駱 波

(江蘇省錫山高級中學(xué)實驗學(xué)校，江蘇 無錫 214177)

當(dāng)零散的“知識”按照一定的邏輯整合成結(jié)構(gòu)化的“觀念”時,學(xué)生就初步具備了應(yīng)用知識分析問題、解決問題的“能力”．當(dāng)“能力”能夠靈活地遷移到新的情境時,學(xué)生就會具備較敏感的問題意識并收獲意義感,“素養(yǎng)”便得以形成．可見,“能力”是從知識到素養(yǎng)的橋梁,如果說知識是微觀的、素養(yǎng)是宏觀的,那么“能力”則是中觀的．結(jié)構(gòu)化的知識是培育能力的基礎(chǔ),因為只有結(jié)構(gòu)化的知識才是可遷移的,這正是當(dāng)下大力倡導(dǎo)“單元設(shè)計”的緣由．

根據(jù)劃分的依據(jù)不同,單元大致分為兩類:以大項目(任務(wù))來統(tǒng)率的單元和以大概念(或觀念)來統(tǒng)率的單元．就科學(xué)教育,特別是分科設(shè)置的物理課程而言,更適于以大概念統(tǒng)率單元,以學(xué)科核心概念的學(xué)習(xí)進階為設(shè)計主線,在真實情境與任務(wù)中積累學(xué)科活動經(jīng)驗,發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)．大概念理念為單元設(shè)計中的知識結(jié)構(gòu)化指明了方向,但如何實現(xiàn)知識結(jié)構(gòu)化仍有待探討．本文以“壓強與浮力”單元為例,簡要歸納知識結(jié)構(gòu)化過程中需要關(guān)注的三類結(jié)構(gòu),以期為知識的聯(lián)結(jié)提供路徑參考．

1 解讀課程體系結(jié)構(gòu):確立知識的課程坐標(biāo),把握單元的上聯(lián)下拓

圖1 知識的課程坐標(biāo)

“核心素養(yǎng)—課程標(biāo)準(zhǔn)—單元設(shè)計—學(xué)習(xí)評價”是教學(xué)活動的基本鏈環(huán)．[1]在此鏈環(huán)中,單元設(shè)計是課程實施的中觀環(huán)節(jié),上聯(lián)課程,下拓課時．如圖1所示,教師在解讀知識內(nèi)容時,首先要有精準(zhǔn)的課程定位,明確本節(jié)學(xué)習(xí)內(nèi)容所屬的主題或單元,要思考單元在課程中的定位及單元間的關(guān)聯(lián);接著要分析學(xué)生的學(xué)段特征和已有儲備,充分考慮能力發(fā)展的層遞性;最后確立單元所指向的學(xué)科核心素養(yǎng),可能側(cè)重某一素養(yǎng),也可能多項素養(yǎng)均有體現(xiàn)．以“浮力”為例.

表1 案例1——“浮力”的“課程坐標(biāo)”分析

續(xù)表

教師在備課過程中進行內(nèi)容分析時,可以參照上表所呈現(xiàn)的維度,在科學(xué)把握課程特質(zhì)、學(xué)情特征和素養(yǎng)指向的基礎(chǔ)上,制定課時學(xué)習(xí)目標(biāo)．如,“浮力”課時學(xué)習(xí)目標(biāo):

① 通過實驗,體驗浮力的存在,會使用彈簧測力計測量物體所受浮力的大小,會分析浸在液體中的物體的受力情況;

② 經(jīng)歷探究影響浮力大小的因素的過程,知道阿基米德原理;

③ 了解猜想在科學(xué)探究中的意義,體會剔除錯誤猜想、合并有效猜想的研究方法．

盡管一堂課的學(xué)習(xí)內(nèi)容與課程間的結(jié)構(gòu)關(guān)系有時不那么明顯,但課程意識強的教師通常會圍繞課程目標(biāo)精心組織螺旋上升的學(xué)習(xí)材料,在學(xué)習(xí)過程中滲透課程理念,并逐步達成課程目標(biāo)．做好單元分析,教師心中才有課程;做實學(xué)情分析,教師眼中才有學(xué)生;把握素養(yǎng)指向,教學(xué)才不偏離航道．

2 分析認(rèn)知心理層次:從表象到本質(zhì),觸及知識的內(nèi)核

圖2 知識的認(rèn)知心理層次

認(rèn)知心理學(xué)研究表明,學(xué)生的學(xué)習(xí)是有一個心理層次和過程的．就物理概念學(xué)習(xí)而言,學(xué)生大致經(jīng)歷如圖2所示的過程:在觀察和體驗的基礎(chǔ)上,提取已有的事實或經(jīng)驗,并利用物理術(shù)語對事實加以界定、分類,再概括出事物的共同本質(zhì)特征,以建構(gòu)物理概念,最終在概念理解和應(yīng)用中領(lǐng)悟相關(guān)的物理思想或觀念．關(guān)注認(rèn)知心理的層次,就是關(guān)注學(xué)習(xí)活動的發(fā)生機制,從心理結(jié)構(gòu)的角度去探討學(xué)習(xí)的發(fā)生問題,也是在意義建構(gòu)的視域下去審視知識的結(jié)構(gòu)．

案例2:“壓強”概念教學(xué)片段

(1) 表象層.

觀察與作圖:如圖3、4所示,畫出圖中鐵錘對釘子作用力、運動員對平衡木作用力的示意圖．

圖3

圖5

想一想:所畫的力的示意圖有何共同點?(垂直作用于物理表面的力叫作壓力．)

提出問題:如圖5,小明和小華都站在沼澤地上,小明陷得比較深．導(dǎo)致這一差異的原因可能是什么?

(2) 映射層.

體驗:① 如圖6,一只手平壓在氣球上,另一只手的食指頂住氣球,觀察氣球兩側(cè)的形變情況．改變壓力的大小,氣球的形變有何不同?② 如圖7將鉛筆的一端削尖,用兩只手的食指分別壓住鉛筆的兩端．兩個手指的感覺有什么不同?改變壓力的大小,多體驗幾次．

圖6

圖8

探究:如圖8,選擇合適的器材,設(shè)計實驗,探究影響壓力作用效果的因素．

結(jié)論:壓力的作用效果與壓力大小和受力面積有關(guān)．

(3) 概念層.

觀察與思考:將數(shù)量不等的磚塊壓在海綿上,甲、乙中哪個壓力的作用效果更明顯?甲、丙中哪個壓力的作用效果更明顯?乙、丙壓力不等、受力面積也不等,如何比較壓力的作用效果呢?(實驗顯示海綿形變程度幾乎一樣)沒有海綿能比較嗎?能否有更一般的比較方法?

表2

量化:求壓力與受力面積的比值,這個比值越大,壓力的作用效果就越明顯．

(4) 思想層.

物理學(xué)上,常常利用兩個基本物理量的比值來定義新的物理量,如速度、密度等,這為我們提供了利用外界因素來表示其特征的間接方式．在概念的理解中,要弄清概念表達的屬性(實質(zhì)),切忌將定義式看做純粹的數(shù)學(xué)符號．

上述教學(xué)片段體現(xiàn)了知識意義的豐富過程,由淺表到深刻,呈現(xiàn)出知識本身的內(nèi)在結(jié)構(gòu)(壓力—壓力的作用效果—壓強)．隨著學(xué)習(xí)的深入,物理概念的表征形式會越來越抽象,也更深刻地揭示出自然界物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)、相互作用和運動規(guī)律,也更需要還原知識的認(rèn)知層次和內(nèi)在結(jié)構(gòu)．教學(xué)設(shè)計過程中,要把握認(rèn)知心理層次,引導(dǎo)學(xué)生透過表象看到本質(zhì),逐步觸及知識的內(nèi)核,滲透體現(xiàn)學(xué)科特質(zhì)的思維方式、思想方法．

3 規(guī)劃概念進階路徑:以概念進階設(shè)計活動群,邁向物理大概念

整合與發(fā)展是當(dāng)代基礎(chǔ)教育階段科學(xué)課程改革的核心理念,實現(xiàn)科學(xué)課程整合首先應(yīng)圍繞大概念組織知識內(nèi)容,建構(gòu)統(tǒng)一的概念體系,在此基礎(chǔ)上設(shè)計合理的學(xué)習(xí)進階,以促進學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的連貫發(fā)展．[2]

在單元教學(xué)中,教師會圍繞單元目標(biāo)提供系列學(xué)習(xí)材料,這些材料同樣需要進行結(jié)構(gòu)化加工,以形成由簡單到復(fù)雜、相互關(guān)聯(lián)的材料序列．進一步地,要明確各材料所對應(yīng)的發(fā)展層級和具體表現(xiàn),便于學(xué)習(xí)過程中教師依據(jù)診斷結(jié)果及時調(diào)整學(xué)習(xí)材料的內(nèi)容及呈現(xiàn)方式,并在循序建模中實現(xiàn)概念的進階,逐步邁向大概念．當(dāng)然,這里所講的大概念具有相對性,比如“浮力”在物理課程中只能算是基礎(chǔ)概念,但在浮力單元學(xué)習(xí)中可視作大概念．

案例3:“浮力”學(xué)習(xí)活動群設(shè)計

(1) “浮力”概念進階路線分析.

① 浮力的定義→浮力的測量→阿基米德原理

② 壓力→壓強→液體壓強

③ 力、物體的運動→力與運動的關(guān)系→物體的浮沉條件

路線①:浮力是一種特殊的彈力,方向是向上的、大小受排開液體的體積和液體的密度影響,進一步定量研究發(fā)現(xiàn)浮力滿足阿基米德原理．

路線②:揭示浮力產(chǎn)生的原因,承接本單元壓強學(xué)習(xí)經(jīng)驗,浸入液體中的物體不同表面所受液體壓強不等．

路線③:浮力是力學(xué)學(xué)習(xí)中一種常見的力,受力分析是研究力學(xué)問題的基本手段,運動與相互作用觀念是力學(xué)的核心觀念．

(2) “浮力”概念建構(gòu)活動設(shè)計.

整合路線①、③,設(shè)計學(xué)習(xí)活動群組,如圖9-12所示．

圖9 觀察浮力現(xiàn)象

圖11 探究影響浮力大小的因素

圖12 探究物體的浮沉條件

(3) “浮力”學(xué)習(xí)評價活動設(shè)計.

為了在評價中發(fā)展對概念的綜合理解,促進概念的進階,設(shè)計以下表現(xiàn)性評價任務(wù):

評價活動1:請利用彈簧測力計、燒杯、小水桶、鋁塊(附懸掛線)、小墊塊和水,設(shè)計實驗驗證阿基米德原理．

評價活動2:折一只小紙船,使它漂浮在水面上,然后向其中放入“貨物”(回形針),比一比誰的小紙船裝的“貨物”最大．并思考下列問題:逐漸放入“貨物”,紙船的位置有何變化?若將紙船放入濃鹽水中,能否裝更多“貨物”?“貨物”沉底后,還受到浮力嗎?浮力大小如何變化?

評價活動3:取一根飲料吸管,將一些鐵絲從吸管的下端塞入作為配重,并用石蠟將吸管的下端封起來,制作一個簡易的密度計．并思考下列問題:如何對簡易密度計進行標(biāo)度?刻度線的分布有什么特點?如何使兩條刻度線之間的距離大一些,以使測量結(jié)果更精確?

學(xué)習(xí)活動是一種認(rèn)識活動,既包含活動的過程,也包含活動的結(jié)果．我們倡導(dǎo):在物理課堂學(xué)習(xí)中,設(shè)計學(xué)習(xí)活動群,通過探究活動群建構(gòu)概念的意義,并逐步圍繞大概念形成系統(tǒng)的物理觀念,通過評價活動群凸顯建模意識,并在實際問題解決中發(fā)展對大概念的綜合性理解．“群”強調(diào)學(xué)習(xí)活動之間的內(nèi)在邏輯,在過程上體現(xiàn)為知識的演進、學(xué)習(xí)的進階,在結(jié)果上表現(xiàn)為建構(gòu)出更大的概念模型、能解決更綜合的實際問題．

邁向大概念是單元設(shè)計中知識結(jié)構(gòu)化的方向．在策略方法層面,要關(guān)注到三類結(jié)構(gòu):課程體系結(jié)構(gòu)、認(rèn)知心理層次和概念進階路徑．如果把課程比作“體”,具體的教學(xué)內(nèi)容比作“點”——那就是要放眼整個課程確定“點”的坐標(biāo),以把握學(xué)科的特質(zhì);要根據(jù)學(xué)習(xí)活動間的邏輯關(guān)系,確定學(xué)習(xí)進階的路“線”;要基于學(xué)生認(rèn)知的心理機制,為學(xué)生的真實學(xué)習(xí)搭建舞臺(“面”)．在《以大概念理念進行科學(xué)教育》一書的序言中,周光召先生寫道:“科學(xué)教育不應(yīng)該傳授給孩子支離破碎、脫離生活的抽象理論和事實,而是應(yīng)當(dāng)慎重選擇一些重要的科學(xué)觀念,用恰當(dāng)、生動的方法,幫助孩子們建立一個完整的對世界的理解．”[3]為實現(xiàn)這一愿景,邁向大概念的單元設(shè)計在實踐層面還有諸多問題有待廣大同行共同探索．