吳彥文

(華中師范大學(xué)國家數(shù)字化學(xué)習(xí)工程技術(shù)研究中心 湖北 武漢 430079)

李夢鴿 葛 迪 程家洛

(華中師范大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 湖北 武漢 430079)

1 物理學(xué)科教學(xué)對知識內(nèi)化的要求

“致知在格物”，物理是一門主要以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)來研究物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)、相互作用以及運(yùn)動規(guī)律的系統(tǒng)性與綜合性并存的自然科學(xué)[1].它的教學(xué)目標(biāo)應(yīng)定位于“將知識內(nèi)化為物理核心素養(yǎng)”這個(gè)基點(diǎn).因此，“知識內(nèi)化”就成為中學(xué)物理教學(xué)重要的研究課題.

就物理學(xué)科而言，知識內(nèi)化就是使教材內(nèi)容與學(xué)生內(nèi)部原有的結(jié)構(gòu)化知識建立聯(lián)系，不斷完善成為新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，同時(shí)促進(jìn)知識向物理素養(yǎng)的轉(zhuǎn)化.物理核心素養(yǎng)涵蓋4個(gè)要素，分別為“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”[2]，諸要素又按照對內(nèi)化的要求縱向劃分為不同層次水平，如圖1所示.

物理核心素養(yǎng)是物理學(xué)科人才培養(yǎng)的核心價(jià)值體現(xiàn)，這就要求學(xué)生在其知識內(nèi)化過程中，經(jīng)歷基于物理現(xiàn)象完成實(shí)驗(yàn)探究的物理建模過程，形成推理論證思維，在探究活動中培養(yǎng)科學(xué)的態(tài)度與責(zé)任.

基于此，本文從知識內(nèi)化視角分析梳理了“物理課程學(xué)習(xí)”實(shí)踐中存在的問題，以促知識內(nèi)化為核心，進(jìn)行教學(xué)模式設(shè)計(jì)并進(jìn)行實(shí)證研究，借此提升學(xué)生知識內(nèi)化效果.

2 主要問題與分析

本研究采用網(wǎng)絡(luò)問卷調(diào)查與訪談的方法對華中師范大學(xué)2020級的105位在職公費(fèi)物理教育師范生及其所教的7 250位學(xué)生進(jìn)行“物理課程學(xué)生知識內(nèi)化現(xiàn)狀”的調(diào)研.經(jīng)過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，學(xué)生物理學(xué)習(xí)存在的主要問題如下.

2.1 師生對物理核心素養(yǎng)內(nèi)化給予的關(guān)注和對學(xué)習(xí)成績的期望不相稱

調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，僅有36.77%的學(xué)生及47.14%的教師在學(xué)習(xí)和教學(xué)過程中比較關(guān)注物理核心素養(yǎng)的提升；23.25%的學(xué)生具有較為清晰、系統(tǒng)的知識體系結(jié)構(gòu)；59.45%的學(xué)生知識內(nèi)化層次不高.

針對上述問題，本團(tuán)隊(duì)按照隨機(jī)抽樣選取一部分教師進(jìn)行追蹤訪談，教師表示高中物理學(xué)習(xí)課業(yè)任務(wù)比較重，全面發(fā)展的素質(zhì)教育理念在高中并沒有得到深入普及，致使學(xué)生知識學(xué)習(xí)還以成績作為主要判定標(biāo)準(zhǔn).同時(shí)促進(jìn)知識內(nèi)化的教學(xué)理念沒有全面貫徹在教學(xué)設(shè)計(jì)中，使得學(xué)生知識內(nèi)化還停留在較淺的層面.

因此，教師在教學(xué)設(shè)計(jì)過程中，可以有意識地幫助學(xué)生逐步加深物理觀念，運(yùn)用實(shí)驗(yàn)教學(xué)法幫助學(xué)生形成科學(xué)思維以及科學(xué)探究意識，同時(shí)在探究中內(nèi)化所學(xué)知識，提升學(xué)生知識內(nèi)化層次.

2.2 學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)效果有待提高

調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，76.36%的教師表示教學(xué)期間經(jīng)常帶學(xué)生進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)探究，僅有6.32%的教師很少進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)；同時(shí)87.45%的學(xué)生認(rèn)為物理實(shí)驗(yàn)對自己學(xué)習(xí)有很大的幫助，希望通過實(shí)驗(yàn)加強(qiáng)自己對知識的理解.對上述數(shù)據(jù)分析得出以下導(dǎo)致物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果差異的原因：某些學(xué)校，缺少相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)無法順利開展；同時(shí)，中學(xué)課程安排緊張，實(shí)驗(yàn)教學(xué)安排相對較少等使得物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)開展受阻.

對此，教師可以利用網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)平臺，如NOBOOK、物理實(shí)驗(yàn)室、手機(jī)物理工坊等進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使學(xué)生切實(shí)了解到實(shí)驗(yàn)的整個(gè)過程，直觀感受實(shí)驗(yàn)結(jié)論，對物理知識有更加深入的了解和認(rèn)識.

2.3 教師需要強(qiáng)化學(xué)生知識體系結(jié)構(gòu)構(gòu)建能力

調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，67.56%的學(xué)生在物理學(xué)習(xí)過程中，不能建立清晰有效的物理知識結(jié)構(gòu)，僅有13.12%的學(xué)生能夠建立邏輯清晰的自我知識結(jié)構(gòu).

物理學(xué)習(xí)活動中，學(xué)生構(gòu)建自身知識體系結(jié)構(gòu)的能力有待進(jìn)一步提高.長期以來，教師以知識點(diǎn)為教學(xué)內(nèi)容，而在學(xué)生知識體系構(gòu)建能力培養(yǎng)方面欠缺系統(tǒng)性培訓(xùn)；同時(shí)學(xué)生自身因素也會影響知識體系的構(gòu)建，如學(xué)生理解力水平、總結(jié)概括能力等.

因此，教師應(yīng)采用系統(tǒng)化教學(xué)策略引導(dǎo)學(xué)生循序漸進(jìn)地構(gòu)建自己的知識體系結(jié)構(gòu)，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的邏輯思維能力，落實(shí)物理核心素養(yǎng)教育.

2.4 缺失評價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)的有效方式

調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，58.96%的學(xué)生和68.45%的教師認(rèn)為現(xiàn)有教學(xué)評價(jià)不夠全面，不能準(zhǔn)確反饋學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)化情況.教師在教學(xué)過程中，存在過分注重考試成績的量化評價(jià)、缺乏對學(xué)生物理核心素養(yǎng)的質(zhì)性評價(jià)以及缺少激勵(lì)功能等現(xiàn)象.

因此，教師可以充分利用信息化教學(xué)平臺學(xué)生學(xué)習(xí)反饋數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)評價(jià)，從注重結(jié)果轉(zhuǎn)向注重學(xué)生物理學(xué)習(xí)過程中物理核心素養(yǎng)表現(xiàn).同時(shí)教師還應(yīng)該注重評價(jià)指標(biāo)的科學(xué)性和過程性，動態(tài)關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)過程并給予持續(xù)激勵(lì)性評價(jià)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生物理課程學(xué)習(xí)過程中知識內(nèi)化過程追蹤.

3 促知識內(nèi)化的學(xué)習(xí)活動設(shè)計(jì)案例

基于對上述問題分析，本研究提出促知識內(nèi)化的學(xué)習(xí)活動設(shè)計(jì)模式，主要包括以下3個(gè)部分：課前宏觀整體思考、課中中觀知識構(gòu)建、課后微觀關(guān)聯(lián)生成，從這3個(gè)階段整體促進(jìn)學(xué)生物理知識內(nèi)化，如圖2所示.

圖2 促知識內(nèi)化的學(xué)習(xí)活動模式設(shè)計(jì)

3.1 案例設(shè)計(jì)

本研究以指導(dǎo)公費(fèi)師范生進(jìn)行“牛頓第三定律”學(xué)習(xí)活動設(shè)計(jì)為案例，如表1所示，分析如何應(yīng)用改進(jìn)的學(xué)習(xí)活動設(shè)計(jì)模式促進(jìn)學(xué)生宏觀、中觀、微觀層面知識內(nèi)化的發(fā)生.牛頓第三定律是牛頓第一定律和牛頓第二定律的補(bǔ)充，完善了牛頓運(yùn)動定律的內(nèi)容.本節(jié)課的內(nèi)容分3個(gè)層次，先是作用力和反作用力的概念，接著是作用力和反作用力的關(guān)系，最后是作用力和反作用力在生活中的應(yīng)用.因此基于物理核心素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)應(yīng)是學(xué)生經(jīng)歷基于實(shí)驗(yàn)事實(shí)獲得牛頓第三定律概念建立的體驗(yàn).通過前面物理課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生對于相互作用力有了一定的感性認(rèn)識，需要通過大量的實(shí)例來深刻理解作用力與反作用力的具體關(guān)系，即理解牛頓第三定律的內(nèi)容，并學(xué)會應(yīng)用牛頓第三定律解決生活中的相關(guān)問題.

表1 “牛頓第三定律”教學(xué)過程

3.2 教學(xué)效果分析

為檢驗(yàn)該教學(xué)活動設(shè)計(jì)實(shí)例的教學(xué)效果，本研究以公費(fèi)師范生帶的356名高中生為調(diào)查對象，探究該活動的學(xué)習(xí)效果.在進(jìn)行“牛頓第三定律”教學(xué)實(shí)踐后，以問卷形式檢測學(xué)生物理知識內(nèi)化能力的變化.問卷數(shù)據(jù)表明：本課程指導(dǎo)公費(fèi)師范生設(shè)計(jì)的促知識內(nèi)化的學(xué)習(xí)活動設(shè)計(jì)對學(xué)生知識的內(nèi)化有一定的促進(jìn)作用.具體表現(xiàn)在：

(1)在促知識內(nèi)化的學(xué)習(xí)活動中，以物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行情景導(dǎo)入，有利于激發(fā)學(xué)生探索興趣[3]，這是促進(jìn)學(xué)生形成正確物理觀念的重要途徑；

(2)以物理知識結(jié)構(gòu)體系為學(xué)習(xí)路徑，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)系統(tǒng)化，使學(xué)生積極參與建立自身知識結(jié)構(gòu)的全過程，可以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維方式；

(3)依托“進(jìn)化型”作業(yè)將所學(xué)物理知識用于解決實(shí)際問題，在遷移應(yīng)用中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究精神，形成科學(xué)的態(tài)度與責(zé)任.

4 促知識內(nèi)化的學(xué)習(xí)活動設(shè)計(jì)的對策與建議

4.1 課前巧設(shè)演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)行情景導(dǎo)入

物理虛擬實(shí)驗(yàn)平臺擴(kuò)展了學(xué)生的物理學(xué)習(xí)空間，使學(xué)生可以在具體的實(shí)驗(yàn)操作中加深對物理知識的理解，促進(jìn)物理觀念內(nèi)化的發(fā)生.在“信息技術(shù)與物理課程整合”中，引導(dǎo)公費(fèi)師范生結(jié)合信息技術(shù)進(jìn)行相關(guān)教學(xué)實(shí)踐，例如：借助NOBOOK進(jìn)行加速度的探究實(shí)驗(yàn)；基于DISLab平臺探究平拋與斜拋運(yùn)動，引導(dǎo)學(xué)生利用手機(jī)加速度傳感器軟件居家設(shè)計(jì)圓周運(yùn)動裝置，再結(jié)合phyphox的centripetal acceleration功能進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；利用phyphox軟件測量加速度等.這些實(shí)驗(yàn)教學(xué)探究能夠較好地激發(fā)學(xué)生潛在的物理學(xué)習(xí)興趣，使得物理觀念內(nèi)化于心[4].

課前以DIY實(shí)驗(yàn)或虛擬演示實(shí)驗(yàn)導(dǎo)入教學(xué)情境，可以將抽象、復(fù)雜的物理知識以實(shí)際直觀的方式進(jìn)行呈現(xiàn)[5]，使學(xué)生對物理問題的探究過程有深度的體驗(yàn)感，從而促進(jìn)學(xué)生物理觀念的內(nèi)化.

4.2 依托知識圖譜技術(shù)

運(yùn)用知識圖譜技術(shù)，可從非結(jié)構(gòu)化學(xué)習(xí)資源中抽取實(shí)體、關(guān)系等要素，利用可視化技術(shù)加強(qiáng)知識的邏輯意義,有利于學(xué)生知識結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)化，幫助學(xué)生完成新舊知識的連接，加速學(xué)生實(shí)現(xiàn)知識的內(nèi)化[6],促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維方式的發(fā)展.經(jīng)過公費(fèi)師范生教學(xué)實(shí)踐相關(guān)培訓(xùn)，大部分教師都能夠有意識地運(yùn)用知識樹、思維導(dǎo)圖、知識圖譜等方式引導(dǎo)學(xué)生完成自身知識結(jié)構(gòu)的構(gòu)建，從而促進(jìn)學(xué)生物理知識的內(nèi)化.

在教學(xué)實(shí)踐案例分享中，公費(fèi)師范生通過線上學(xué)習(xí)平臺發(fā)布測試，根據(jù)反饋數(shù)據(jù)精準(zhǔn)構(gòu)建用戶畫像，然后采用知識圖譜技術(shù)生成基于物理學(xué)科知識體系結(jié)構(gòu)的個(gè)性化學(xué)習(xí)路徑.如圖3所示，為公費(fèi)師范生設(shè)計(jì)的牛頓運(yùn)動定律知識圖譜.

在教學(xué)的實(shí)踐中，引導(dǎo)公費(fèi)師范生采用知識圖譜方法輔課，有利于學(xué)生在分析物理問題過程中逐步建立起真實(shí)清晰的物理概念，形成科學(xué)思維，從而循序漸進(jìn)地促進(jìn)知識的內(nèi)化.

4.3 布置“進(jìn)化型”作業(yè)

在教學(xué)評價(jià)反饋中，借助“進(jìn)化型”作業(yè)以跨界、多元、有趣和思維表達(dá)為特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)評價(jià)的多元化、精準(zhǔn)化、個(gè)性化等特點(diǎn).這就要求教師要以多元評價(jià)、精準(zhǔn)反饋、持續(xù)激勵(lì)為手段，讓學(xué)生在完成多元化作業(yè)的過程中，在大腦中形成優(yōu)勢興奮中心，在興之所至中與已有的知識和經(jīng)驗(yàn)建立連接，讓思維火花在共享中迸發(fā)，完善知識結(jié)構(gòu).

基于物理學(xué)科實(shí)踐性特點(diǎn)設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)踐型開放作業(yè)，將創(chuàng)新實(shí)踐型活動與物理作業(yè)有效融合，變單調(diào)枯燥的書面作業(yè)為輕松有趣的實(shí)踐活動.通過進(jìn)化型作業(yè)讓學(xué)生在動手實(shí)踐中內(nèi)化所學(xué)物理知識，深化物理核心素養(yǎng)[7]，同時(shí)也促進(jìn)了教學(xué)評價(jià)方式的多元化.

可見，核心素養(yǎng)教育背景下，教學(xué)評價(jià)的核心應(yīng)定位于學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展.根據(jù)多元智力論、構(gòu)建主義以及后現(xiàn)代主義，教師應(yīng)用信息技術(shù)對學(xué)生進(jìn)行全方位多角度評價(jià)，可以對教學(xué)過程進(jìn)行及時(shí)的反饋和調(diào)節(jié).

5 結(jié)束語

核心素養(yǎng)視域下，教學(xué)形式是載體，知識內(nèi)化才是核心.為此本文在對教學(xué)中存在的問題進(jìn)行梳理的基礎(chǔ)上進(jìn)行了促知識內(nèi)化的物理學(xué)習(xí)活動設(shè)計(jì)并進(jìn)行實(shí)證研究.教學(xué)實(shí)踐表明：該學(xué)習(xí)模式使學(xué)生通過構(gòu)建自身知識體系結(jié)構(gòu)循序漸進(jìn)地完成了從知識認(rèn)識到知識內(nèi)化，再到知識升華為物理核心素養(yǎng)的過程，豐富了核心素養(yǎng)視域下的教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)了課前宏觀整體思考、課中中觀結(jié)構(gòu)建構(gòu)、課后微觀聯(lián)系3階段知識的深層次內(nèi)化.最后，結(jié)合公費(fèi)師范生課程教學(xué)實(shí)踐，提出了促知識內(nèi)化的學(xué)習(xí)活動設(shè)計(jì)的對策與建議，以期推動學(xué)習(xí)活動設(shè)計(jì)縱向深入發(fā)展.

隨著信息化教學(xué)手段與教學(xué)方式的不斷更迭，本文的研究仍存在著進(jìn)一步提升的空間.例如：學(xué)習(xí)平臺可引入知識追蹤模型精確估計(jì)學(xué)生知識掌握情況進(jìn)而推薦更有效的個(gè)性化學(xué)習(xí)資源與知識內(nèi)化路徑；還可以將融合心理學(xué)、腦科學(xué)的“認(rèn)知圖譜”引入學(xué)生知識體系結(jié)構(gòu)構(gòu)建中，更好地促進(jìn)學(xué)生知識的內(nèi)化與物理核心素養(yǎng)的融合.為此，本團(tuán)隊(duì)仍將進(jìn)一步探索促進(jìn)知識內(nèi)化的學(xué)習(xí)方法.