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构建“观念为本”的物理教学设计模式——物理

admin 论文降重资讯 2021年01月11日




作为独立的学科,教学设计最早产生于20世纪60年代的美国.我国学术界对教学设计的介绍,可以追溯到1983年5月,由当时的杭州大学教育系沐慈修翻译的《教学系统设计和传统教学有什么不同》一文.到20世纪90年代初,一批教学设计的专著和教材陆续出版.21世纪初叶,随着我国基础教育课程改革的启动和教师专业化的推行,教学设计成为中小学课堂教学规范转型的抓手和教师专业技能的重要内容,教学设计的理论研究和实践应用受到了广泛的重视和切实的推进,一时成为一个关注的热点.

2016年,新一轮基础教育课程改革开启,核心素养成为这次课改的总目标,显然,物理学习必须一改以事实性知识积累为目标的传统,而是致力于思维品质的提高,思维能力的提升,在探究中领悟物理学,养成科学的态度与责任,由此,达成从物理学的视角认识世界、解释世界,处理物质世界问题,获得对物质世界的客观性认识,即养成物理观念.物理观念的养成成为物理教育的核心目标,正是在这样的课程改革背景下,针对物理学科教学的特点和现实需要,我们提出“观念为本、素养为的”的物理课堂教学目标,探索“观念为本”物理教学设计模式的构建,就是为了适应这种改革的现实需求,并藉此推进中学物理课堂教学规范的全新转型.

1“观念为本”的物理教学

2016年9月13日,包括三大领域6种素养18个要点的中国学生发展核心素养由教育部正式发布,全国高中阶段将率先进入指向核心素养的新一轮基础教育课程改革[1].核心素养是经由学校教育所养成的解决问题的品格与能力,而这种教育是以人类文化的遗产与现代文化为基础而构成的内容为载体的.素养是经过后天教育而习得的,因此,指向核心素养的教育改革是关键环节.作为高中学科教育重要组成部分的物理教育,如何思考在这一历史性改革中的教学转型,是我们所面临的亟待解决的重大课题,也是课程改革推进的关键环节.

1.1物理学科核心素养与物理教学

核心素养与学科核心素养之间的关系是全局与局部、共性与特性、抽象与具象的关系.学科核心素养的界定首先是体现学科自身的本质特征,如物理学科的实证性、实践性、精确性,物理研究对象及问题解决的复杂性与深刻性.其次是层级化,如物理学科教学目标可划分成这样的序列:兴趣、动机、态度;思维能力、判断能力、表达能力、批判能力;观察技能、实验技能、建模技能、计算技能;知识及其背后的价值观.这也表明,学科教学的主要目标不只是知识点的堆积和单一技能的训练,而是致力于学科核心素养.最后是学科群,要软化学科边界,走出分科主义,形成学科之间的融通和综合,如当前“科学、技术、工程、艺术和数学”(STEAM教育)和跨学科教育的创生[2].我国颁布的《普通高中物理课程标准(2017年版)》提出物理学科核心素养包括“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”4个方面.并同时作出了明确的概念界定,为我国高中物理课程改革指明了方向[3].高中物理学科核心素养的确定是高中物理教学规范转型的理论依据,是物理教学改革的内容,是物理教学价值的体现,是物理教学实施策略的引领性纲领,是物理教学走向实践的指导方针,是物理教学对21世纪新型人才培养功能的正确定位.

1.2“观念为本”物理教学的内涵与价值

在物理学科核心素养4个方面的组成要素中,物理观念代表知识的内化,是对物理概念和规律提炼与升华的结果,是学生理解并应用知识的结果,是4个要素中的基础和核心.科学思维是物理学科的关键能力,是具备意识的人脑对科学事物的本质属性、内在规律及事物之间的相互关系及联系的间接与概括的反映,作为物理学分析问题、解决问题、思考问题的必备素养,是物理观念形成所不可或缺的.探究是人类了解自然、探索科学、获得科学知识的主要方法,也是重要的学习方式之一,是一个科学体验的过程,是物理观念形成的手段和途径.通过物理学科的学习,形成科学的态度与责任,包括对科学的好奇心和探究热情,乐于观察、实验和思维;实事求是,大胆质疑,追求创新;善于合作与交流;具备科学、技术、社会、环境意识;珍惜生命,保护环境,人和自然和谐发展;对科学本质的哲理性认识,等等[4].笔者认为,通过科学探究的方式和途径,培养和提升学生的科学思维能力,养成科学的态度与责任,达到形成学生物理观念的目标.也可以说,在养成学生物理观念的过程中,经历了科学探究,从中培养学生的科学思维、科学的态度与责任,这就是“观念为本”的物理教学的内涵,也是“观念为本”“素养为的”的物理教学的价值之所在.“观念为本”的物理教学,意味着所有的物理教学行为和策略都要指向增进学生对物理学科特征和本质规律的认识,都要考虑激发学生高水平的思维活动,确保物理知识的教学达到学生深刻理解的深度学习要求,都要促进学生迁移应用、创新实践的能力的培养,达成物理学科核心素养养成的目标.

“观念为本”的物理教学,是针对传统“知识为本”物理教学的一种转折.诚然,素养的养成离不开知识,没有知识而论素养,无异是在建造空中楼阁,这样的“素养说”就成了无源之水,无本之木.但知识的积累,并不意味着素养的形成,更不意味着素养的提升,知识若不提升到“观念”的层次,素养的形成完全被架空,这时,知识仍停留在初级的水平,而没有被提炼和升华,达不成素养.如果获取知识的方式还是灌输、传递,学生在习得知识的过程中没有深入地参与,没有深刻地领悟,没有深切地体验,这样的知识仍然是僵化的,不能被迁移、应用,无法实现批判、创新,这样的知识也转化不了素养.因此,“观念为本”物理教学的提出,标志着我们向着核心素养目标前行的开始,表达了我们探索物理教学改革的决心,表明我们与“知识为本”传统教学具有不同追求的态度,是我们向往的改革愿景,是一种教学理想.

2“观念为本”物理教学的理论基础

“观念为本”物理教学是指以物理观念的建构作为根本目标的高中物理教学,这是指向学科核心素养的教学.这种物理教学理念的提出,是我们对物理教学改革长期思考与实践的结果.在此基础上提出“观念为本”物理教学设计模式,更是我们长期对教学设计研究的成果,这种模式将为新型物理课堂教学的实施提供依托.我们提出的“观念为本”的物理教学及其相应的教学设计模式,是建立在科学的理论基础之上的.

2.1知识观的转型

20世纪中叶以来,随着人们对现代科学知识的“客观性”“普遍性”和“价值性”的批判和解构,知识观发生了全方位的转型,教育不是以追求知识的记忆、掌握、理解与应用为标志的外在发展,而是着重于以知识的鉴赏力、判断力与批判力为标志的内在发展,并由此为基础发展人的创造力.在知识的发展方面,教育应着重于知识的“多样性”“异质性”的发展.同时,还需要使现代科学知识“文化化”“境域化”和“价值化”,树立和传播以“本土知识”为基础的“内在发展”.当然,从知识的构成看,任何知识都是以特定的符号作为表征的,这是人类认识的成果,教学必须让学生获得这种人类的认识成果,但同时也必须思考符号表征背后知识的本质是什么,知识之后是什么等问题.知识是以逻辑形式构成的,逻辑形式体现了这种构成的规则或法则,体现了人认识世界的方式与过程,是认识的方法论系统.人获取知识,不是现成的接受,而是经历和体验.知识的意义是知识的内在要素,是内隐于符号的规律系统和价值系统的[5].知识的符号表征、逻辑形式和意义形成了内在结构,三者紧密关联,构成了知识的整体,这也规定了在知识的教学中这三者是缺一不可的.

2.2课程观的转向

从20世纪70年代开始,课程理论领域掀起了“概念重建”的浪潮,多尔(WilliamE.Doll,Jr.)的后现代课程理论是其中最具代表性的,即4R课程理论:1)丰富性(richness).指课程的深度、意义的层次、多种可能性或多重解释.课程具有“适量”的不确定性、异常性、无效性、模糊性、不平衡性、耗散性与生动的经验.2)回归性(recursion).指将学习的意义和目的指向自我,一个人通过与环境、与他人、与文化的反思性相互作用形成自我感的方式.这种课程是开放的,其中反思发挥积极作用,促进这种反思对话是绝对必要条件,由对话引起反思并引向深入.3)关联性(relations).课程结构内在有联系,而且情况、情境、联系总是在变化,现在不能再创造过去也不能决定未来.文本是需要不断修改和创造的,描述和对话是解释的主要工具.课程也必须和社会背景、学生经验、知识之间密切联系,从而实现知识之于主体发展的价值.4)严密性(rigor).20世纪的现代科学课程的严密性具有学术逻辑、科学观察和数学精确性,当代课程观吸取了解释性和不确定性的组合[6].教学不能停留于经验和直观层面,理性化和反思是不可或缺的.科学课程要克服“客观主义”“科学主义”“权威主义”“西方中心主义”,要超越对具体科学知识、方法和技术的掌握,达到对科学哲学、科学史、科学与社会和人类关系广泛、全面和深刻的理解.

2.3学习观的转变

1980年,西蒙·佩伯特(SeymourPapert)的著作《头脑风暴》出版,在这本书和随后出版的著作中,佩伯特提出了建构主义(constructionism)学习理论,把学习看作是学生在已有知识的基础上纳入新的信息,通过已有知识建立起对新信息的理解,并且通过与他人的交流,在社会性互动中建立过程,建构主义关注知识在个人与社会的层面相互联系的本质.建构主义反对教授主义的许多观点,但并不意味着自发的、形式散漫自由的课堂,教育干预只是意味着改变文化,计划新的建构元素.建构主义认为教学是在师生参与设计与讨论学习制品的互动中建构的,如何设计能够促进合作学习与思想分享的学习环境,是研究所要力图解决的重要问题.在每一种学习环境中,学生都应该有可能实现知识的建构和技能的实践.建构主义试图将学生引入到一个创造知识的文化之中.这就是说,知识建构的过程不仅发展了学生本身的知识建构能力,同时也让他们认识到自身和自己的努力也是人类开拓知识领域工作的一个组成部分.在这种背景下,互联网以至AI技术都是为了替学生提供一套与人类文化知识建构建立联系的且真实可行的方式,课堂仅仅是人类文化知识建构的一个组成部分[7].

现代意义上的学习科学1991年在美国宣告形成.学习科学作为一个跨学科的领域,逐渐成为一个探究人类如何学习、为什么学习、学习在什么情境下产生,以及人们如何追寻学习发生的源头等问题的重要研究领域[8].如何设计教学是学习科学研究的核心问题之一,从而如何促进学习者的有效学习值得引起教学设计者的关注,尤其是其中DBR(design-basedresearch)强调在真实的教学情境中,重构研究者和实践者的角色.DBR吸引学习科学研究者和教学设计研究者共同参与学习研究工作,形成了新的教学设计领域和设计范式[9].

理论的变化必将引发实践的变革,上述理论都有利于教学和学习的目标在具体科学知识的基础上建构学科的观念体系,最终形成学生自身的对学科本质理解之上的学科观念.“观念为本”的物理教学正是基于这些理论,这也就决定了物理观念的构建能成为物理教学必然的、也是应然的结果.

3“观念为本”物理教学设计模式

“观念为本”物理教学的实现当然离不开物理课堂教学,因此,教师如何实施以观念建构为本的物理课堂教学呢?在追溯国际上近年来教学设计模式方面研究成果的基础上,借鉴国际主流教学设计理论,根据我国新一轮基础教育课程改革的理念和物理学科核心素养目标的要求,笔者尝试提出物理观念建构为本的新型教学设计模式,希冀为物理课堂教学规范转型提供切实的、可操作的范式.

3.1国际教学设计模式的研究

教学设计模式试图解决的是如何构成教学设计过程中的每个环节.国际上教学设计模式五花八门,可谓人言人殊,但是其基本的构成要素几乎是一致的,尽管不同模式的作者以各不相同的方式切分其中的各个核心要素,并各自使用不同的术语来表达,但细加剖析,分析、设计、开发、实施和评价这5个要素是所有教学设计模式所不可或缺的,根据这5个要素的英文首字母,我们简称为“ADDIE”要素,这一简化模式可称作ADDIE模式.这是1987年由罗森堡(Rosenberg)提出的.这几个核心要素之间的关系如图1所示[10].

当然ADDIE各项活动并非是一步接一步地线性式完成的,而是整个教学设计过程具有不断反复性和自我纠正性,是非线性的网络关系.

有了这一统一的概括式的教学设计模式,现在可以讨论“什么是教学设计”这一问题了.根据教学设计的权威学者史密斯(Smith)和雷根(Ragan)的说法,教学设计指的是把学习与教学原理转化成对于教学材料、活动、信息资源和评价的规划这一系统的、反思的过程.教学设计的实质是对课堂教与学的行为事实的周到筹划,是对如何达成学习目标的课堂教学情境和学习条件作出的精心安排,为有利于学生养成一定的核心素养而创设的科学合理的教学系统[11].任何教学设计,追求十全十美既不应作为目标,也不是明智之举,即使是最精致、最受认可的设计,也有不足之处,也绝不可能无懈可击. 图1ADDIE教学设计模式  下载原图

在坦尼森(Tennyson)等国际教学设计各专题领域领军人物的合力之作《教学设计的国际观》多卷本中,作者推举了国际上众多学者提出的各种教学设计模式,可以看到这方面国际上的研究成果是十分丰富的[12],这里只能略举几种,尝脔知鼎,义取简赅.

迪克和凯里(Dick&Carey)的系统化教学设计模式1978年以文本形式发表,在教学设计界有广泛的影响.

哥廷根大学开发的计算机软件系统CEDID(computer-supplementedinstructionaldesign)从1989年以来开始应用.

肖特(Schott)等提出的PLANA(planninginstructionundertheconsiderationofsubjectmatteranalysis,在考虑学科内容分析的情况下规划教学)模式,即聚焦教学任务分析的教学设计模式.

坦尼森(Tennyson)在1996年提出了第4代教学系统开发的系统动力学模式ISD4.

范梅里恩伯尔(vanMerri?nboer)[13]在1977年提出并于2018年改进的训练复杂认知技能和培养综合能力的四要素教学设计(4C/ID)模式.

梅里尔(Merrill)[14]提出给予教学处理理论的基于知识对象的教学设计模式.2013年出版了《首要教学原理》一书,又提出了波纹环型教学开发模式.

构建“观念为本”的物理教学设计模式——物理观念教育思考之七

2005年威金斯(Wiggins)等[15]出版了《追求理解的教学设计》一书,UbD一时成了热门话题,为促进理解而教的逆向设计的确令人耳目一新.

美国当代著名教学设计专家查尔斯·M.赖格卢斯(Reigeluth)在1999年出版了巨著《教学设计的理论与模型》一书,这是国际教学设计领域里程碑式的学术经典,收录了世界教育研究领域极具影响力的代表人物于20世纪末创造的新教学理论和设计模式,深刻揭示了信息时代教学理论范式的转向和理据.赖格卢斯认为,面向信息时代的新的教学理论必须遵循这样“四项基本原理”:1)个性化和多样性.在保持学生个性化的基础上,采取多样化的教学,实现学生成就的多样化.2)主动性和自导性.对于需要终身学习的社会,必须帮助学生成为自我指导的学习者,养成积极主动的学习心态和学习技能.3)协作性和情感性.学生必须培养自己人际交往和内省的能力,学会与人友好相处,了解自己的情绪、长处、弱点等会被作为新的价值观.4)整体性和一体化.形成系统的思维和动态变化的思考方式,既要关注学生的全面发展,也要关注学生的全面学习.这样的教学设计理论至少需要2种成分:用于促进人类学习与发展的方法,境脉中影响方法选择的因素即情境.而它们所提供的方法是情境性的而不是普适性的,设计的过程是动态的和非确定性的.而任何教学情境都包括2个主要方面:教学发生的条件与期望的教学结果[16].赖格卢斯的教学设计理论对信息时代教学设计新范式的产生将是指导性的.

3.2“观念为本”物理教学设计的新型模式

国际上教学设计模式的研究是一个热点,也可以说有多少教学设计研究者与设计情境或设计目的,就会有多少种教学设计模式,当然也不可能存在唯一的或最佳的教学设计模式.实际上,教学设计过程中基本的共同假设是存在的,基本的规范也是必须遵从的,只是每一个设计者都会将自己对影响学习的原理与事件的理解及如何最佳地安排教学结构的理解带到了设计过程之中,同时不同的教学设计研究者对模式的解释也会有不同的思考,由此教学模式结构的多样化就形成了.

根据我们对当前国际教学设计的最新理论、发展趋势和典型的教学设计过程模式的全面分析与研究,结合我们多年来在教学实践中对教学设计模式的运用,遵照当前我国新一轮旨在培养学生核心素养的基础教育课程改革的理念和现实教学实践的需要,尤其是要构建凸显“观念为本”这一特色的物理教学设计新模式,笔者提出如图2所示的高中物理“观念为本”教学设计模式.这一模式,一方面是经过了理论论证的;另一方面,也是根据我们对物理观念形成的教学架构的研究和指向物理观念的单元设计研究的成果,并且在高中物理教学的实践中经历了验证,但是,探索是一个无止境的过程,笔者提出的模式也是初步的,希望得到更多的修正. 图2高中物理“观念为本”教学设计模式  下载原图

构建教学设计模式的真正价值在于使用者对学科教学在特定的情境中灵活适当地运用,而一个模式的新颖之处,主要也并不在于模式的构成本身,而在于对构成模式各元素的解释.

我们对所构建的物理“观念为本”教学设计模式作简要阐释,而模式的理解和运用主要在于使用者的把握.

物理课程标准和教材是教学设计的重要依据,对教材的应用是对教材的二次开发,避免为教材所束缚,而这里的分析是围绕特定物理观念的建构而展开的,寻求具体的事实、概念到核心概念的关系,提炼升华成物理观念的路径和方式.任何教学都是为学习者服务的,离开了学习者的针对性,教学将成为无的放矢的行为,是不可能有成效的.其中学习者在物理观念形成中已有的知识、经验和先前认知是特别重要的.

对“观念为本”教学目标的阐明,因为涉及到比较复杂的原则、理论、要素、方式等,笔者已另行详细撰文阐述[17].

教学过程的设计是教学设计的核心内容,根据本次新课改指向核心素养的总目标,为促进学生物理核心素养的全面发展,课堂教学改进是关键环节.教学改进主要包括:单元设计的改进、教学设计的改进和课堂实施的改进.以“观念为本”的物理教学单元设计,笔者已作出了专门的研究[18].课堂教学的设计正是本文的写作目标,课堂实施即是设计的实践过程.在单元设计的基础上,谋求教学目标的达成,思考情境的创设能否提供丰富的背景材料和激发学习兴趣,并将注意力聚焦到观念的形成之中;问题的设计是否有明确的指向性、启发性、层次性、系统性和发展性,能否激起学生对物理观念的深层次思考;观察、实验是否对旧知识、原有经验的唤醒,学生的过程体验、师生互动是否围绕有关物理观念的核心概念展开;对充分体现物理观念形成的基本要素即概念建构和规律形成,既要考虑其学习进阶,又要考虑符合学生的认知规律和认知能力;探究学习方式的设计是否体现了“问题、证据、解释、交流”等要素,是否落实在物理观念形成的核心概念上,并真正发展了学生的科学思维;教学活动的设计是否能达到让学生充分地沟通、合作、分享、质疑、批判、论证,从中认识科学本质,养成良好的科学态度和责任;学习方式的选取是否合乎教学内容和物理观念的形成及学科核心素养培养的需要;媒体、资源的开发和利用是否对物理观念的形成充分有效,有利于教学效率的提高和教学效果的提升;教学方法和策略的选择是否合理和适切,有利于促进物理观念教学目标的实现;习题的设置是否有助于对概念和规律的深入理解和提高科学思维能力,是否指向物理观念,等等[19].

从深度学习和基于学生核心素养的物理学科能力培养的研究成果看,物理观念是在学习理解和应用实践过程中逐渐形成的,在理解和实践的推进过程中,发展科学思维和探究能力,形成对学科本质的理解和良好的科学态度和科学责任.由此实现对知识和技能、态度的迁移,以至通过交流、批判性思维重建科学模型,形成新的科学认识和观点,达到科学创新,实现物理学科的深度学习目标.由此,在学习理解的基础上,向应用实践、迁移创新推进.这是一个完整的学习过程,是物理观念形成的基本过程.

评价的实施,除了过程中及时地形成评价外,要特别注重对单元的评价和核心概念形成的阶段性评价,对物理观念养成的评价是核心环节(具体的试题命制和评价策略拟另文发表),十分关键.对学生的评价可采用后测、访谈、个案分析、成长档案袋等.对教师的评价包括课堂实录、调查、访谈等.由此对物理观念的教学效果作出价值判断,对教师的专业素养和研究能力的提高得到实质性的促进.

反思是推进和提高的前提,全面的反馈、总结、反思,有利于分享成果,发现不足并找出原因,以便进一步地探索和深入研究,不断修正,不断提高,不断优化.以“观念为本”的高中物理教学设计模式就是在这样不断发展的过程中逐步形成并趋向完善的.

物理观念的建构绝非是在一堂课的教学设计中完成的,因此,以“观念为本”的物理教学设计,不是企图毕其功于一役,而是遵从基于单元设计的整体教学论中的“整体→部分→整体”的步骤展开教学[20].“整体”的确定即是根据我们所提出的基于物理观念形成的物理单元设计,从基于物理观念的单元作整体设计,依据单元设计完成课时设计,由此完成物理观念的局部教学,形成指向物理观念的学科核心概念.以核心概念作为中介进行的单元设计,在不同的教学内容中完成同一物理观念的不同层次上的形成,最终完成物理观念的完整建构.笔者认为,核心概念是对一类具体概念、规律、原理的统摄,观念又是对一组核心概念的综合,并在此基础上实施提炼和升华.因此,没有“观念为本”的物理教学设计,就不可能促进学生在物理学习中养成物理观念,也不可能对物理核心概念深入领会,达不到对物理基本概念、规律、原理的真正掌握;反之,物理观念的建构又必须建基于对物理核心概念的深入理解,而物理核心概念的深入理解又必须以物理基本概念、规律、原理的熟练掌握与应用为前提.这是学生认知物理学的完整链条和全部过程,不能缺损其中的任何一个环节.这就是“观念为本”“素养为的”高中物理教学设计模式的实质.

4“观念为本”物理教学设计示例

物理观念不是以结论的形式直接呈现在教材中的,而是蕴涵于物理知识之中,物理观念的建立不是讲授记忆而达成的.根据我们的前期研究,“观念为本”的物理教学设计是单元设计的一个组成部分,而且物理观念的形成有一个比较复杂的“教学架构”[21].按照这一架构,在文献[17]中,笔者已经以高中物理选择性必修3中第三章第3节“热力学第二定律”(教育科学出版社,2020年7月版)为例,根据彰显物理观念的要求,对本节内容的课标规定、选择性必修3模块教学目标、单元划分与单元教学目标、课时划分与内容分析、指向物理观念的学习者分析、观念为本的课时教学目标阐明等作出了详细的论述,物理观念的测试与评价又另行撰写文章,这样,本案例的撰写侧重在教学过程的设计,其余部分不再赘述.

按照我们的教学设计模式,要达成本节课的教学目标、教学过程的主要环节有创设情境、问题设计、教学活动、实践应用.在高中物理前面内容的学习中,同学们对机械能、电场能、磁场能、光能都已掌握,而且在热力学第一定律的学习中,对热能也已了解,并且比较全面地掌握了能量转化与守恒定律,因此,在热力学第二定律学习时,已经需要基本建立物理学的能量观,特别是要对封闭系统中的自然界宏观过程推断其是否可以自发进行,以及在什么条件下可以进行,揭示封闭系统的自然界宏观物理过程方向性的规律,深刻领会热力学第二定律的物理本质和科学价值,并初步了解熵的概念,了解熵在生产、生活、环境、能源等社会问题中的应用.运用热力学第二定律正确解释第二类永动机不可能制成的原因,解释能源利用、能源危机,从而达到对能量观念理解的进一步深化和完善.

4.1创设情境

热力学第二定律是通过对大量自然界中的宏观物理过程进行归纳推理而得出的结果,而且必须是封闭系统,因为开放系统则成为耗散结构,导致负熵流的出现,过程的方向性改变了.在情境创设时,可以运用多种媒体和手段,演示热传递、扩散运动、气体的自由膨胀、机械能与内能的转化、燃烧、物品破碎、覆水难收,等等.而且,特别要强调,这些过程不可逆,尽管二者都不违反能量守恒定律,这样,就为热力学第二定律的建立奠定了事实的基础和学理的依据,热力学第二定律的提出水到渠成.

4.2问题设计

问题是思维的动力,“观念为本”的物理教学,要促成学生对事实和经验的挖掘,由此作出抽象事物内在本质和规律的探究,产生深层次的思考.问题必须具有适当的思维深度,而教师对知识内涵的发掘层次决定学生思维的发展深度,问题要能引发学生的认知冲突,激起思考的兴趣.问题要能指向物理观念的形成,引向对物理观念的理解.在不同的阶段,笔者设计了如下的问题:1)有了热力学第一定律,已经揭示了能量转化与守恒的规律,为什么还要提出热力学第二定律.2)举出一个实例,论证热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述是等价的.3)对热力学第二定律的表述,可以理解成“功可以全部转化成热,但热不能全部转化为功”,或“热量能够从高温物体传到低温物体,但不能从低温物体传到高温物体”.这样的理解对吗?为什么4)热力学第二定律的表述中,都强调“而不是引起其他变化”或“而不产生其他影响”,可以略去吗5)中国古代《淮南万毕术》一书中记载用“冰透镜”取火,这不是热量可以从低温物体传到高温物体的例证吗6)自然界的能量不会消失,为什么还会出现能源危机7)2个杯子各装有1kg质量的水,一杯水的温度为100℃,另一杯水的温度为0℃;另有2杯同样的水,每杯水的温度都为50℃.它们所具有的热量是相同的,可以认为是2个等价的热力学系统吗?

4.3教学活动

根据笔者构建的物理观念形成的教学架构,教学活动主要是提供事实、经验,创设情境,通过问题的引导,学生通过科学思维或科学探究,建立起概念和规律,在对概念或规律的深化理解过程中,形成对核心概念的理解,最终导致物理观念的养成.本节课的教学活动可以设计学生开始的自主实验,规律形成时的合作探究及推理、论证,应用阶段的讨论交流,质疑评价等.

4.4实践应用

“观念为本”的物理教学致力于学生对知识的提炼与升华,形成自己独立的见解,要把概念和规律还原到原始的历史环境之中,去体验知识发现的过程与方法,体会科学技术发展的艰难和曲折,要通过个体体验或交流互动,将知识与科学技术的现实需求和日常经验及生活实际相联系,形成自我独特的认识,要通过问题解决进行检验、反思,使自己的认识得到完善和提高,得到提炼和升华.运用热力学第二定律解释为什么第二类永动机不能成功,历史上形形色色的第二类永动机的设计方案失效的物理本质是什么?能源危机的根源是什么?如何节约能源,合理利用能源?开发新能源和保护环境的途径有哪些?这些活动中也能体现并迁移到新的设计中.

5结束语

物理观念是物理学科核心素养的集中体现,是物理教育改革的关键因素,因此,笔者对物理观念的建构进行了全面的研究,取得了系列化的成果.从物理观念的物理教育价值认定开始,揭示了物理观念在漫长的物理学发展过程中的历史演进和内涵的复杂多变性,深入地阐发了物理观念的内涵、层次和教学架构,为物理观念的教学实施建立了基础,从而进一步提出物理观念可行的教学方式有隐性教学和显性教学,其适切的教学途径有顺次教学和逆溯教学.为了将物理观念的养成落实到具体的物理课堂教学之中,笔者详细地阐述了以物理观念为单元选择依据的高中物理单元设计的完整框架,全面地论述了彰显物理观念的高中物理教学目标阐明的理论、原则、要素和方法.本文又构建了以“观念为本”的物理教学设计模式,还将撰写检测物理观念的试题命制和评价策略的论文,这样,就形成了在中学物理教学中建构“物理观念”的完整的理论体系,同时也提供了相应的实例.表明了“物理观念”的建构在中学物理教学中是完全可行的,是重要的,是必要的,也纠正了“物理观念是玄虚”的错误认识,解除了部分教师在物理观念理解和实践中所引发的不必要的担忧.随着新一轮基础教育课程改革的启动,中学物理教育将迎来新的挑战和机遇,而学生“物理观念”的养成必将使中学物理课堂教学规范产生全新的根本性的转型.



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