物理知識建構(gòu)與教學(xué)設(shè)計(jì)

1、物理知識建構(gòu)與教學(xué)設(shè)計(jì)摘要：本文以建構(gòu)主義教學(xué)觀為指導(dǎo)，提出物理知識建 構(gòu)的基本方式，以及物理知識建構(gòu)的教學(xué)設(shè)計(jì)要點(diǎn)。關(guān)鍵詞：建構(gòu)主義；物理知識建構(gòu)；活動方式；教學(xué)設(shè) 計(jì)。物理教學(xué)是科學(xué)過程在教學(xué)上的一種特殊形式，如何在 建構(gòu)物理知識的同時(shí)，發(fā)展學(xué)生的探究能力，改變傳統(tǒng)物理 課重理論、輕實(shí)踐，重動腦、輕動手，重知識、輕能力的教 學(xué)局面，是當(dāng)前物理教學(xué)改革的一個(gè)重要方向。本文試圖以 建構(gòu)主義教學(xué)觀為指導(dǎo)，來探討的一些理論與實(shí)際問題。一、建構(gòu)主義教學(xué)觀當(dāng)代建構(gòu)主義是在充分吸收認(rèn)知心理學(xué)關(guān)于信息加工 研究成果的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。辯證的建構(gòu)主義認(rèn)為，學(xué)習(xí) 是學(xué)習(xí)者自己建構(gòu)知識經(jīng)驗(yàn)的過程，是通過新信息與

2、學(xué)習(xí)者 原有知識經(jīng)驗(yàn)的雙向的相互作用而實(shí)現(xiàn)的。學(xué)習(xí)應(yīng)該通過學(xué) 習(xí)者自己積極的高水平的思維活動而達(dá)成的。教學(xué)不僅要求 信息被適當(dāng)?shù)爻尸F(xiàn)，而且關(guān)鍵在于如何激發(fā)學(xué)生的相關(guān)原有 知識經(jīng)驗(yàn)，促進(jìn)新、舊知識經(jīng)驗(yàn)的相互作用，使新知識在原 有經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上“生長”起來。概括地說，建構(gòu)主義教學(xué)觀認(rèn)為，學(xué)習(xí)包含主體、建構(gòu) 環(huán)境、建構(gòu)素材、知識生長點(diǎn)、建構(gòu)方式等五個(gè)方面。主體是指先前已具有一定的認(rèn)知結(jié)構(gòu)和慣用的認(rèn)知圖式的學(xué)習(xí) 者。建構(gòu)環(huán)境包括學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)時(shí)所處的內(nèi)外環(huán)境，內(nèi)環(huán)境主 要指學(xué)習(xí)者的心態(tài)，建構(gòu)主義特別強(qiáng)調(diào)積極的心態(tài)；外環(huán)境 為物理環(huán)境、人際環(huán)境以及它們內(nèi)部和相互間的作用，教材 等媒體屬于物理環(huán)境，教師和同學(xué)屬

3、于人際環(huán)境。建構(gòu)素材 主要有：直接信息，能夠直接感覺刺激的現(xiàn)實(shí)信息，如實(shí)驗(yàn) 或活動中器具；間接信息，如教師語言或教材描述喚起的表 象，及多媒體展現(xiàn)的綜合信息；符號或概念信息，是指構(gòu)建 某一學(xué)科的符號或它們的關(guān)系式。知識生長點(diǎn)指學(xué)習(xí)者原有 的表象和知識基礎(chǔ)。建構(gòu)方式，包括學(xué)習(xí)者感知、注意的方 式，信息加工方式，問題解決方式等，有些對于新知識的學(xué) 習(xí)起促進(jìn)作用，如已經(jīng)學(xué)會的思維方式，有些可能起阻礙作 用，如思維成見或錯(cuò)誤的前科學(xué)概念。針對建構(gòu)素材的不同，有人將學(xué)習(xí)分為活動性學(xué)習(xí)、觀察性學(xué)習(xí)和符號性學(xué)習(xí)。在 實(shí)際的教學(xué)中，應(yīng)將多種信息融合起來，讓學(xué)生來建構(gòu)對當(dāng) 前知識的理解。二、建構(gòu)主義的知識建構(gòu)方

4、式建構(gòu)主義鼻祖皮亞杰的理論體系中一個(gè)核心概念是圖 式，圖式是指個(gè)體對世界的知覺、理解和思考的方式，圖式 的形成和變化是認(rèn)知發(fā)展的實(shí)質(zhì)。皮亞杰認(rèn)為，認(rèn)知發(fā)展是 受三個(gè)基本過程的影響的：同化、順應(yīng)和平衡。同化 在認(rèn)知發(fā)展理論中，同化是指個(gè)體對刺激輸入的過濾或 改變的過程。同化有三種形式：再現(xiàn)性同化，是指當(dāng)前的刺 激離開眼前時(shí)，進(jìn)行相似性的思維提煉過程；再認(rèn)性同化， 是指當(dāng)刺激再次來到眼前時(shí)，對照刺激進(jìn)行相似性的思維提 煉過程；概括性同化，是指把對過去曾經(jīng)感知過的刺激的相 同特征，遷移到新刺激的認(rèn)知上的過程。個(gè)體對知識的同化 建構(gòu)具有累積效應(yīng)、邏輯生長效應(yīng)、自我整合效應(yīng)。順應(yīng)順應(yīng)是指有機(jī)體調(diào)節(jié)自己內(nèi)

5、部結(jié)構(gòu)以適應(yīng)特定刺激情 境的過程。當(dāng)個(gè)體遇到不能用原有圖式來同化新的刺激時(shí)， 便要對原有圖式加以修改或重建，以適應(yīng)環(huán)境，這就是順應(yīng) 的過程。同化和順應(yīng)相伴而行，沒有同化就不會有順應(yīng)；沒 有順應(yīng)形成的新的同化結(jié)構(gòu)，就不會有更高級的同化產(chǎn)生。 個(gè)體對知識的順應(yīng)建構(gòu)起趨勢作用、引導(dǎo)作用。平衡平衡是指個(gè)體通過自我調(diào)節(jié)機(jī)制使認(rèn)知發(fā)展從一個(gè)平 衡狀態(tài)向另一個(gè)較高平衡狀態(tài)過渡的過程。皮亞杰認(rèn)為，個(gè) 體認(rèn)知圖式是通過同化和順應(yīng)而不斷發(fā)展，以適應(yīng)新的環(huán)境 的。就一般而言，個(gè)體每當(dāng)遇到新的刺激，總是試圖用原有 圖式去同化，若獲得成功，便得到暫時(shí)的平衡。如果用原有 圖式無法同化環(huán)境刺激，個(gè)體便會作出順應(yīng)，即調(diào)節(jié)原有

6、圖 式或重建新圖式，直至達(dá)到認(rèn)識上的新平衡。平衡不是絕對 停止不動，一種較低水平的平衡狀態(tài)，通過個(gè)體與環(huán)境的相 互作用，就會過渡到一種較高水平的平衡。三、物理知識建構(gòu)的基本方式總體上講，物理教學(xué)過程屬于科學(xué)探究過程。從活動過 程來看，科學(xué)探究包含觀察或調(diào)查，提出問題，查閱書刊及 其他信息源以了解別人所做工作情況，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)或調(diào)研方 案，根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況來檢驗(yàn)、修正方案，或者運(yùn)用各種手段搜 集、分析和解讀數(shù)據(jù)，提出答案、解釋和預(yù)測，進(jìn)行交流， 共享研究結(jié)果等等。按照特征類型，這些活動可分解為操作 性建構(gòu)、觀察性建構(gòu)、言語性建構(gòu)和研討性建構(gòu)四種基本形 式。1、操作性建構(gòu)，是指以操作實(shí)驗(yàn)來獲得新知識的過程

7、， 表現(xiàn)為操作技能的發(fā)展與動作圖式的形成，可以是個(gè)人自主 進(jìn)行，或者小組合作進(jìn)行。2、觀察性建構(gòu)，是指通過觀察別人的操作來實(shí)現(xiàn)自己對知識建構(gòu)的過程，主要表現(xiàn)為表象 圖式的形成，例如課堂上觀察老師演示實(shí)驗(yàn)、觀看錄象、 動畫等。3、言語性建構(gòu)，是指以語言或文字學(xué)習(xí)進(jìn)行的知 識建構(gòu)，表現(xiàn)為為邏輯延展或意義同化與順應(yīng)，思維技能和 認(rèn)知圖式的發(fā)展，如聽老師講課，自己閱讀教材，認(rèn)識物理 量的表示和意義，進(jìn)行數(shù)學(xué)推演，甚至解題等。4、研討性建構(gòu)，也稱為社會性建構(gòu)，是指通過師生之間或同學(xué)之間的 某種溝通方式等社會性活動獲得知識的過程，表現(xiàn)為別人對 自己認(rèn)知的暗示與激勵(lì)，暗示包括肯定與否定。例如討論、交流、辯論

8、等在實(shí)際物理教學(xué)中，上述的基本形式可以單獨(dú)進(jìn)行，也 可組合起來，形成課堂教學(xué)過程，來建構(gòu)物理知識，發(fā)展科 學(xué)探究能力和培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神。四、物理知識建構(gòu)的教學(xué)設(shè)計(jì)要點(diǎn)按學(xué)生主動性程度劃分，物理教學(xué)的開展有三種形式： 教師演示，學(xué)生模仿探究；教師引導(dǎo)，學(xué)生探究；教師提示 點(diǎn)撥，學(xué)生自主探究。這三種形式中，學(xué)生探究的主動性、 主體性與創(chuàng)造性程度不相同。物理教學(xué)中具體采用哪一種形 式，一方面要看學(xué)生的技能、能力水平，另一方面還要看客 觀條件情況。但是不管哪一種探究，都要做好如下設(shè)計(jì)工作。摸清基礎(chǔ)，做好認(rèn)知措施設(shè)計(jì)建構(gòu)主義特別強(qiáng)調(diào)新舊知識、經(jīng)驗(yàn)之間的對接、整合， 實(shí)現(xiàn)有效的同化和有準(zhǔn)備的順應(yīng)，達(dá)

9、到認(rèn)知的進(jìn)步與發(fā)展， 因此，任課教師非常有必要在課前對學(xué)生關(guān)于新知識的適應(yīng) 情況作全面調(diào)研。在傳統(tǒng)教學(xué)中，這一點(diǎn)往往被忽視。那么， 究竟作哪些調(diào)研呢？筆者認(rèn)為，主要有兩方面：一是哪些新 知識可以通過同化進(jìn)行認(rèn)知，要調(diào)研學(xué)生新舊知識間的差距 或臺階， 是否具有表象基礎(chǔ)、 是否學(xué)過類似的方法，數(shù)學(xué)知 識是否具備等方面。如由速度概念來建立對加速度的理解，前者表示位置變化的快慢，后者表示速度變化的快慢，這里 方法相同，容易遷移，但后者物理意義更難以理解；磁場概念可以運(yùn)用電場的表象同化來建立，但要注意它們有區(qū)別 二是哪些知識必須運(yùn)用順應(yīng)，這是我們常常所說的難點(diǎn)。一 般地，新舊知識在方法、表述上相差太大的

10、，或者本身無法 被同化時(shí)，則要通過順應(yīng)讓學(xué)生接受，如電磁感應(yīng)現(xiàn)象，初 中是閉合回路的一部分導(dǎo)體“切割磁感線”，高中描述為“穿 過閉合回路的磁通量的變化”，這兩種表述差別較大，需要 順應(yīng)學(xué)習(xí)。除了新知識的認(rèn)知調(diào)查外，問題解決方面的情況 也應(yīng)作好相應(yīng)準(zhǔn)備。教學(xué)環(huán)境及素材設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)境設(shè)計(jì)包括內(nèi)外環(huán)境設(shè)計(jì)，內(nèi)環(huán)境是指學(xué)生積極 的學(xué)習(xí)心態(tài)，外環(huán)境包括物理環(huán)境和人際環(huán)境。物理環(huán)境的 設(shè)計(jì)已經(jīng)又很多這方面的成果，這里不再多談。人際環(huán)境中 要特別設(shè)計(jì)學(xué)生和學(xué)生合作、 交流和討論活動， 以及教師與 學(xué)生之間創(chuàng)建民主氛圍的措施設(shè)計(jì)。比如一堂課中哪些環(huán)節(jié) 設(shè)計(jì)為小組合作完成任務(wù)，哪些環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)為集體討論或分組 討論，

11、是否設(shè)計(jì)交流探究成果的環(huán)節(jié)，等等。這些環(huán)節(jié)都是 基于人際環(huán)境來開展的。對于民主氛圍設(shè)計(jì)的措施，可以從 總體上安排，如教師控制提問幾個(gè)問題和多長時(shí)間，教師引 導(dǎo)探究為多長時(shí)間，學(xué)生自主與合作探究多長時(shí)間，在課前 都應(yīng)做好設(shè)計(jì)，臨場可以有所調(diào)整， 但不應(yīng)超過上限時(shí)間。對于激發(fā)學(xué)生積極心態(tài)的設(shè)計(jì)，必須有具體的措施，如明確 新知識的重要性及對于后續(xù)學(xué)習(xí)甚至個(gè)人理想實(shí)現(xiàn)的意義， 可以介紹知識在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用、科學(xué)人文等，也通過插 播課堂錄象片段或來實(shí)現(xiàn)。關(guān)于素材的設(shè)計(jì)，主要考慮活動性、觀察性、符號性三 種信息資源的主次分配。物理教學(xué)中，操作性信息的獲取要 居于主要地位，觀察性信息的獲取位居其次，然后才

12、是物理 符號性學(xué)習(xí)。實(shí)踐表明，物理實(shí)驗(yàn)在呈現(xiàn)確切信息顯示方面 存在缺陷，可由加以輔助和彌補(bǔ)，能使信息呈現(xiàn)立體化、尺 寸適度具有可觀性。這兩種信息是符號性學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，設(shè)計(jì) 時(shí)分清主次，合理安排，應(yīng)該把三種信息的有關(guān)活動融合起 來。教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)要考慮來自兩個(gè)方面的要求，一是課題的 內(nèi)容具有的教育教學(xué)功能，二是學(xué)生在此學(xué)習(xí)階段的可接受 性；前者反映了目標(biāo)設(shè)計(jì)的內(nèi)容要求，后者反映了目標(biāo)設(shè)計(jì) 的主體要求。就某一課題而言，這兩方面相互作用而可能達(dá) 到的認(rèn)知、技能與能力、態(tài)度等的最近發(fā)展水平都應(yīng)該成為 課題教學(xué)目標(biāo)。為了讓學(xué)生有效地建構(gòu)知識和發(fā)展能力，應(yīng) 該根據(jù)物理知識特點(diǎn)和學(xué)習(xí)條件，分辨出課題

13、內(nèi)容的主目標(biāo) 和次目標(biāo)，主目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)是該課題教學(xué)的主要任務(wù)，次目標(biāo) 可以考慮在完成主目標(biāo)的基礎(chǔ)上有意識地延展任務(wù)來完成。 例如，在課題的探究教學(xué)中，要探究的知識的結(jié)論獲得和探 究能力的發(fā)展這兩個(gè)目標(biāo)一般都是主目標(biāo)，而培養(yǎng)興趣等目 標(biāo)可以在引入課題和結(jié)果的運(yùn)用等環(huán)節(jié)通過激發(fā)好奇心和 動機(jī)來達(dá)成，通過發(fā)揮學(xué)生在探究過程中的首創(chuàng)精神來實(shí)現(xiàn) 創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力目標(biāo)等等。實(shí)際上，也有很多情況是完 成主目標(biāo)的同時(shí)也完成了次目標(biāo)，例如科學(xué)態(tài)度的養(yǎng)成與發(fā)展。教學(xué)模塊、環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)一般地說，課堂教學(xué)過程是由主目標(biāo)指導(dǎo)下的若干環(huán)節(jié) 組成，這些環(huán)節(jié)具有特定活動和完成特定功能。為了完成特 定功能，必須設(shè)計(jì)每一環(huán)節(jié)活動及其

14、措施。有些環(huán)節(jié)是物理 教學(xué)常用的，如實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)，它們一般使用的程序和方法 變化不大，具有較穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，把這樣的環(huán)節(jié)稱為模塊較合 適；還有些環(huán)節(jié)是根據(jù)需要課堂上教師臨時(shí)增加的，可以稱 為臨時(shí)環(huán)節(jié)。因此，教學(xué)設(shè)計(jì)可以分為模塊設(shè)計(jì)和臨時(shí)環(huán)節(jié) 設(shè)計(jì)。模塊設(shè)計(jì)主要考慮它的功能、程序、所用方法、可能 的難點(diǎn)及措施等，臨時(shí)環(huán)節(jié)著重考慮其功能。物理教學(xué)中， 模塊通常有課題引入、 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)分析處理、 結(jié)論應(yīng)用等；臨時(shí)環(huán)節(jié)如知識鋪墊性環(huán)節(jié)。在某一堂課中， 該組合哪些模塊和環(huán)節(jié)，各自占用時(shí)間多少要根據(jù)具體情況 斷定。一般地，模塊可以主要在課前設(shè)計(jì)，臨時(shí)環(huán)節(jié)可根據(jù) 需要臨時(shí)增加，次數(shù)不宜多，時(shí)間不宜

15、長。如高中“電磁感 應(yīng)現(xiàn)象”的教學(xué)設(shè)計(jì)， “條形磁鐵插入閉合線圈實(shí)驗(yàn)，及以 通電螺線管代替條形磁鐵的實(shí)驗(yàn)”可設(shè)計(jì)為模塊，教師上課時(shí)發(fā)現(xiàn)“初中的部分導(dǎo)體切割磁感線實(shí)驗(yàn)”學(xué)生忘了，可以 臨時(shí)復(fù)習(xí)這個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和結(jié)果，這就是臨時(shí)環(huán)節(jié)。教學(xué)思維設(shè)計(jì)總體上講，課堂教學(xué)思維有發(fā)散思維和輻合思維兩類。 教學(xué)主線一般由教師來駕御，以某一問題作為立足點(diǎn)，啟發(fā) 學(xué)生思維發(fā)散，同樣以某一結(jié)論的得出作為歸宿，使學(xué)生思 維輻合。思維散而不收，則顯得凌亂，缺乏目的性；思維收 而不散，則顯呆板，缺乏靈活性，這些都影響物理知識的有 效構(gòu)建。思維發(fā)散與輻合的這種辨證統(tǒng)一關(guān)系，存在于物理 教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)，教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)予以重視。當(dāng)然，教學(xué)中也存 在分析思維和直覺思維的成分，設(shè)計(jì)時(shí)也應(yīng)該關(guān)注。在求異中思維發(fā)散，在目標(biāo)指引中思維輻合，這是教學(xué) 思維設(shè)計(jì)的基本原則。物理