摘 ? 要：教科書中知識點的編排具有嚴謹?shù)倪壿嫿Y(jié)構(gòu)。熟悉知識點之間的邏輯關(guān)系，對于教師掌握課堂教學順序及學生理解知識結(jié)構(gòu)均有幫助。文章利用ISM法對人教版高中物理教科書中“機械能守恒定律”主題知識結(jié)構(gòu)進行分析，以期將錯綜復雜的知識點以層級化和結(jié)構(gòu)化的形式呈現(xiàn)，進而確定出重難點知識，旨在為高中物理課堂教學提供教學思路，為學生進行結(jié)構(gòu)化的學習提供幫助。

關(guān)鍵詞：ISM法;人教版教科書;高中物理;知識結(jié)構(gòu);教材分析

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ?文章編號：1003-6148（2022）2-0025-4

《普通高中物理課程標準（2017年版）》[1]（以下簡稱“2017版課標”）強調(diào)要重視以學科大概念為核心，使課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)化，以主題為引領(lǐng)，使課程內(nèi)容情境化，促進學科核心素養(yǎng)的落實。所以，在物理教學中，教師要嘗試將一個主題下的知識點整合起來，做到使知識內(nèi)容結(jié)構(gòu)化和情境化，避免學生知識的碎片化和忽略物理學科核心素養(yǎng)的發(fā)展。筆者利用ISM法對“機械能守恒定律”主題進行知識結(jié)構(gòu)分析，試圖將復雜的知識點以層級化和結(jié)構(gòu)化的形式呈現(xiàn)。

1 ? ?ISM法簡介

“解釋結(jié)構(gòu)模型法”（Interpretive Structural Model法，簡稱ISM法）是一種結(jié)構(gòu)模型分析技術(shù)，是用于分析和揭示復雜關(guān)系結(jié)構(gòu)的有效方法，可以將系統(tǒng)中各要素之間的復雜關(guān)系分解成清晰的層次化的結(jié)構(gòu)形式。約翰·沃菲爾德于1976年首次運用ISM法來解釋復雜性的社會學問題[2]。1978年佐藤隆博教授證實了其可以用于教材開發(fā)與目標分析。后經(jīng)過研究與發(fā)展逐漸趨于成熟，并被廣泛應用于教育學、社會學等領(lǐng)域。利用ISM法分析教材的知識結(jié)構(gòu)基本流程為：關(guān)鍵要素的提取—確定要素間的形成關(guān)系—確定各要素的層級—畫出層級有向圖。需要說明的是，在現(xiàn)有研究中關(guān)于“確定各要素的層級”，有的學者利用MATLAB軟件輸入固定的程序代碼進行編程計算[3];有的用圖示的方法，在要素間形成關(guān)系的基礎(chǔ)之上利用先行集合和可達集合來確定要素層級[4]。相比于計算機編程而言，圖示的方法雖然耗時，但是有利于分析者更清楚地掌握知識點的形成關(guān)系和層級的關(guān)系。所以，筆者采用后者的方法來確定各要素的層級。

2 ? ?“機械能守恒定律”主題知識結(jié)構(gòu)分析

2.1 ? ?關(guān)鍵要素的提取

關(guān)鍵要素的提取，即提取出教科書中的重要知識點，每一個知識點就是一個關(guān)鍵要素。本文選取人民教育出版社2019年版高中物理必修第二冊教科書（以下簡稱“人教版教科書”）的第八章內(nèi)容即“機械能守恒定律”[5]進行分析，結(jié)合2017版課標的內(nèi)容要求，提取出關(guān)鍵要素，如表1所示。

2.2 ? ?確定要素間的形成關(guān)系

確定要素間的形成關(guān)系，就是確定要素之間是否存在直接的形成關(guān)系，即確定兩要素之間的上下位關(guān)系。根據(jù)ISM法的定義，學生在對核心要素A、B進行學習之前，需要掌握要素A才能學習并掌握要素B，則要素A稱為先行要素，要素B稱為可達要素[6]。要素A、B之間的關(guān)系用A→B表示。為了作圖方便，筆者以各要素的編號（R1，R2…）代替要素本身，依據(jù)2017版課標和人教版教科書關(guān)于知識點的編寫順序，確定各要素的形成關(guān)系，如圖1所示。

2.3 ? ?確定各要素的層級

依據(jù)要素間的形成關(guān)系圖，確定出各要素的層級。在要素間的形成關(guān)系中，如果一個要素沒有可達要素，則該要素應該是最高級。例如，“R11實驗：驗證機械能守恒定律”，依據(jù)要素間的形成關(guān)系圖，可知其無可達要素，其先行要素為“R10機械能守恒定律”。故此，“R11實驗：驗證機械能守恒定律”為最高級，用層級Ⅰ表示。然后去除R11要素，再依次分析剩下的關(guān)鍵要素，以此類推，確定層級分別用Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ…表示。需要說明的是最高級往往不只一個關(guān)鍵要素。筆者分析各要素的層級分布如表2所示。

2.4 ? ?畫出層級有向圖

依據(jù)層級分布表畫出層級有向圖，如圖2所示。

2.5 ? ?基于層級有向圖的知識結(jié)構(gòu)分析

從層級有向圖可知，人教版教科書“機械能守恒定律”主題知識結(jié)構(gòu)共有6個層級，最高層級的關(guān)鍵要素為“實驗：驗證機械能守恒定律”“功率”“動能定理”以及“重力勢能的變化與重力做功的關(guān)系”。需要說明的是最高層級的要素因只有指入的箭頭，沒有指出的箭頭，故又稱之為結(jié)點要素。所以，它們通常是學生最難以掌握的知識點。因為這些知識點的掌握通常以眾多知識點的學習為基礎(chǔ)。所以，在本章中“實驗：驗證機械能守恒定律”“動能定理”以及“重力勢能的變化與重力做功的關(guān)系”等知識點均為教學重難點?！肮β省彪m為最高級，但是其先行要素只有“功”，故此不能作為教學重難點。同時，在層級有向圖中可見，“機械能”在整個知識結(jié)構(gòu)中處于承上啟下的位置，其重要性可見一斑。

在層級有向圖的最低層級通常只有一個要素，因它只有指出的箭頭，沒有指入的箭頭，故稱之為起點要素。它是學習對應重難點知識的基礎(chǔ)。在本章中，“功”就是起點要素。通過分析層級有向圖，可大致將本章分為三個學習階段，即功與功率的學習、能的學習和功能關(guān)系及定律的學習。教師教學也應該著眼于全局，統(tǒng)籌規(guī)劃地進行教學，幫助學生進行結(jié)構(gòu)化學習，避免因碎片化的學習而造成“只見樹木不見森林”的后果。

3 ? ?對物理教師的教學建議

3.1 ? ?統(tǒng)籌規(guī)劃，劃分學習階段

教科書一章的知識點錯綜復雜，知識點之間又有著千絲萬縷的聯(lián)系。教師在物理教學中需要對整章的內(nèi)容進行統(tǒng)籌規(guī)劃，著眼全局，構(gòu)建出一章的邏輯網(wǎng)絡(luò)和結(jié)構(gòu)，劃分出學生的學習階段，幫助學生進行結(jié)構(gòu)化學習。例如，就本章而言，利用ISM法得出層級有向圖，6個層級的分布符合學生的認知規(guī)律，在學生已經(jīng)有的功的知識基礎(chǔ)之上，進行拓展、拔高，一步一步引入能量的知識，以機械能為一個知識架構(gòu)，在勢能與動能的相互轉(zhuǎn)化下引入機械能守恒定律。在進行教學之前，教師有了這樣的統(tǒng)籌規(guī)劃，在教學過程中必然會知道自己的教學思路，每一個知識點都不是孤立的。在教學過程中，我們需要將所有的知識點進行網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，分出層級和學習階段，教學任務(wù)和目標會更加清楚。在過往的教學中，教師正是缺少了統(tǒng)籌規(guī)劃的意識，才導致教學思路混亂，雖說是按照教科書的知識點順序在教，但是卻割裂了知識點之間關(guān)系，容易加重學生的認知負擔，不符合學生的認知規(guī)律。在每一章的教學中，教師最好分析出知識結(jié)構(gòu)，劃分出學習階段，明確每一個階段的教學目標，各個階段又是存在什么樣的關(guān)系。對教師而言是一個較好的教學藍圖，對于學生而言就是一個層次分明學習的階梯，既可以讓教師統(tǒng)籌地進行教學，又可以讓學生知道自己的學習規(guī)劃。

3.2 ? ?秉軸持鈞，抓住重難點知識

在整個高中物理學習中，學生需要學習很多的知識點，這些知識點的復雜、抽象程度各有不同，學生對其理解的程度亦有差異。所以，面對如此龐大的知識體系，教師必須攻克復雜、抽象且具有一定難度的知識點，厘清它們的邏輯關(guān)系，深刻分析繁難知識點。例如，就本章內(nèi)容而言，機械能守恒定律、動能定理及功能關(guān)系等都是高中物理教學中重要且具有難度的知識點，這三個知識點的掌握對于學生解決動力學及相關(guān)物理問題均有幫助。在物理教學中，教師需要抓住重難點知識，教學重心也必須放在重難點知識上，高中物理知識體系龐大，但是有的知識點確實不需要濃墨重彩。例如，從本章層級有向圖中可見，“功率”知識點雖處于最高級，但是只與“功”有直接形成關(guān)系，鏈路單一，不能作為教學重難點。在教學過程中，教師只需要理清功率與功的關(guān)系、明確功率的物理意義即可。而本章主題是“機械能守恒”，所以教師應該抓住“機械能”，注重分析功能關(guān)系，明確機械能守恒的條件，這樣才能抓住本章主干。如是，可以減輕學生的知識負擔，提高課堂教學效率。

3.3 ? ?循序漸進，建構(gòu)知識邏輯體系

利用教科書的嚴密邏輯體系，培養(yǎng)學生科學思維。學生科學思維的形成，離不開教師有邏輯的教學。所以，教師要利用好教科書，循序漸進地幫助學生建構(gòu)知識體系[7]。高中物理知識體系龐大，知識點錯綜復雜。但是，知識點之間存在著千絲萬縷的聯(lián)系，它們有著嚴謹?shù)倪壿嫿Y(jié)構(gòu)，由易到難，由淺入深。就本章內(nèi)容而言，我們從功的知識開始學習，功的相關(guān)知識又是學生在初中已經(jīng)接觸過的，所以教師要以學生已有的知識為基礎(chǔ)，再進行拓展。學生理解做功的物理意義，再進行具體的性質(zhì)力做功教學，如是，第一階段“功”的學習就基本完成，第二、第三階段“能的學習和功能關(guān)系及定律的學習”都是在“做功”的基礎(chǔ)上進行，難度也是層層遞進。概而言之，本章機械能的學習是紐帶，做功的學習是基礎(chǔ)，功能關(guān)系的學習是拓展，機械能守恒定律的學習是重難點。所以，在教學中要讓學生形成這樣的學習思路，同時教師要分析每一章的知識結(jié)構(gòu)，幫助學生建構(gòu)知識邏輯順序，厘清教學順序，循序漸進地進行物理教學。

4 ? ?結(jié)束語

高中物理教科書的知識編排具有嚴謹?shù)倪壿嫿Y(jié)構(gòu)，利用ISM法就是將這種邏輯結(jié)構(gòu)以可視化的形式呈現(xiàn)。本文嘗試性地利用ISM法分析“機械能守恒定律”主題知識結(jié)構(gòu)，旨在為教師提供教學思路，幫助學生進行結(jié)構(gòu)化學習。在高中物理教學中，教師應該秉承2017版課標的理念與要求，即重視以學科大概念為核心，使課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)化，注重將學生對知識的關(guān)注從片面引向全局，使之達到縱觀全局的學習境界。

參考文獻：

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[4]賴樹生，侯嘉勵.ISM方法在中學物理教材分析中的運用[J].內(nèi)蒙古師范大學學報（教育科學版），2012，25（06）：118-120.

[5]人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心.普通高中教科書物理必修第二冊[M].北京：人民教育出版社，2019：73-101.

[6]張月華，林惠花.基于ISM法的大氣專題人教版教材結(jié)構(gòu)研究[J].地理教學，2021（19）：40-43+58.

[7]陶永杰，程小健，許君委.基于物理學科核心素養(yǎng)的人教版新舊教科書比較——以“速度”概念的建立為例[J].湖南中學物理，2021，36（08）：41-43+46.

（欄目編輯 ? ?劉 ? 榮）

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