物理知识建构与教学设计

1、物理知识建构与教学设计摘要：本文以建构主义教学观为指导，提出物理知识建 构的基本方式，以及物理知识建构的教学设计要点。关键词：建构主义；物理知识建构；活动方式；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

2、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

3、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

4、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。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：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；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；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。顺应顺应是指有机体调节自己内

5、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。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

6、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

7、， 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

8、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 观条件情况。但是不管哪一种探究，都要做好如下设计工作。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

9、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

10、，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。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，

11、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，操作性信息的获取要 居于主要地位，观察性信息的获取位居其次，然后才

12、是物理 符号性学习。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。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

13、内容的主目标 和次目标，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。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

14、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

15、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。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