建构物理知识教学设计

　　关键词：建构主义；物理知识建构；活动方式；教学设计。

建构物理知识教学设计

　　物理教学是科学过程在教学上的一种特殊形式，如何在建构物理知识的同时，发展学生的探究能力，改变传统物理课重理论、轻实践，重动脑、轻动手，重知识、轻能力的教学局面，是当前物理教学改革的一个重要方向。本文试图以建构主义教学观为指导，来探讨物理知识建构与教学设计的一些理论与实际问题。

　　一、建构主义教学观

　　当代建构主义是在充分吸收认知心理学关于信息加工研究成果的基础上发展起来的。辩证的建构主义认为，学习是学习者自己建构知识经验的过程，是通过新信息与学习者原有知识经验的双向的相互作用而实现的。学习应该通过学习者自己积极的高水平的思维活动（如综合、概括、解释、假设和推论等）而达成的。教学不仅要求信息被适当地呈现，而且关键在于如何激发学生的相关原有知识经验，促进新、旧知识经验的相互作用，使新知识在原有经验的基础上“生长”起来。

　　概括地说，建构主义教学观认为，学习包含主体、建构环境、建构素材、知识生长点、建构方式等五个方面。主体是指先前已具有一定的认知结构和惯用的认知图式（一种处理信息的方式）的学习者。建构环境包括学习者学习时所处的内外环境，内环境主要指学习者的心态，建构主义特别强调积极的心态；外环境为物理环境、人际环境以及它们内部和相互间的作用，教材等媒体属于物理环境，教师和同学属于人际环境。建构素材主要有：直接信息，能够直接感觉刺激的现实信息，如实验或活动中器具；间接信息，如教师语言或教材描述唤起的表象，及多媒体展现的综合信息；符号或概念信息，是指构建某一学科的符号或它们的关系式。知识生长点指学习者原有的表象和知识基础。建构方式，包括学习者感知、注意的方式，信息加工方式，问题解决方式等，有些对于新知识的学习起促进作用，如已经学会的思维方式，有些可能起阻碍作用，如思维成见或错误的前科学概念。针对建构素材的不同，有人将学习分为活动性学习、观察性学习和符号性学习。在实际的教学中，应将多种信息融合起来，让学生来建构对当前知识的理解。

　　二、建构主义的知识建构方式

　　建构主义鼻祖皮亚杰的理论体系中一个核心概念是图式，图式是指个体对世界的知觉、理解和思考的方式，图式的形成和变化是认知发展的实质。皮亚杰认为，认知发展是受三个基本过程的影响的：同化、顺应和平衡。

　　（一）同化

　　在认知发展理论中，同化是指个体对刺激输入的过滤或改变的过程。同化有三种形式：

　　（1）再现性同化，是指当前的刺激离开眼前时，进行相似性的思维提炼过程；

　　（2）再认性同化，是指当刺激再次来到眼前时，对照刺激进行相似性的思维提炼过程；

　　（3）概括性同化，是指把对过去曾经感知过的刺激的相同特征，迁移到新刺激的认知上的过程。个体对知识的同化建构具有累积效应、逻辑生长效应、自我整合效应。

　　（二）顺应

　　顺应是指有机体调节自己内部结构以适应特定刺激情境的过程。当个体遇到不能用原有图式来同化新的刺激时，便要对原有图式加以修改或重建，以适应环境，这就是顺应的过程。同化和顺应相伴而行，没有同化就不会有顺应；没有顺应形成的新的同化结构，就不会有更高级的同化产生。个体对知识的顺应建构起趋势作用、引导作用。

　　（三）平衡

　　平衡是指个体通过自我调节机制使认知发展从一个平衡状态向另一个较高平衡状态过渡的过程。皮亚杰认为，个体认知图式是通过同化和顺应而不断发展，以适应新的环境的。就一般而言，个体每当遇到新的刺激，总是试图用原有图式去同化，若获得成功，便得到暂时的平衡。如果用原有图式无法同化环境刺激，个体便会作出顺应，即调节原有图式或重建新图式，直至达到认识上的新平衡。平衡不是绝对停止不动，一种较低水平的平衡状态，通过个体与环境的相互作用，就会过渡到一种较高水平的平衡。

　　三、物理知识建构的基本方式

　　总体上讲，物理教学过程属于科学探究过程。从活动过程来看，科学探究包含观察或调查，提出问题，查阅书刊及其他信息源以了解别人所做工作情况，设计实验或调研方案，根据实验情况来检验、修正方案，或者运用各种手段搜集、分析和解读数据，提出答案、解释和预测，进行交流，共享研究结果等等。按照特征类型，这些活动可分解为操作性建构、观察性建构、言语性建构和研讨性建构四种基本形式。

　　1、操作性建构，是指以操作实验来获得新知识的过程，表现为操作技能的发展与动作图式的形成，可以是个人自主进行，或者小组合作进行。

　　2、观察性建构，是指通过观察别人的操作来实现自己对知识建构的过程，主要表现为表象图式的形成，例如课堂上观察老师演示实验、观看录象、、动画等。

　　3、言语性建构，是指以语言或文字学习进行的知识建构，表现为为逻辑延展或意义同化与顺应，思维技能和认知图式的发展，如听老师讲课，自己阅读教材，认识物理量的表示和意义，进行数学推演，甚至解题等。

　　4、研讨性建构，也称为社会性建构，是指通过师生之间或同学之间的某种沟通方式等社会性活动获得知识的过程，表现为别人对自己认知的暗示与激励，暗示包括肯定与否定。例如讨论、交流、辩论等。

　　在实际物理教学中，上述的基本形式可以单独进行，也可组合起来，形成课堂教学过程，来建构物理知识，发展科学探究能力和培养科学态度和科学精神。

　　四、物理知识建构的教学设计要点

　　按学生主动性程度划分，物理教学的开展有三种形式：教师演示，学生模仿探究；教师引导，学生探究；教师提示点拨，学生自主探究。这三种形式中，学生探究的主动性、主体性与创造性程度不相同。物理教学中具体采用哪一种形式，一方面要看学生的技能、能力水平，另一方面还要看客观条件（如时间、实验设备）情况。但是不管哪一种探究，都要做好如下设计工作。

　　1、摸清基础，做好认知措施设计

　　建构主义特别强调新旧知识、经验之间的对接、整合，实现有效的同化和有准备的顺应，达到认知的进步与发展，因此，任课教师非常有必要在课前对学生关于新知识的适应情况作全面调研。在传统教学中，这一点往往被忽视。那么，究竟作哪些调研呢？笔者认为，主要有两方面：一是哪些新知识可以通过同化进行认知，要调研学生新旧知识间的差距或台阶，是否具有表象基础、是否学过类似的方法，数学知识是否具备等方面。如由速度概念来建立对加速度的理解，前者表示位置变化的快慢，后者表示速度变化的快慢，这里方法相同，容易迁移，但后者物理意义更难以理解；磁场概念可以运用电场的表象同化来建立，但要注意它们有区别。二是哪些知识必须运用顺应，这是我们常常所说的难点。一般地，新旧知识在方法、表述上相差太大的，或者本身无法被同化时，则要通过顺应让学生接受，如电磁感应现象，初中是闭合回路的一部分导体“切割磁感线”，高中描述为“穿过闭合回路的磁通量的变化”，这两种表述差别较大，需要顺应学习。除了新知识的认知调查外，问题解决方面的情况也应作好相应准备。

　　2、教学环境及素材设计

　　教学环境设计包括内外环境设计，内环境是指学生积极的学习心态，外环境包括物理环境和人际环境。物理环境的设计已经又很多这方面的成果，这里不再多谈。人际环境中要特别设计学生和学生合作、交流和讨论活动，以及教师与学生之间创建民主氛围的措施设计。比如一堂课中哪些环节设计为小组合作完成任务，哪些环节设计为集体讨论或分组讨论，是否设计交流探究成果的环节，等等。这些环节都是基于人际环境来开展的。对于民主氛围设计的措施，可以从总体上安排，如教师控制提问几个问题和多长时间，教师引导探究为多长时间，学生自主与合作探究多长时间，在课前都应做好设计，临场可以有所调整，但不应超过上限时间。对于激发学生积极心态的设计，必须有具体的措施，如明确新知识的重要性及对于后续学习甚至个人理想实现的意义，可以介绍知识在生产生活中的应用、科学人文等，也通过插播课堂录象片段或来实现。

　　关于素材的设计，主要考虑活动性、观察性、符号性三种信息资源的主次分配。物理教学中，操作性信息（操作实验取得数据）的获取要居于主要地位，观察性信息（观察教师演示、录象、等）的获取位居其次，然后才是物理符号性学习（如学习物理概念和规律的表达）。实践表明，物理实验在呈现确切信息显示方面存在缺陷，可由加以辅助和弥补，能使信息呈现立体化、尺寸适度具有可观性。这两种信息是符号性学习的基础，设计时分清主次，合理安排，应该把三种信息的有关活动融合起来。

　　3、教学目标设计

　　设计教学目标要考虑来自两个方面的`要求，一是课题的内容具有的教育教学功能，二是学生在此学习阶段的可接受性；前者反映了目标设计的内容要求，后者反映了目标设计的主体要求。就某一课题而言，这两方面相互作用而可能达到的认知、技能与能力、态度等的最近发展水平都应该成为课题教学目标。为了让学生有效地建构知识和发展能力，应该根据物理知识特点和学习条件，分辨出课题内容的主（要）目标和次（要）目标，主目标的实现是该课题教学的主要任务，次目标可以考虑在完成主目标的基础上有意识地延展任务来完成。例如，在课题的探究教学中，要探究的知识的结论获得和探究能力的发展这两个目标一般都是主目标，而培养兴趣等目标可以在引入课题和结果的运用等环节通过激发好奇心和动机来达成，通过发挥学生在探究过程中的首创精神来实现创新意识与创新能力目标等等。实际上，也有很多情况是完成主目标的同时也完成了次目标，例如科学态度的养成与发展。

　　4、教学模块、环节设计

　　一般地说，课堂教学过程是由主目标指导下的若干环节组成，这些环节具有特定活动和完成特定功能。为了完成特定功能，必须设计每一环节活动及其措施。有些环节是物理教学常用的，如实验操作环节，它们一般使用的程序和方法变化不大，具有较稳定的结构，把这样的环节称为模块较合适；还有些环节是根据需要课堂上教师临时增加的，可以称为临时环节。因此，教学设计可以分为模块设计和临时环节设计。模块设计主要考虑它的功能、程序、所用方法、可能的难点及措施等，临时环节着重考虑其功能。物理教学中，模块通常有课题引入、实验设计、实验操作、数据分析处理、结论应用等；临时环节如知识铺垫性环节。在某一堂课中，该组合哪些模块和环节，各自占用时间多少要根据具体情况断定。一般地，模块可以主要在课前设计，临时环节可根据需要临时增加，次数不宜多，时间不宜长。如高中“电磁感应现象”的教学设计，“条形磁铁插入闭合线圈实验，及以通电螺线管代替条形磁铁的实验”可设计为模块，教师上课时发现“初中的部分导体切割磁感线实验”学生忘了，可以临时复习这个实验内容和结果，这就是临时环节。

　　5、教学思维设计

　　总体上讲，课堂教学思维有发散思维和辐合思维两类。教学主线一般由教师来驾御，以某一问题作为立足点，启发学生思维发散，同样以某一结论的得出作为归宿，使学生思维辐合。思维散而不收，则显得凌乱，缺乏目的性；思维收而不散，则显呆板，缺乏灵活性，这些都影响物理知识的有效构建。思维发散与辐合的这种辨证统一关系，存在于物理教学的各个环节，教学设计应予以重视。当然，教学中也存在分析思维（逻辑推理）和直觉思维的成分，设计时也应该关注。

　　在求异中思维发散，在目标指引中思维辐合，这是教学思维设计的基本原则。物理教学思维设计，应使学生在学习中能够将内部思维与外部行为自然地结合起来，在操作中充分感知、识记、领会物理现象；通过理性思考和数据分析，把握物理客体及其运动变化的规律性。同时，还让学生在迷惑或困境中不断地发现、提出问题，触发解决问题的欲望，有所发现有所创新，以及亲自体验成功与失败，科学的思想、方法和历程。

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