謝佳宏 王較過

(陜西師范大學(xué)物理學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院,陜西 西安 710119)

“靜電場(chǎng)”是高中物理的重要教學(xué)內(nèi)容,由于靜電場(chǎng)看不見摸不著,使得學(xué)生對(duì)靜電場(chǎng)缺乏感性認(rèn)識(shí),加之靜電場(chǎng)知識(shí)點(diǎn)零碎龐雜,從而導(dǎo)致該部分內(nèi)容教師難教學(xué)生難學(xué).對(duì)于“靜電場(chǎng)”主題的教學(xué)而言,如何使學(xué)生深刻理解相關(guān)概念,促進(jìn)學(xué)生對(duì)靜電場(chǎng)知識(shí)的連貫性、發(fā)展性學(xué)習(xí),幫助學(xué)生形成良好的知識(shí)結(jié)構(gòu)就是一個(gè)值得探討的重要問題.

近年來,廣大教育工作者把學(xué)習(xí)進(jìn)階理論應(yīng)用于課堂教學(xué)實(shí)踐取得了良好的教學(xué)效果.所謂學(xué)習(xí)進(jìn)階,其實(shí)質(zhì)就是對(duì)學(xué)生在各學(xué)段,學(xué)習(xí)同一主題知識(shí)時(shí)所遵循的連貫的、循序漸進(jìn)的學(xué)習(xí)路徑的描述,一般表現(xiàn)為圍繞核心概念展開的一系列由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、相互關(guān)聯(lián)的概念序列.[1]應(yīng)用學(xué)習(xí)進(jìn)階理論指導(dǎo)教學(xué),有助于教師引導(dǎo)學(xué)生循序漸進(jìn)的學(xué)習(xí)主題知識(shí),形成良好的知識(shí)結(jié)構(gòu).要達(dá)到這個(gè)目的,首先必須明確所學(xué)主題的學(xué)習(xí)進(jìn)階．本文就“靜電場(chǎng)”主題的學(xué)習(xí)進(jìn)階做一探討.

1 學(xué)習(xí)進(jìn)階的理論基礎(chǔ)

應(yīng)用學(xué)習(xí)進(jìn)階理論指導(dǎo)教學(xué)之目的是為了探索“應(yīng)為學(xué)生設(shè)立怎樣的學(xué)習(xí)路徑”這一核心問題.[2]學(xué)習(xí)進(jìn)階的理論基礎(chǔ)主要有布魯納的“螺旋式課程設(shè)計(jì)”和維果斯基的“最近發(fā)展區(qū)”理論.

布魯納曾經(jīng)指出,成功組織學(xué)習(xí)材料的有效途徑是發(fā)展一種“螺旋式的課程”,課程設(shè)計(jì)應(yīng)該將學(xué)科核心概念置于課程的中心地位,把它們以與兒童思維水平相符的形式呈現(xiàn)出來,隨著兒童年齡的增長(zhǎng)和學(xué)習(xí)的繼續(xù),不斷加深對(duì)這些學(xué)科核心概念的理解和應(yīng)用.[3]換言之,課程設(shè)計(jì)應(yīng)該具有連貫性和漸進(jìn)性,學(xué)生針對(duì)同一主題知識(shí)的學(xué)習(xí)不可能一次到位,應(yīng)該把學(xué)科核心概念劃分為連續(xù)的循序漸進(jìn)的學(xué)習(xí)序列,以適應(yīng)不同年齡段和具有不同認(rèn)知水平的學(xué)生.在學(xué)習(xí)內(nèi)容的序列中,每一階段的學(xué)習(xí)都是下一階段的基礎(chǔ),同時(shí)也是前一階段的加深和拓展.例如,對(duì)“加速度”的學(xué)習(xí),首先,在位移和速度相關(guān)知識(shí)的基礎(chǔ)之上,引導(dǎo)學(xué)生從運(yùn)動(dòng)學(xué)的視角定義加速度,理解加速度是描述物體速度變化快慢的物理量,掌握對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的描述,探討勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律;其次,通過牛頓第二定律將加速度與力聯(lián)系起來,從動(dòng)力學(xué)的視角理解加速度,幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)如果物體所受合外力不為0,就會(huì)產(chǎn)生加速度.使學(xué)生不僅能通過對(duì)物體的受力分析,運(yùn)用牛頓第二定律計(jì)算物體的加速度,還能通過對(duì)物體加速度的分析,運(yùn)用牛頓第二定律計(jì)算物體受到的合外力,解決生產(chǎn)生活中的實(shí)際問題,從而深化對(duì)加速度的認(rèn)識(shí).這樣的課程設(shè)計(jì)與教學(xué),符合學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展,能讓學(xué)生循序漸進(jìn)的理解加速度,實(shí)現(xiàn)加速度的學(xué)習(xí)進(jìn)階.

維果斯基的最近發(fā)展區(qū)理論指出,[4]學(xué)生發(fā)展有兩種水平,一種是學(xué)生現(xiàn)有發(fā)展水平,另一種是學(xué)生潛在的發(fā)展水平,兩種水平間的差異就是“最近發(fā)展區(qū)”．教學(xué)應(yīng)準(zhǔn)確把握學(xué)生的最近發(fā)展區(qū),設(shè)計(jì)合理的教學(xué)方案,促進(jìn)“最近發(fā)展區(qū)”不斷向前發(fā)展,幫助學(xué)生逐漸達(dá)到較高水平.例如,在“滑動(dòng)摩擦力”的教學(xué)中,初中階段學(xué)生對(duì)滑動(dòng)摩擦力有了定性的認(rèn)識(shí),具備了二力平衡和控制變量法的相關(guān)知識(shí)和初步的實(shí)驗(yàn)探究能力,這就是高中階段學(xué)生學(xué)習(xí)滑動(dòng)摩擦力的現(xiàn)有水平.而學(xué)生的潛在水平是能夠掌握滑動(dòng)摩擦力的產(chǎn)生條件和影響因素,掌握其計(jì)算公式.在教學(xué)中,教師引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)探究滑動(dòng)摩擦力的影響因素,對(duì)滑動(dòng)摩擦力進(jìn)行定量分析和計(jì)算,逐漸將學(xué)生潛在的發(fā)展水平變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)水平.

學(xué)習(xí)進(jìn)階描述了學(xué)生各學(xué)段持續(xù)發(fā)展的學(xué)習(xí)路徑,它能有效地呈現(xiàn)概念間的邏輯關(guān)系,指出先學(xué)什么,后學(xué)什么,使先學(xué)的知識(shí)對(duì)后面的學(xué)習(xí)產(chǎn)生積極影響,為學(xué)生提供最恰當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)情景.學(xué)習(xí)進(jìn)階不僅描述學(xué)生學(xué)習(xí)和思維發(fā)展的路徑,更重要的是確定學(xué)生發(fā)展所處的不同思維層次,通過對(duì)每一層次的描述,呈現(xiàn)學(xué)生需要達(dá)到的水平,從而使教師準(zhǔn)確把握學(xué)生的最近發(fā)展區(qū),設(shè)計(jì)合理的教學(xué)方案,促進(jìn)學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)不斷向前發(fā)展,使學(xué)生日趨進(jìn)步,逐步完善知識(shí)體系.

2 “靜電場(chǎng)”主題的學(xué)習(xí)進(jìn)階

學(xué)習(xí)進(jìn)階研究是假設(shè)與驗(yàn)證、理論與實(shí)踐相互交替、不斷完善的過程.[5]其步驟一般是:確定研究主題(核心概念),選擇合適的進(jìn)階變量和維度,確定初步的學(xué)習(xí)進(jìn)階,然后開發(fā)測(cè)量工具并對(duì)學(xué)生進(jìn)行測(cè)試,根據(jù)測(cè)量結(jié)果對(duì)初步確定的學(xué)習(xí)進(jìn)階進(jìn)行驗(yàn)證和修訂.

2.1 “靜電場(chǎng)”主題相關(guān)概念間的層級(jí)關(guān)系

筆者依據(jù)《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)》,[6]《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))》[7]和《普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書.物理(選修3-1)》,[8]對(duì)靜電場(chǎng)部分的學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行梳理發(fā)現(xiàn),在初中階段,要求學(xué)生通過觀察摩擦起電現(xiàn)象,探究并了解電荷的種類及其相互作用,能舉例說明生活中的靜電現(xiàn)象.而在高中階段,要求學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識(shí)電荷,從微觀層面對(duì)摩擦起電進(jìn)行分析,并利用理想化的物理模型(點(diǎn)電荷)對(duì)電荷間的相互作用進(jìn)行定量研究,然后學(xué)習(xí)描述電場(chǎng)性質(zhì)的相關(guān)物理量.在此基礎(chǔ)之上,通過靜電現(xiàn)象和電容器等內(nèi)容的拓展應(yīng)用,加深學(xué)生對(duì)靜電場(chǎng)的認(rèn)識(shí)與理解.“靜電場(chǎng)”主題中各個(gè)概念間的層級(jí)關(guān)系如圖1所示.

由圖1可見,盡管本章涉及的概念較多,但它們主要是圍繞“電荷”、和“靜電場(chǎng)基本性質(zhì)”兩個(gè)方面展開.這兩方面涉及的概念相互關(guān)聯(lián)且逐漸深化,學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中就是圍繞這些概念逐漸加深對(duì)靜電場(chǎng)的認(rèn)識(shí)與理解的.

圖1 “靜電場(chǎng)”主題概念間的層級(jí)關(guān)系

2.2 “靜電場(chǎng)”主題的進(jìn)階變量和進(jìn)階維度

進(jìn)階變量一般是學(xué)科內(nèi)的核心概念和關(guān)鍵能力,[9]它是將進(jìn)階起點(diǎn)、中間層級(jí)和進(jìn)階終點(diǎn)有機(jī)鏈接起來的紐帶.研究者通過對(duì)進(jìn)階變量的分析和觀察,能夠追蹤學(xué)生對(duì)某一主題知識(shí)學(xué)習(xí)時(shí)的階段性發(fā)展.進(jìn)階維度其實(shí)質(zhì)就是進(jìn)階變量的不同方面,學(xué)生從不同的方面學(xué)習(xí)學(xué)科核心概念,最后綜合各個(gè)維度達(dá)到對(duì)學(xué)科核心概念的整體把握.例如Alonzo[10]在研究“力與運(yùn)動(dòng)”這一主題的學(xué)習(xí)進(jìn)階時(shí),將其分為“F合=0”、“F合≠0”、“物體運(yùn)動(dòng)”和“物體靜止”4個(gè)維度,而這4個(gè)維度的進(jìn)階就構(gòu)成了“力與運(yùn)動(dòng)”主題的學(xué)習(xí)進(jìn)階.進(jìn)階變量和進(jìn)階維度的選擇是理論和實(shí)踐相互質(zhì)證的過程,研究者基于自身的研究視角和目的往往會(huì)選擇不同的進(jìn)階變量和維度,然后根據(jù)實(shí)踐效果對(duì)其加以修正,以便更好地描述學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)階發(fā)展.本文選擇的進(jìn)階變量是“靜電場(chǎng)”主題知識(shí)內(nèi)容和學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展水平.進(jìn)階維度是“電荷”和“靜電場(chǎng)基本性質(zhì)”兩個(gè)維度.需要說明的是,這兩個(gè)維度之間并不是相互孤立、毫無聯(lián)系,同時(shí)各維度也并不是處于完全相同的層級(jí).學(xué)生對(duì)某一維度的理解會(huì)對(duì)另一維度的學(xué)習(xí)提供支持和幫助.例如“電荷”這一維度中庫倫定律的學(xué)習(xí),會(huì)對(duì)“靜電場(chǎng)基本性質(zhì)”這一維度中電場(chǎng)強(qiáng)度的學(xué)習(xí)產(chǎn)生積極影響.

2.3 “靜電場(chǎng)”主題的進(jìn)階層級(jí)

確定進(jìn)階層級(jí)就是對(duì)最低層級(jí)、最高層級(jí),和中間層級(jí)的劃分與描述.[11]確定最低層級(jí)一般基于學(xué)生對(duì)目標(biāo)知識(shí)的原始認(rèn)識(shí),包括學(xué)生頭腦中已有的生活經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)的前概念等.確定最高層級(jí)一般依據(jù)社會(huì)期望、課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)學(xué)生的要求等．確定中間層級(jí)則基于已有的對(duì)學(xué)生情況的研究結(jié)果,以及對(duì)具體學(xué)科內(nèi)容的分析.[12]筆者依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)和教材、學(xué)生認(rèn)知發(fā)展規(guī)律,結(jié)合靜電場(chǎng)研究的相關(guān)文獻(xiàn),將“靜電場(chǎng)”主題的學(xué)習(xí)進(jìn)階劃分為4個(gè)層級(jí)水平.

水平1:具有零碎的、尚未相互關(guān)聯(lián)的生活經(jīng)驗(yàn)和事實(shí),并將這些生活經(jīng)驗(yàn)與物理概念建立起聯(lián)系,但尚不能用這些概念對(duì)靜電場(chǎng)現(xiàn)象進(jìn)行解釋.

水平2:能記憶靜電場(chǎng)相關(guān)概念的定義和規(guī)律的具體內(nèi)容,并能用其對(duì)靜電場(chǎng)相關(guān)現(xiàn)象進(jìn)行簡(jiǎn)單解釋.

水平3:深刻理解靜電場(chǎng)相關(guān)概念,能厘清概念間的區(qū)別與聯(lián)系,并用科學(xué)方法建立靜電場(chǎng)概念間內(nèi)在的邏輯關(guān)系,把握事實(shí)經(jīng)驗(yàn)的本質(zhì)特征.

水平4:能全面理解靜電場(chǎng)主題知識(shí),并與其他主題知識(shí)建立起聯(lián)系,形成系統(tǒng)的知識(shí)結(jié)構(gòu),綜合分析問題.

為了更好地說明層級(jí)水平的劃分,在此以“電荷”為例,對(duì)靜電場(chǎng)主題學(xué)習(xí)進(jìn)階層級(jí)的劃分做一說明.學(xué)生從“冬天脫毛衣會(huì)有電火花和聲音產(chǎn)生”,“夏天用梳子梳頭發(fā),頭發(fā)變得蓬松”等生活現(xiàn)象獲得事實(shí)經(jīng)驗(yàn),并將這些事實(shí)經(jīng)驗(yàn)與“摩擦起電”“電荷”等物理概念建立聯(lián)系,說明達(dá)到了水平1;知道電荷、自由電子、靜電感應(yīng)、電荷守恒定律等靜電場(chǎng)概念和規(guī)律的具體內(nèi)容,說明達(dá)到了水平2;深入理解概念,并從微觀層面解釋摩擦起電的實(shí)質(zhì),得出電荷守恒定律,理解點(diǎn)電荷這一理想模型,建立電荷間相互作用的定量關(guān)系,說明達(dá)到了水平3;將這些知識(shí)建立起系統(tǒng)的聯(lián)系,解決“靜電復(fù)印”“靜電除塵”等綜合性的實(shí)際問題,說明達(dá)到了水平4.

2.4 “靜電場(chǎng)”主題學(xué)習(xí)進(jìn)階的建構(gòu)

在對(duì)課程標(biāo)準(zhǔn)、教材和靜電場(chǎng)相關(guān)文獻(xiàn)分析的基礎(chǔ)之上,筆者從“電荷”和“靜電場(chǎng)基本性質(zhì)”兩個(gè)維度將“靜電場(chǎng)”主題的進(jìn)階發(fā)展過程劃分為4個(gè)水平,并對(duì)每一水平加以解釋說明,確定了“靜電場(chǎng)”主題的學(xué)習(xí)進(jìn)階如表1所示.

從表1可以看出,學(xué)生對(duì)于“靜電場(chǎng)”主題的學(xué)習(xí)并不是一蹴而就的,而是從“電荷”和“靜電場(chǎng)基本性質(zhì)”兩個(gè)維度,循序漸進(jìn)地學(xué)習(xí)相關(guān)概念,經(jīng)歷不同的思維層級(jí),逐漸進(jìn)階的學(xué)習(xí)過程.因此,在教學(xué)的過程中,要依據(jù)“靜電場(chǎng)”主題的學(xué)習(xí)進(jìn)階規(guī)律,針對(duì)不同層級(jí)學(xué)生的思維特點(diǎn)和具體表現(xiàn),設(shè)計(jì)合理的教學(xué)方案,幫助學(xué)生形成系統(tǒng)的知識(shí)結(jié)構(gòu),促進(jìn)其核心素養(yǎng)的發(fā)展.

表1 “靜電場(chǎng)”主題的學(xué)習(xí)進(jìn)階

3 對(duì)“靜電場(chǎng)”主題教學(xué)實(shí)踐的建議

學(xué)習(xí)進(jìn)階是溝通理論研究與課堂教學(xué)實(shí)踐的橋梁,對(duì)課堂教學(xué)有重要的指導(dǎo)意義.在靜電場(chǎng)主題教學(xué)實(shí)踐中,充分發(fā)揮“靜電場(chǎng)”主題學(xué)習(xí)進(jìn)階的教學(xué)價(jià)值,有利于課程的螺旋深入和學(xué)生思維的發(fā)展,有利于學(xué)生知識(shí)體系的建立.能幫助學(xué)生將孤立、零散知識(shí)進(jìn)行整合形成完善的知識(shí)體系.

教學(xué)之前,一方面教師要認(rèn)識(shí)到靜電場(chǎng)主題的學(xué)習(xí)是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程,明確學(xué)生學(xué)習(xí)該主題知識(shí)會(huì)經(jīng)歷的幾個(gè)主要階段,根據(jù)每個(gè)階段的教學(xué)目標(biāo)合理分配課時(shí),統(tǒng)籌安排靜電場(chǎng)主題的教學(xué)工作.另一方面,教師要準(zhǔn)確判斷學(xué)生發(fā)展所處層級(jí),以及所要達(dá)到的目標(biāo)和存在的典型的迷思概念,準(zhǔn)確把握學(xué)生的最近發(fā)展區(qū),在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行科學(xué)的教學(xué)設(shè)計(jì).

教學(xué)之中,教師要積極創(chuàng)設(shè)物理情景增加學(xué)生的感性認(rèn)識(shí),統(tǒng)一進(jìn)階起點(diǎn)使學(xué)生盡量處在同一起跑線.同時(shí),還要善于發(fā)現(xiàn)學(xué)生的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí),充分利用這些錯(cuò)誤認(rèn)識(shí),清晰地判斷學(xué)生的思維層次,明確學(xué)生發(fā)展的認(rèn)知障礙所在,然后選擇合適的教學(xué)方法,建構(gòu)循序漸進(jìn)、由淺入深的學(xué)習(xí)路徑,幫助學(xué)生逐漸從低水平向高水平進(jìn)階.

教學(xué)之后,教師要積極進(jìn)行復(fù)習(xí)評(píng)價(jià),檢測(cè)學(xué)生是否到達(dá)了該階段的認(rèn)知要求.學(xué)習(xí)進(jìn)階提供了一種用來評(píng)價(jià)學(xué)生思維發(fā)展的模型,該模型揭示了學(xué)生思維的發(fā)展是一種由簡(jiǎn)單到復(fù)雜而不是由錯(cuò)到對(duì)的過程.在進(jìn)行教學(xué)評(píng)價(jià)的時(shí)候不能以知識(shí)目標(biāo)為唯一標(biāo)準(zhǔn),要注重對(duì)學(xué)生思維過程的評(píng)價(jià).因此,在開發(fā)評(píng)價(jià)工具的時(shí)候,應(yīng)多設(shè)計(jì)一些開放性的評(píng)價(jià)方式,比如二段式測(cè)評(píng),問卷,訪談等等．通過基于過程性的評(píng)價(jià)方式診斷學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和認(rèn)知障礙,不僅能促進(jìn)教師教學(xué)方法的改進(jìn),優(yōu)化課堂教學(xué),也能增加教學(xué)評(píng)價(jià)方式的多樣化.

4 結(jié)束語

本文運(yùn)用學(xué)習(xí)進(jìn)階理論,結(jié)合對(duì)課標(biāo)、教材和靜電場(chǎng)相關(guān)文獻(xiàn)的分析,初步確定了“靜電場(chǎng)”主題的學(xué)習(xí)進(jìn)階,并提出了相應(yīng)的教學(xué)建議.但是,筆者的研究還只是初步的探討,“靜電場(chǎng)”主題學(xué)習(xí)進(jìn)階的精確構(gòu)建,還需要進(jìn)一步的實(shí)證研究.構(gòu)建一個(gè)科學(xué)合理的學(xué)習(xí)進(jìn)階往往需要進(jìn)行多輪的測(cè)試和修改,學(xué)習(xí)進(jìn)階的建構(gòu)正是這樣一個(gè)假設(shè)與驗(yàn)證、理論與實(shí)踐不斷交替、逐步完善的過程.如何運(yùn)用學(xué)習(xí)進(jìn)階來指導(dǎo)具體的教學(xué)實(shí)踐,提高物理課堂教學(xué)質(zhì)量還需要進(jìn)一步深入研究.