物理观念形成初中物理教学实践

摘要：物理观念具有整合性、渐进性、主观性、稳定性等特征，物理观念的形成需要经过体验、反思、整合、实践四个环节，阶梯式、镶嵌式、螺旋式是形成物理观念的基本教学模式，而问题解决则是物理观念形成的主要途径。

关键词：物理观念；教学模式；高阶思维

物理核心素养主要由物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个方面的要素构成。其中，物理观念既是物理核心素养的主要内容，又是其他物理核心素养的重要基础。那么，在物理课堂教学中究竟该如何帮助学生形成物理观念呢？本文认为，物理观念的形成，并不仅仅是物理基础知识的积累，而是建立在学生物理知识学习的基础上，对物理学科知识的深度理解并对其进行概括、反思、提炼、升华、内化的过程。

一、物理观念的内涵与特征

（一）物理观念的内涵对于物理观念，不同的研究者对其有不同的界定，但也有共同之处，认为物理观念不仅是指具体的物理知识，还包括物理概念和物理规律等。本文认为，物理观念是以物理学科为背景，在学习物理概念与规律之后，学习者经过了信息再加工处理，提炼升华出的能够反映物理本质特点的，关于物理问题的概括化、抽象性及整体性认识。物理观念不仅是物理学科核心素养的重要组成部分，还是从物理学视角解释自然现象和解决实际问题的基础。具体来说，可以从三个层面理解物理观念的内涵：1．知识层面，物理观念是高度概括化的知识系统。物理观念不等同于物理知识，但物理观念却离不开物理知识，它与物理知识相互作用、相互影响。高中物理核心素养中的物理观念包括物质观念、运动观念、相互作用观念、能量观念，从这个角度看，我们可以认为物理观念是高度概括化的知识系统。2．方法层面，物理观念给学生提供了认知方法。如在学习了“力的作用是相互的”这个物理知识以后，学生就可以根据所学知识建立一种认识物质世界的方法，这已超越了物理概念本身，具有了方法的内涵，使学生学到整体性认识世界的方法，从更高的层次去认识物理方法。3．价值层面，物理观念对学生学习有重要的价值。物理观念不仅有利于学生对物理知识的整体建构，还有利于学生持久理解、深度理解物理学科知识，并基于此进行整合生成。

（二）物理观念的基本特性1．整合性物理观念形成于具体的物理知识学习之后，是通过对庞杂、零散的物理知识整合提炼而形成的整体性认知，它具有高度的整合性。物理观念整合的方面包括：感性与理性的整合、概念与概念的整合、知识与行动的整合、方法和结果的整合。2．渐进性物理观念是以低层次的具体物理知识的学习为基础的，如果缺乏物理知识的学习，那么高层次的物理观念就很难形成。此外，不同学段的学生所形成的物理观念是不同的，高段学生的认知是在低段物理观念之上经升华与拓展形成的，因此，物理观念的形成具有阶段性和层次性。3．主观性物理观念是人脑对客观物质世界的总体性认识，是建立在不同认识主体的年龄特点、知识与能力水平、个性倾向以及兴趣爱好等主观因素基础上的。4．稳定性物理观念形成于长期物理知识学习过程中，形成物理观念后，长期储存在学习者的脑海中，并对其学习行为有深刻影响，能够影响学习者的认知方法和思维方式，因此，物理观念具有相对的稳定性。

二、物理观念形成的核心环节

（一）体验体验是学习者主动参与物理学习过程，感知、感受客观物质世界的过程。物理观念的形成来源于真实经历，并在经历中获得经验，在此过程中，学习者需要调动视觉、听觉、嗅觉、触觉等多方面的感受器，获得丰富的经验，才能够对物质世界有自我的认识和看法。

（二）反思反思是促进学习者认识形成的过程，该过程中存在一个转化，即从对外部的感知、感受、注意转换为对思想方法、思维意识认识的过程。因此，反思是学习者对思想方法的再思考，反思的过程可以有效地促进学习者的思维发展，也是形成物理观念的重要过程。

（三）整合整合是在反思的基础上，将各个不同的要素进行统整，即学习者对具体物理概念、物理规律等物理知识以及蕴含于物理知识背后的不同层次和类型的物理思想方法进行概括、归纳、综合的过程。“大概念”不仅可以帮助学习者强化概念的本质属性，加强概念与概念间的相互联系，还可以让学生置于更大的视域内来认识解决问题。

（四）实践没有参与实践，物理观念就不能真正形成。内化的观念只有通过外显的行为才能表现出来。而在用物理观念影响行为方式的同时，应继续升华物理观念，对其不断修正和补充。

三、促进物理观念形成的教学模式

（一）阶梯式“所谓阶梯式教学是指教师基于学生的现实水平和身心发展规律，将教学活动整合设计成具有层次的学习阶梯序列，引导学生不断提高学习和发展水平的教学模式。”[1]物理观念的形成是建立在物理经验基础之上的，将物理经验转化为物理知识，并将物理知识概括提炼到概念水平的过程，也就是从低阶往更高阶概念提升的过程。因此在物理教学活动中，应设计具有阶梯性的教学活动，具体的操作方法是，按照经验水平———概念水平———思想方法水平，对教学内容进行组织和整合，设计“精”“妙”“合”“活”的教学问题，再将教学问题转化为教学活动，应用于物理课堂教学中。例如，在进行合力与分力的课堂教学时，教师首先可以激发学生已有的经验，以学生已有的生活体验为切入口，说明一个大人可以推动一辆车，两个小朋友也可以推动一辆车，引导学生分析，一个大人对车的力的作用与两个小朋友对车的力的作用效果是完全相同的，从而激活学生的物理经验，引入“等效替代”的物理思想。其次，需要将学生的经验水平上升到概念水平。如学生在基于生活实践的基础上，初步体会到“等效替代”思想后，可以引入“合力”“分力”“力的合成”“力的分解”等基础概念，在这些概念的学习过程，进一步加深了学生对“等效替代”思想的认识，学生认知也将从经验水平上升到概念水平。最后，学生在深刻领悟所学的物理思想方法后，还能以该思想方法为指导，将其运用到新的物理知识的学习中，能够用其解决新的问题，实现举一反三。

（二）镶嵌式镶嵌式教学是指在课堂教学中，将不同的物理知识分散到不同的教学过程中的教学方式。在学习某个物理核心概念时，需要首先学习多个相关支撑该核心概念的子概念，而这些子概念的学习看似相对独立，却又相互影响、相互作用。例如，在学习“地球上的水循环”时，首先需要学习到构成水循环的熔化、凝固、液化、汽化、升华、凝华六个物态变化子概念，这些概念的学习是为物质状态变化这个核心概念做铺垫的，由此可以看出，大概念的学习，实际上是将零散的知识融入知识结构当中，帮助学生建立概念体系的学习过程。因此，镶嵌式教学能够有效地分散教学内容，建立知识结构体系，强化理解大概念。在实际操作中，我们可以根据概念认知以及概念本体的复杂程度，对物理概念进行层次建构，如设计物态变化单元主题时，其概念层次分析如图1所示。学习“物质”大概念下的物态变化核心概念，需要学习六个重要概念以及若干基础概念，因此，在本单元的教学中，需要进行整体规划，逐步实现教学目标。例如“物态变化”这个主题单元，我们共设计了六个课时：课时1，温度与温度计；课时2，熔化与凝固；课时3，沸腾；课时4，蒸发；课时5，液化；课时6，升华与凝华。以第6课时为例，采用“1+x”问题解决教学模式，以四季为线索，将“地球上的水是怎样循环的”确立为本节课要解决的核心问题，为了解决这一核心问题，进一步提出水是如何上升到高空、水是如何降落到地面的等几个子问题，并通过实验、分析、讨论等方式一一解决。通过解决问题，学习新概念升华、凝华，同时复习已学概念熔化与凝固、汽化与液化。

（三）螺旋式螺旋式教学是建立在学习者体悟基础之上的，以学生认知发展的阶段性和顺序性为依据，以基本概念、原理和思想为起始点，层层递进，不断回归、深化学生学习深度的教学样态。学习物理观念需要反复、持续不断的回归、升华，那么，在培养物理观念的螺旋式教学中，需要回归什么呢？首先，需要回归的事物在物理学科学习中能够起到关键性的作用；其次，需要回归的事物应该具有强烈的整合性，整合性越强，越能够升华提炼成大概念，越能在学习中起到上位的指导作用；再次，需要回归的事物应该是有意义和价值的，它能够对学习者以后的终身学习起到积极的作用，产生比较深远的影响。如在《欧姆定律》的学习中，通过实验探究电流与电阻的关系时，学生容易忽略电阻变化时电压也随之变化，如何在实验中保持电压不变，对初中生来说难度较大，因此，在进行教学设计时，可以采用螺旋式教学法，将探究过程分为四个阶段：（1）根据控制变量的思想，设计出当电压不变时，探究电流与电阻关系的实验方案，并画出实验电路图；（2）根据学生设计的实验电路图连接实物图，演示将电阻从5Ω换为10Ω，电阻两端的电压表示数变大，从而提出问题：如何保持电阻R两端的电压不变？引导学生分析滑动变阻器在实验中的作用；（3）优化实验方案后，根据实验电路图，连接实物图，引导学生分析在连接实物图的时候应该注意的问题；（4）学生进行实验，测出实验数据，采用图像法进行数据分析，得出电流与电阻的关系。在此过程中，通过不断优化实验方案，提升学生解决问题的能力，形成物理思维。无论是哪一种教学模式，最终的指向都是学生能够学会问题解决，因此，问题解决成为物理观念形成的基本途径。问题解决需要强调两点，一是要求教师将以知识为主线的课堂翻转成以问题为主线的课堂，二是强调学用合一，在学中用，在用中学，学生学习新知识的过程也是运用知识解决问题的过程，运用知识解决问题的过程也是学习新知识的过程。

参考文献：

[1]李松林.回归课堂原点的深度教学[M].北京：科学出版社，2016:127.

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