建構物理知識教學設計

關鍵詞：建構主義；物理知識建構；活動方式；教學設計。

物理教學是科學過程在教學上的一種特殊形式，如何在建構物理知識的同時，發展學生的探究能力，改變傳統物理課重理論、輕實踐，重動腦、輕動手，重知識、輕能力的教學局面，是當前物理教學改革的一個重要方向。本文試圖以建構主義教學觀為指導，來探討物理知識建構與教學設計的一些理論與實際問題。

　　一、建構主義教學觀

當代建構主義是在充分吸收認知心理學關於信息加工研究成果的基礎上發展起來的。辯證的建構主義認為，學習是學習者自己建構知識經驗的過程，是通過新信息與學習者原有知識經驗的雙向的相互作用而實現的。學習應該通過學習者自己積極的高水平的思維活動（如綜合、概括、解釋、假設和推論等）而達成的。教學不僅要求信息被適當地呈現，而且關鍵在於如何激發學生的相關原有知識經驗，促進新、舊知識經驗的相互作用，使新知識在原有經驗的基礎上“生長”起來。

概括地説，建構主義教學觀認為，學習包含主體、建構環境、建構素材、知識生長點、建構方式等五個方面。主體是指先前已具有一定的認知結構和慣用的認知圖式（一種處理信息的方式）的學習者。建構環境包括學習者學習時所處的內外環境，內環境主要指學習者的心態，建構主義特別強調積極的心態；外環境為物理環境、人際環境以及它們內部和相互間的作用，教材等媒體屬於物理環境，教師和同學屬於人際環境。建構素材主要有：直接信息，能夠直接感覺刺激的現實信息，如實驗或活動中器具；間接信息，如教師語言或教材描述喚起的表象，及多媒體展現的綜合信息；符號或概念信息，是指構建某一學科的符號或它們的關係式。知識生長點指學習者原有的表象和知識基礎。建構方式，包括學習者感知、注意的方式，信息加工方式，問題解決方式等，有些對於新知識的學習起促進作用，如已經學會的思維方式，有些可能起阻礙作用，如思維成見或錯誤的前科學概念。針對建構素材的不同，有人將學習分為活動性學習、觀察性學習和符號性學習。在實際的教學中，應將多種信息融合起來，讓學生來建構對當前知識的理解。

　　二、建構主義的知識建構方式

建構主義鼻祖皮亞傑的理論體系中一個核心概念是圖式，圖式是指個體對世界的知覺、理解和思考的方式，圖式的形成和變化是認知發展的實質。皮亞傑認為，認知發展是受三個基本過程的影響的：同化、順應和平衡。

（一）同化

在認知發展理論中，同化是指個體對刺激輸入的過濾或改變的過程。同化有三種形式：

　　（1）再現性同化，是指當前的刺激離開眼前時，進行相似性的思維提煉過程；　　（2）再認性同化，是指當刺激再次來到眼前時，對照刺激進行相似性的思維提煉過程；　　（3）概括性同化，是指把對過去曾經感知過的刺激的相同特徵，遷移到新刺激的認知上的過程。個體對知識的同化建構具有累積效應、邏輯生長效應、自我整合效應。

（二）順應

順應是指有機體調節自己內部結構以適應特定刺激情境的過程。當個體遇到不能用原有圖式來同化新的刺激時，便要對原有圖式加以修改或重建，以適應環境，這就是順應的過程。同化和順應相伴而行，沒有同化就不會有順應；沒有順應形成的新的同化結構，就不會有更高級的同化產生。個體對知識的順應建構起趨勢作用、引導作用。

（三）平衡

平衡是指個體通過自我調節機制使認知發展從一個平衡狀態向另一個較高平衡狀態過渡的過程。皮亞傑認為，個體認知圖式是通過同化和順應而不斷髮展，以適應新的環境的。就一般而言，個體每當遇到新的刺激，總是試圖用原有圖式去同化，若獲得成功，便得到暫時的平衡。如果用原有圖式無法同化環境刺激，個體便會作出順應，即調節原有圖式或重建新圖式，直至達到認識上的新平衡。平衡不是絕對停止不動，一種較低水平的平衡狀態，通過個體與環境的相互作用，就會過渡到一種較高水平的平衡。

　　三、物理知識建構的基本方式

總體上講，物理教學過程屬於科學探究過程。從活動過程來看，科學探究包含觀察或調查，提出問題，查閲書刊及其他信息源以瞭解別人所做工作情況，設計實驗或調研方案，根據實驗情況來檢驗、修正方案，或者運用各種手段蒐集、分析和解讀數據，提出答案、解釋和預測，進行交流，共享研究結果等等。按照特徵類型，這些活動可分解為操作性建構、觀察性建構、言語性建構和研討性建構四種基本形式。

　　1、操作性建構，是指以操作實驗來獲得新知識的過程，表現為操作技能的發展與動作圖式的形成，可以是個人自主進行，或者小組合作進行。　　2、觀察性建構，是指通過觀察別人的操作來實現自己對知識建構的過程，主要表現為表象圖式的形成，例如課堂上觀察老師演示實驗、觀看錄象、、動畫等。　　3、言語性建構，是指以語言或文字學習進行的知識建構，表現為為邏輯延展或意義同化與順應，思維技能和認知圖式的發展，如聽老師講課，自己閲讀教材，認識物理量的表示和意義，進行數學推演，甚至解題等。　　4、研討性建構，也稱為社會性建構，是指通過師生之間或同學之間的某種溝通方式等社會性活動獲得知識的過程，表現為別人對自己認知的暗示與激勵，暗示包括肯定與否定。例如討論、交流、辯論等。

在實際物理教學中，上述的基本形式可以單獨進行，也可組合起來，形成課堂教學過程，來建構物理知識，發展科學探究能力和培養科學態度和科學精神。

　　四、物理知識建構的教學設計要點

按學生主動性程度劃分，物理教學的開展有三種形式：教師演示，學生模仿探究；教師引導，學生探究；教師提示點撥，學生自主探究。這三種形式中，學生探究的主動性、主體性與創造性程度不相同。物理教學中具體採用哪一種形式，一方面要看學生的技能、能力水平，另一方面還要看客觀條件（如時間、實驗設備）情況。但是不管哪一種探究，都要做好如下設計工作。

　　1、摸清基礎，做好認知措施設計

建構主義特別強調新舊知識、經驗之間的對接、整合，實現有效的同化和有準備的順應，達到認知的進步與發展，因此，任課教師非常有必要在課前對學生關於新知識的適應情況作全面調研。在傳統教學中，這一點往往被忽視。那麼，究竟作哪些調研呢？筆者認為，主要有兩方面：一是哪些新知識可以通過同化進行認知，要調研學生新舊知識間的差距或台階，是否具有表象基礎、是否學過類似的方法，數學知識是否具備等方面。如由速度概念來建立對加速度的理解，前者表示位置變化的.快慢，後者表示速度變化的快慢，這裏方法相同，容易遷移，但後者物理意義更難以理解；磁場概念可以運用電場的表象同化來建立，但要注意它們有區別。二是哪些知識必須運用順應，這是我們常常所説的難點。一般地，新舊知識在方法、表述上相差太大的，或者本身無法被同化時，則要通過順應讓學生接受，如電磁感應現象，國中是閉合迴路的一部分導體“切割磁感線”，高中描述為“穿過閉合迴路的磁通量的變化”，這兩種表述差別較大，需要順應學習。除了新知識的認知調查外，問題解決方面的情況也應作好相應準備。

　　2、教學環境及素材設計

教學環境設計包括內外環境設計，內環境是指學生積極的學習心態，外環境包括物理環境和人際環境。物理環境的設計已經又很多這方面的成果，這裏不再多談。人際環境中要特別設計學生和學生合作、交流和討論活動，以及教師與學生之間創建民主氛圍的措施設計。比如一堂課中哪些環節設計為小組合作完成任務，哪些環節設計為集體討論或分組討論，是否設計交流探究成果的環節，等等。這些環節都是基於人際環境來開展的。對於民主氛圍設計的措施，可以從總體上安排，如教師控制提問幾個問題和多長時間，教師引導探究為多長時間，學生自主與合作探究多長時間，在課前都應做好設計，臨場可以有所調整，但不應超過上限時間。對於激發學生積極心態的設計，必須有具體的措施，如明確新知識的重要性及對於後續學習甚至個人理想實現的意義，可以介紹知識在生產生活中的應用、科學人文等，也通過插播課堂錄象片段或來實現。

關於素材的設計，主要考慮活動性、觀察性、符號性三種信息資源的主次分配。物理教學中，操作性信息（操作實驗取得數據）的獲取要居於主要地位，觀察性信息（觀察教師演示、錄象、等）的獲取位居其次，然後才是物理符號性學習（如學習物理概念和規律的表達）。實踐表明，物理實驗在呈現確切信息顯示方面存在缺陷，可由加以輔助和彌補，能使信息呈現立體化、尺寸適度具有可觀性。這兩種信息是符號性學習的基礎，設計時分清主次，合理安排，應該把三種信息的有關活動融合起來。

　　3、教學目標設計

設計教學目標要考慮來自兩個方面的要求，一是課題的內容具有的教育教學功能，二是學生在此學習階段的可接受性；前者反映了目標設計的內容要求，後者反映了目標設計的主體要求。就某一課題而言，這兩方面相互作用而可能達到的認知、技能與能力、態度等的最近發展水平都應該成為課題教學目標。為了讓學生有效地建構知識和發展能力，應該根據物理知識特點和學習條件，分辨出課題內容的主（要）目標和次（要）目標，主目標的實現是該課題教學的主要任務，次目標可以考慮在完成主目標的基礎上有意識地延展任務來完成。例如，在課題的探究教學中，要探究的知識的結論獲得和探究能力的發展這兩個目標一般都是主目標，而培養興趣等目標可以在引入課題和結果的運用等環節通過激發好奇心和動機來達成，通過發揮學生在探究過程中的首創精神來實現創新意識與創新能力目標等等。實際上，也有很多情況是完成主目標的同時也完成了次目標，例如科學態度的養成與發展。

　　4、教學模塊、環節設計

一般地説，課堂教學過程是由主目標指導下的若干環節組成，這些環節具有特定活動和完成特定功能。為了完成特定功能，必須設計每一環節活動及其措施。有些環節是物理教學常用的，如實驗操作環節，它們一般使用的程序和方法變化不大，具有較穩定的結構，把這樣的環節稱為模塊較合適；還有些環節是根據需要課堂上教師臨時增加的，可以稱為臨時環節。因此，教學設計可以分為模塊設計和臨時環節設計。模塊設計主要考慮它的功能、程序、所用方法、可能的難點及措施等，臨時環節着重考慮其功能。物理教學中，模塊通常有課題引入、實驗設計、實驗操作、數據分析處理、結論應用等；臨時環節如知識鋪墊性環節。在某一堂課中，該組合哪些模塊和環節，各自佔用時間多少要根據具體情況斷定。一般地，模塊可以主要在課前設計，臨時環節可根據需要臨時增加，次數不宜多，時間不宜長。如高中“電磁感應現象”的教學設計，“條形磁鐵插入閉合線圈實驗，及以通電螺線管代替條形磁鐵的實驗”可設計為模塊，教師上課時發現“國中的部分導體切割磁感線實驗”學生忘了，可以臨時複習這個實驗內容和結果，這就是臨時環節。

　　5、教學思維設計

總體上講，課堂教學思維有發散思維和輻合思維兩類。教學主線一般由教師來駕御，以某一問題作為立足點，啟發學生思維發散，同樣以某一結論的得出作為歸宿，使學生思維輻合。思維散而不收，則顯得凌亂，缺乏目的性；思維收而不散，則顯呆板，缺乏靈活性，這些都影響物理知識的有效構建。思維發散與輻合的這種辨證統一關係，存在於物理教學的各個環節，教學設計應予以重視。當然，教學中也存在分析思維（邏輯推理）和直覺思維的成分，設計時也應該關注。

在求異中思維發散，在目標指引中思維輻合，這是教學思維設計的基本原則。物理教學思維設計，應使學生在學習中能夠將內部思維與外部行為自然地結合起來，在操作中充分感知、識記、領會物理現象；通過理性思考和數據分析，把握物理客體及其運動變化的規律性。同時，還讓學生在迷惑或困境中不斷地發現、提出問題，觸發解決問題的慾望，有所發現有所創新，以及親自體驗成功與失敗，科學的思想、方法和歷程。