摘 要核心物理知識(shí)觀是結(jié)構(gòu)化的知識(shí)體系，高結(jié)構(gòu)化的體系為知識(shí)立體網(wǎng)絡(luò)，其核心是各知識(shí)連接的節(jié)點(diǎn)，運(yùn)用心理學(xué)詮釋節(jié)點(diǎn)的特征：完整性、核心性、動(dòng)態(tài)性、擴(kuò)容性。結(jié)合知識(shí)網(wǎng)絡(luò)建構(gòu)的實(shí)例，闡述節(jié)點(diǎn)建構(gòu)策略——整體化、模型化、顯性化、系列化、層次化和網(wǎng)絡(luò)化，旨在對(duì)核心素養(yǎng)視域下重新審視物理知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，為科學(xué)思維的形成提供新的思路。

核心素養(yǎng) 立體網(wǎng)絡(luò) 知識(shí)結(jié)構(gòu) 節(jié)點(diǎn)

聚焦高中物理核心素養(yǎng)的知識(shí)觀，其根本是如何將碎片化、斷點(diǎn)化的知識(shí)結(jié)構(gòu)化，并從低結(jié)構(gòu)走向高結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)就是知識(shí)與知識(shí)之間的聯(lián)系。知識(shí)系統(tǒng)化的常見策略是樹形圖、思維導(dǎo)圖等，知識(shí)之間靠單一邏輯關(guān)系建立，或者各知識(shí)系列是平行的，體現(xiàn)為線性、單向性的特征，其層次結(jié)構(gòu)明顯，適合單元知識(shí)體系構(gòu)建，是低結(jié)構(gòu)知識(shí)體系，無(wú)法滿足學(xué)生在實(shí)際問題中對(duì)知識(shí)的靈活運(yùn)用。知識(shí)立體網(wǎng)絡(luò)就是可以打破知識(shí)層次的邏輯性聯(lián)系，將線性的、單向思維方式變成了非線性的、多向傳播的思維特征，深入揭示程序性知識(shí)隱含的本質(zhì)特點(diǎn)和隱藏在知識(shí)背后的思維方法，通過方法論重建知識(shí)間的橫縱向聯(lián)系，利用“節(jié)點(diǎn)”促成不同物理知識(shí)體系進(jìn)行有效聯(lián)系?！肮?jié)點(diǎn)”就是指一個(gè)完整的物理知識(shí)結(jié)構(gòu)體系中與其他的物理知識(shí)點(diǎn)之間存在必然或應(yīng)然的關(guān)系，這種促成不同物理知識(shí)體系進(jìn)行有效聯(lián)系的知識(shí)單元就是知識(shí)體系建構(gòu)中的“節(jié)點(diǎn)”。它是高結(jié)構(gòu)知識(shí)，是核心。

一、運(yùn)用心理學(xué)詮釋節(jié)點(diǎn)的特征

根據(jù)完形心理學(xué)，人的心理活動(dòng)是一個(gè)有組織的整體，人的心理活動(dòng)過程本身具有組織和解釋功能，人們可以根據(jù)對(duì)事物完型結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，通過不同情形的刺激、組合，會(huì)把不完整意義結(jié)構(gòu)當(dāng)作完整意義來(lái)構(gòu)造。皮亞杰認(rèn)為：智慧行為依賴于同化與順應(yīng)這兩種機(jī)能從最初不穩(wěn)定平衡過渡到逐漸穩(wěn)定的平衡。杜威特別強(qiáng)調(diào)的“經(jīng)驗(yàn)的延續(xù)性”原則，當(dāng)人腦對(duì)信息的加工處理依賴于人已有的知識(shí)結(jié)構(gòu)時(shí)，即人們已有的、有組織的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，會(huì)將新舊知識(shí)相互聯(lián)系、構(gòu)成一個(gè)整體。通過不同彼此相屬的部分、某些距離較短或互相接近的部分，組合成一個(gè)整體，用一個(gè)符號(hào)、物理量、物理方程等構(gòu)成一個(gè)“節(jié)點(diǎn)”知識(shí)單元。在問題解決過程中，我們往往需要很多個(gè)知識(shí)節(jié)點(diǎn)整合起來(lái)去解決問題，在整合過程中就形成激活的知識(shí)的流動(dòng)，流動(dòng)的知識(shí)是建立知識(shí)關(guān)系的基礎(chǔ)元素，是創(chuàng)造、共享知識(shí)的前提。

1.完整性

不同的節(jié)點(diǎn)之間是相對(duì)獨(dú)立地存在著，而節(jié)點(diǎn)內(nèi)部聯(lián)系緊密，這就使得每個(gè)節(jié)點(diǎn)成為一個(gè)獨(dú)立的、完整的、具有內(nèi)部聯(lián)系的處理單元。

2.核心性

節(jié)點(diǎn)是知識(shí)之間的聯(lián)系橋梁，是多個(gè)思維起點(diǎn)，是更深刻、更隱蔽的中間事物或事件，承載著知識(shí)結(jié)構(gòu)的中心引領(lǐng)作用。通過它既可以將多個(gè)知識(shí)聚合在一起，也可以向多個(gè)思維方向發(fā)散。節(jié)點(diǎn)的核心性決定了知識(shí)之間的聯(lián)系緊密程度，知識(shí)結(jié)構(gòu)中是否有豐富的方法和策略，知識(shí)結(jié)構(gòu)的組織是否合理，這有利于提高思維的廣闊性、深刻性、靈活性，是提升思維層次的根本。

3.動(dòng)態(tài)性

人們大腦中的節(jié)點(diǎn)不是靜止的，是個(gè)動(dòng)態(tài)的概念，具有重組、整合的功能，它會(huì)隨著學(xué)生的經(jīng)驗(yàn)累積、知識(shí)構(gòu)成、認(rèn)知結(jié)構(gòu)的變化而變化。它一方面和感覺器官輸入的信息相互聯(lián)系、相互作用，又和其他相似節(jié)點(diǎn)相互作用、相互聯(lián)系，形成新的內(nèi)涵更豐富的節(jié)點(diǎn)。

4.擴(kuò)容性

節(jié)點(diǎn)的擴(kuò)容性對(duì)心理學(xué)的研究存在著重要意義。隨著學(xué)習(xí)的深入，可用于節(jié)點(diǎn)記憶的信息個(gè)體不斷地增加，構(gòu)建的節(jié)點(diǎn)數(shù)量也隨之增加。當(dāng)一個(gè)知識(shí)被加工或受到刺激，連接該體系的節(jié)點(diǎn)就會(huì)被激活，然后激活沿該節(jié)點(diǎn)的各個(gè)連接同時(shí)向四周擴(kuò)散，先擴(kuò)散到與之直接相連的節(jié)點(diǎn)，再擴(kuò)散到其他節(jié)點(diǎn)。知識(shí)一旦被激活，有利于學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)的繼續(xù)生長(zhǎng)，提高學(xué)習(xí)潛力和可持續(xù)發(fā)展，為未來(lái)經(jīng)驗(yàn)的獲得和終身發(fā)展奠基。

二、物理知識(shí)立體網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的構(gòu)建

立體知識(shí)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)可以是一個(gè)符號(hào)、一個(gè)聯(lián)系、一個(gè)模型、思維核心點(diǎn)、思維拐點(diǎn)、知識(shí)的生長(zhǎng)點(diǎn)。它可以有多種表述、多個(gè)參量、多角度思維的復(fù)合體或相似相關(guān)相近的組合。

1.整體化

節(jié)點(diǎn)的核心性決定了它必須是一個(gè)完整的知識(shí)單元。如電源，內(nèi)阻和電動(dòng)勢(shì)同為描述電源的重要參數(shù)，那么電源作為知識(shí)節(jié)點(diǎn)時(shí)兩個(gè)量應(yīng)同時(shí)出現(xiàn)，電源的理解用到等效電源，電路的計(jì)算用到方程組法，路端電壓與外電阻關(guān)系，路端電壓與干路電流關(guān)系，輸出功率與外電阻關(guān)系，所有的知識(shí)發(fā)散均圍繞內(nèi)阻和電動(dòng)勢(shì)展開的。又如帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，軌跡的圓心角？茲是知識(shí)體系的節(jié)點(diǎn)，圓心角？茲是需和速度改變角和弦切角組合在一起，求軌道半徑有兩個(gè)思路，物理方法r=■和幾何方法，幾何方法多用三角函數(shù)知識(shí)求解，三角函數(shù)會(huì)用到圓心角，而圓心角？茲又是求時(shí)間的根本，求時(shí)間可以有兩條思路，t=■·■和t=■。

2.模型化

節(jié)點(diǎn)可以是一個(gè)模型。如豎直方向彈簧小球模型（即豎直彈簧振子），小球接觸彈簧后下落過程受一個(gè)恒力和一個(gè)變力作用，合外力為變力，小球在變力作用下先做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)再做加速度增大的減速運(yùn)動(dòng)。這個(gè)模型成為節(jié)點(diǎn)可以連接機(jī)車在恒定功率下運(yùn)動(dòng)問題，連接電場(chǎng)磁場(chǎng)和重力場(chǎng)復(fù)合中桿球的最大速度與最大加速度，連接電磁感應(yīng)中收尾速度問題。這個(gè)模型的分析方法還可以連接電磁感應(yīng)中變化外力作用下的勻變速問題。

3.顯性化

簡(jiǎn)單的知識(shí)節(jié)點(diǎn)顯性意義明顯，它成為節(jié)點(diǎn)必然有豐富的隱含意思，關(guān)鍵在于其隱性意義的應(yīng)用，隱性知識(shí)顯性化是基本策略。如兩物體做直線運(yùn)動(dòng)v-t圖線的交點(diǎn)，顯性意義是速度相同，其隱含意義為在追擊相遇問題中速度相同為臨界條件，恰好追上或者恰好追不上，兩物相距最大最小。速度相同又連接著板塊模型的臨界問題是否滑離木板，不發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)；連接子彈射擊木塊模型、彈簧模型的動(dòng)量問題，能否射穿木塊、彈性勢(shì)能最大、損失動(dòng)能最大；連接電磁感應(yīng)中等距雙桿問題，回路中產(chǎn)生的焦耳熱最大。

4.系列化

按一個(gè)特殊的、連續(xù)的序列的方式將不同知識(shí)點(diǎn)組合起來(lái)構(gòu)成知識(shí)網(wǎng)絡(luò)體系。如圖像分析法中點(diǎn)線面可以作為連接不同知識(shí)領(lǐng)域的節(jié)點(diǎn)。如用伏安法測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，其核心是圖像法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，由函數(shù)解析式U=E-Ir，得到截距點(diǎn)和斜率的意義。函數(shù)解析式U=E-Ir的點(diǎn)線與圖像面積構(gòu)成分析圖像的節(jié)點(diǎn)，如分析運(yùn)動(dòng)學(xué)的v-t圖和x-t圖，動(dòng)力學(xué)的F-t圖和a-t圖，能量中P-t圖和E-x圖，電場(chǎng)中？漬-x圖和E-x圖，電磁感應(yīng)中能量中B-t圖、E-t圖、U-t圖和I-t圖等。

5.層次化

節(jié)點(diǎn)按不同的情形分別分類逐一分層展開，形成層次化的立體結(jié)構(gòu)。如牛頓第二定律F合=ma是解決了運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系問題。加速度是節(jié)點(diǎn)，宏觀上其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為：F合決定a，a和v0決定運(yùn)動(dòng)情況。其立體知識(shí)網(wǎng)絡(luò)為：（1）F合=0時(shí)，a=0，若v=0，物體處于靜止；若v≠0，物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)。（2）F合恒定，a=F合/m恒定，物體做勻變速運(yùn)動(dòng)。設(shè)F合的方向與初速v0的方向的夾角為θ：若v0=0，勻加速直線運(yùn)動(dòng)，如自由落體運(yùn)動(dòng)；v0≠0，勻加速直線運(yùn)動(dòng)，如豎直下拋運(yùn)動(dòng)；v0≠0，且θ=180°，勻減速直線運(yùn)動(dòng)，如豎直上拋運(yùn)動(dòng)；a聯(lián)系運(yùn)動(dòng)學(xué)公式vt=v0+at，x=v0t+■at2，

2ax=vt2-v02。v0≠0，且θ=90°，勻變速曲線運(yùn)動(dòng)，如平拋運(yùn)動(dòng)，a聯(lián)系運(yùn)動(dòng)學(xué)公式中位移關(guān)系x=v0t，y=■gt2，速度關(guān)系vx=v0vy=gt，tanθ=■，能量關(guān)系2gy=vt2-v02=vy2；v0≠0，且0°<θ<90°，勻加速曲線運(yùn)動(dòng)，如斜下拋運(yùn)動(dòng)；v0≠0，且90°<θ<180°，勻減速曲線運(yùn)動(dòng)，如斜上拋運(yùn)動(dòng)。（3）F合變化，a也變化，體現(xiàn)瞬時(shí)對(duì)應(yīng)關(guān)系：F合的大小不變，方向始終與v的方向垂直，質(zhì)點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)；F合的大小與對(duì)平衡位置的位移成正比、方向與位移方向相反，即F合=-kx，則質(zhì)點(diǎn)做簡(jiǎn)諧振動(dòng)。將此網(wǎng)絡(luò)延伸到在電磁場(chǎng)、電磁感應(yīng)情景中分析。

6.網(wǎng)絡(luò)化

在知識(shí)體系中，在某種組合條件下就形成知識(shí)聯(lián)系的節(jié)點(diǎn)，多個(gè)節(jié)點(diǎn)相互牽連、相互制約，不同范疇的知識(shí)形成不同的網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成非線性的立體網(wǎng)絡(luò)。如電學(xué)設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，已知內(nèi)阻的電表，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中可以有兩方面的衍生，電表的異用（電流表當(dāng)做電壓表使用、電壓表當(dāng)做電流表使用）和擴(kuò)程，但電壓表串聯(lián)在電路中要對(duì)應(yīng)著大電阻、電流表并聯(lián)的是小電阻，擴(kuò)程需對(duì)應(yīng)定值電阻或者電阻箱，而電阻箱或者定值電阻就是另一延伸知識(shí)的節(jié)點(diǎn)；電阻箱可以衍生的知識(shí)有電流（壓）表半偏法、與單刀雙擲開關(guān)組合成等效替代法測(cè)電阻，伏阻法、安阻法測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，電表的擴(kuò)程；定值電阻可以用于電表的擴(kuò)程，保護(hù)電阻，等效電源法，與單刀雙擲開關(guān)組合用于伏阻法、安阻法測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻；單刀雙擲開關(guān)可以用于與電阻箱組合成等效替代法測(cè)電阻，電路變化問題。

總之，構(gòu)建知識(shí)立體網(wǎng)絡(luò)，形成整體的、流動(dòng)的、發(fā)展的、動(dòng)態(tài)的策略性知識(shí)觀，學(xué)生在知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建過程中將認(rèn)知活動(dòng)融入個(gè)人的建構(gòu)中，才能實(shí)現(xiàn)學(xué)科體系與學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)相聯(lián)系、與學(xué)生生活相聯(lián)系，提高知識(shí)的真正價(jià)值——與學(xué)生的現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用價(jià)值相聯(lián)系。

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【責(zé)任編輯 孫曉雯】