殊測(cè)量的題目中，達(dá)到以不變應(yīng)萬變的效果。

3.3? 實(shí)驗(yàn)探究課培養(yǎng)物理實(shí)驗(yàn)思維

設(shè)計(jì)基于大概念的實(shí)驗(yàn)探究課側(cè)重使學(xué)生能使用不同方法和手段分析、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，描述并解釋探究結(jié)果和變化趨勢(shì)。

示例3： “電學(xué)實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)專題”，探究電流與電壓、電阻的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)和伏安法測(cè)電阻、測(cè)小燈泡的電功率的實(shí)驗(yàn)有很多相同操作之處，可以進(jìn)行對(duì)比歸納。除此之外，還有很多實(shí)際實(shí)驗(yàn)中遇到的問題，比如圖3電路圖，其中對(duì)于定值電阻（或者小燈泡）兩端電壓如何調(diào)節(jié)，經(jīng)常會(huì)有定值電阻阻值較大導(dǎo)致電壓表無法調(diào)至所需電壓值，涉及此問題的類似題目五花八門，中考中非常常見，而且是作為壓軸問題出現(xiàn)，對(duì)此要引導(dǎo)學(xué)生透過現(xiàn)象看本質(zhì)，學(xué)會(huì)從串聯(lián)電路的分壓關(guān)系實(shí)驗(yàn)入手，結(jié)合歐姆定律得出的分壓定律==，圍繞此推導(dǎo)式可以解決很多疑問，比如如何測(cè)量大阻值電阻阻值等。

3.4? 綜合應(yīng)用課實(shí)現(xiàn)素養(yǎng)全面提升

設(shè)計(jì)基于大概念的綜合應(yīng)用課側(cè)重強(qiáng)化和提升學(xué)生對(duì)物理規(guī)律方法的綜合運(yùn)用能力，培養(yǎng)學(xué)生形成學(xué)科高級(jí)思維和處理復(fù)雜物理問題的能力。

示例4： “自制密度計(jì)”一課結(jié)合項(xiàng)目式理念創(chuàng)新設(shè)計(jì)復(fù)習(xí)課，不僅能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且在能實(shí)現(xiàn)大概念推動(dòng)深度學(xué)習(xí)的功能?！皬纳钭呦蛭锢?，從物理走向社會(huì)”，通過引導(dǎo)學(xué)生梳理浮力概念、阿基米德原理、物體的浮沉條件等后，自制密度計(jì)，對(duì)生活中常見的液體如鹽水、可樂、牛奶進(jìn)行測(cè)量。實(shí)驗(yàn)時(shí)遇到一些困難可以討論如何改進(jìn)。進(jìn)一步思考如何增大量程，如何提高精確度，為什么有的會(huì)斜傾，有的會(huì)沉底等，以上均圍繞本章的核心概念展開，綜合分析能力和創(chuàng)新能力得到培養(yǎng)。

學(xué)科素養(yǎng)的整合性決定了教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)性和結(jié)構(gòu)化，圍繞大概念教學(xué)已成為基本共識(shí)，因此要系統(tǒng)規(guī)劃習(xí)題課的課時(shí)，讓不同課型與習(xí)題課銜接，規(guī)劃好認(rèn)知邏輯使之符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，從而為核心素養(yǎng)的培育服務(wù)。在評(píng)價(jià)方面，也可以結(jié)合過程性評(píng)價(jià)和結(jié)果性評(píng)價(jià)，讓學(xué)生及時(shí)得到反饋，落實(shí)對(duì)大概念學(xué)習(xí)的掌握，最終實(shí)現(xiàn)核心素養(yǎng)的提升。

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