摘 要：知識結構化有助于深度理解知識、統(tǒng)攝知識，是問題解決能力的關鍵。針對高中物理復習教學中知識碎片化、零散化的現(xiàn)狀，以高中物理力學規(guī)律為例，提出結構化教學的策略。探索利用結構化的思維，優(yōu)化復習模式，提升復習效果。凝練了結構化教學的三大實踐策略：知識體系結構化、解決思維結構化和認知遷移結構化。

關鍵詞：復習教學；結構化策略；物理模型建構；結構化學習能力

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2024）7-0005-6

高中物理復習教學中，教師通常按照復習資料梳理知識點，并布置相關知識點的練習題進行訓練。有時學生對某個知識點沒有掌握，就多次強化訓練；有時學生認為聽懂了教師的講課內容，而自己一動筆就發(fā)現(xiàn)不會解決問題。教師教得辛苦，學生練得很累，效果卻不盡如人意，而且學生會因此產(chǎn)生厭學情緒。這樣的復習教學，學生知識遷移能力和解決實際問題的能力沒有得到提升，主要原因是學生并沒有形成系統(tǒng)化、結構化、程序化的知識體系，不能用結構化的知識解決問題。

認知心理學家布魯姆認為：“知識結構是指某一學科領域的基本觀念，不僅包括學科知識中的基本概念、基本思想或原理，還涉及思維方法以及學習態(tài)度?！保?］《普通高中物理課程標準（2017年版）》指出，“重視學科大概念為核心，課程內容結構化，以主題為引領，使課程內容情境化，促進學科核心素養(yǎng)的落實?！保?］高中物理是一門體系嚴密、充滿辯證關系的結構化學科，物理知識具有緊密的關聯(lián)性與遞進性。高中物理復習教學應著眼于建構物理知識框架，使知識體系化、結構化；應著力于靈活建構和運用物理模型，促進問題解決思維的結構化；應著重于形成結構化學習能力，促進認知遷移結構化。為全方位實現(xiàn)核心知識的結構化，實現(xiàn)核心能力的螺旋上升，可以從知識體系、解決方法、認知遷移三方面，進行結構化的復習教學實踐。

1 知識體系結構化

物理知識是相互關聯(lián)的，學科不是知識點的簡單堆砌，而是有著內在的關聯(lián)、結構和思想的。根據(jù)認知理論，高一、高二新授課教學過程中，學生經(jīng)歷了知識的第一次建構。單元復習不是炒冷飯，而是讓學生經(jīng)歷第二次建構。正如數(shù)學家華羅庚所說：讀書由薄到厚，再由厚到薄。在高一、高二的新課學習中，學生以知識的汲取為第一目標，像海綿一樣來者不拒。但在此過程中，極少有學生能很好地挖掘知識點的深意，亦或深入思考教科書編排知識的前后關系，導致大部分學生對知識的理解是孤立的、片面的，問題解決的方法是單一的。復習階段，問題解決要求學生綜合、靈活運用知識，提出了新的、較高的素養(yǎng)要求。這種情況下，學生的知識結構及已形成的素養(yǎng)水平，與試題中問題解決的難度之間出現(xiàn)較為明顯的差距。因此，復習課教學要求教師幫助學生重構高質量知識體系，使學生能全面、多角度地分析和解決問題，提升學生的物理學科核心素養(yǎng)。

以力學板塊為例，力學知識在整個高中物理中具有舉足輕重的地位，物理力學規(guī)律復習時應厘清各個物理概念、規(guī)律之間的關聯(lián)和本質關系，建構大概念前提下的核心知識框架體系，建構高中物理力學體系圖，如圖1所示。

從小到大，從點到面，從面到體，讓學生全面理解各個概念和規(guī)律，形成物理觀念體系結構，即教學應該具有這樣的路線圖：知識點—知識鏈—知識網(wǎng)—知識樹。按圖1所示，解決力學問題應運用“三條主線，六大規(guī)律”，厘清內在知識點邏輯的知識鏈；構建縱橫知識網(wǎng)，融會貫通知識樹，形成整體力學知識結構。

從力的概念出發(fā)，第一條思路，力的瞬時作用效應，即力與運動的關系（牛頓運動定律與運動學規(guī)律）；第二條思路，力對空間的累積效應，即功能關系（動能定理與機械能守恒定律）；第三條思路，力對時間的累積效應，即動量與沖量的關系（動量定理與動量守恒定律）。三條思路使學生對力學問題處理的著眼點和思想方法有一個整體的認識，進一步領會每一條思路的地位、作用、特征條件，理解相互間的區(qū)別和聯(lián)系。同時，對高中物理研究問題的類型按知識結構從簡單到復雜進行結構化排列：勻速運動、勻變速直線運動、勻變速曲線運動（如拋體運動）、變速運動（如圓周運動、簡諧振動）。要求學生明確各類運動特征和它們之間的聯(lián)系，以便根據(jù)各類運動特征和規(guī)律引導學生多角度分析問題、解決問題。

我們以兩個力學經(jīng)典問題為例，探討重構力學知識結構對加深物理問題理解、加強運用結構化知識提高問題解決能力的策略。

例1 一顆質量為m的子彈以v0的初速度射入靜止在光滑水平面上的木塊，射入木塊的深度為s，質量為M的木塊發(fā)生的位移為L，用“三條主線，六大規(guī)律”剖析運動過程中的情況，如圖2所示。

從力與運動的觀點看：子彈在阻力作用下做勻減速運動；木塊在摩擦力（動力）的作用下做勻加速運動，最后兩物體一起做勻速運動。

從功與能量的觀點看：阻力對子彈做的功等于子彈動能的減少；動力對木塊做的功等于木塊動能的增加；阻力對系統(tǒng)做的功等于系統(tǒng)動能的減少，即系統(tǒng)內能的增加。

從動量與沖量的觀點看：阻力對子彈的沖量等于子彈動量的減少；動力對木塊的沖量等于木塊動量的增加；系統(tǒng)動量守恒。

針對一個問題進行多角度分析，既鞏固了知識體系，又能通過問題的解釋和解決提升核心知識的運用能力，從而使核心知識結構化。這種對典型問題的多途徑解釋和解決，能夠將核心知識高質量結構化，讓學生核心素養(yǎng)的發(fā)展清晰可見。

例2 如圖3所示，質量為M、傾角為θ的足夠長的斜面放置在光滑水平面上，質量為m的物塊以速度v0從斜面底端滑上斜面，嘗試解決以下問題：①若斜面固定，物塊與斜面間的動摩擦因數(shù)為μ，討論物塊能回到出發(fā)點的條件（滑動摩擦力約等于最大靜摩擦力）；②滿足①問的條件下，若在斜面底端固定一個彈性擋板，求物塊在斜面上經(jīng)過的總路程，以及物塊向上運動時間t和向下運動時間t之比；③若斜面光滑且不固定，求物塊到達斜面最高點時離斜面底端的高度以及物塊再次回到斜面底端時的速度。

解決以上問題需要學生調用多個物理規(guī)律（圖4）。解決問題的過程如同一個金工學徒利用各種不同的金工工具加工一個機械產(chǎn)品，在此過程中，各種物理概念和物理定律被當作解決問題的工具，每一次的認知操作都會讓學生對規(guī)律和概念的認知上一個臺階。更重要的是，學生學會了如何挑選合適的解決問題的工具（使用哪個物理規(guī)律），什么時候需要不同工具之間搭配（比如，是動量守恒定律，還是牛頓運動定律和動能定理結合）去解決。

通過這樣的學習過程，物理概念和物理規(guī)律才會真正轉化為解決問題的能力，而能力的提升也會提高學生用物理知識去解釋現(xiàn)象、解決問題的信心和意愿，最終內化為核心素養(yǎng)。

2 解決方法結構化

我們應將幫助學生逐步學會“結構性思維”看成“結構化教學”的一個重要目標。學生結構性思維水平越高，將所學自覺應用到各類問題解決的能力也會越強［3］。物理學家解決問題的基本思路：把實際問題簡化、純化，即通過建構物理模型把它轉化為典型的物理問題，再用數(shù)學工具解決問題，如圖5所示。

與物理學家不同，學生面對的往往不是真實的問題，而是脫離于實際問題的非情境化試題。命題者有意在其中結合了特定知識點的考查，希望學生運用特定的物理模型解決問題。若學生無法準確分析、判斷出對應的模型，常有“猜不中出題人的意圖”“題目也沒看懂”之感，而若是在老師的幫助下抽象出非情境化的物理模型，很多學生就有能力解決。因此，學生習慣于解決非情境化的問題，教師要引導學生建構從情境化至非情境化的橋梁，也即物理模型。

模型作為一種解決問題的思想和方法，在科學教育中被廣泛使用，新課標將模型建構作為科學思維的一個重要維度。把真實問題轉化為物理模型的能力是物理學科的核心能力。物理模型建構能促進認知發(fā)展，提高學習效果。

為此，在日常教學中，應該強調以問題解決為目標的意識，幫助學生充分熟悉問題所對應的知識點和物理模型的建構過程。高三復習時，教師要通過真實問題解決培養(yǎng)學生的物理模型建構能力；利用相似問題，提升科學分析、論證能力；增加假設條件，培養(yǎng)學生重構物理模型的能力。引導學生分析解決物理問題的過程可歸納為如圖6所示的思維流程。

（1）細線斷裂時，轉盤的角速度ω0大小是多少？

（2）說明細線斷裂后這些小球的落地位置。

這是個實際問題，我們需要考慮以下幾個問題：研究對象怎么?。啃∏蜃鰣A周運動的圓心在哪里？什么力提供向心力？細線斷裂后這些小球做什么運動？從什么角度去看小球落地的位置？諸多問題千頭萬緒，學生往往不知從何處切入。但如果從培養(yǎng)學生物理模型建構能力的角度考慮，就需要學生從更高的角度思考，從而解決問題。

此題中，雖然有很多個小球，但應能發(fā)現(xiàn)每個小球都是等價的，所以也就不難聯(lián)想到等效模型——圓錐擺（圖8）。圓錐擺的運動也是本題小球的特征。此兩步，分析特征條件，聯(lián)想近似模型，也是學生破題的寶刀。再分析題目條件與圓錐擺模型是否存在差異？通過比較可知，小球圓周運動的半徑應考慮轉盤的半徑R。這樣，對于熟悉圓錐擺模型的學生來說，應該就胸有成竹了。結合側視受力分析（圖9），進一步畫好俯視模型（圖10），再運用數(shù)學工具，問題就能快速、正確地解決。可見，符合題意的模型建構，并非從零到一的“無中生有”，而是借助新舊模型比較、從一到二的“模仿+創(chuàng)新”。如果能持之以恒，學生模型建構的能力會明顯增強，物理思維結構會進一步優(yōu)化，運用模型解決問題就會得心應手。

例4 如圖11所示，掃描隧道顯微鏡減振裝置由絕緣減振平臺和磁阻尼減振器組成。平臺通過三根關于O'O''軸對稱分布的相同輕桿懸掛在輕質彈簧的下端O，彈簧上端固定懸掛在O'

（1）平臺靜止時彈簧的伸長量Δx；

（2）t=0時，每個線圈所受到安培力F的大小；

（3）在0～t1時間內，每個線圈產(chǎn)生的焦耳熱Q；

（4）在t1～t2時間內，彈簧彈力沖量I的大小。

課堂上，教師要有意識地幫助學生建立解決問題的思維結構圖示（圖14）。從圖示中我們可以看到，要解決物理問題，學生大致要經(jīng)過三個思維過程：第一步為物理建模。根據(jù)實際情況把問題中的原始情境模型簡化為一個或多個我們熟悉的理想化物理模型，例如本題中就可以把“掃描隧道顯微鏡減振裝置”抽象為“豎直彈簧振子”和“輻向磁場”兩個物理模型。第二步為知識與模型的匹配。物理知識和模型的對應，需要根據(jù)實際情況把需要用到的物理規(guī)律與理想化物理模型對應起來。比如本題中，要解決第（1）小問需要對應胡克定律，而后續(xù)的問題分別需要對應動量定理、法拉第電磁感應定律等物理定理和規(guī)律。第三步為數(shù)學運算。根據(jù)模型與對應的已知信息，把物理規(guī)律書寫成數(shù)理方程，并通過計算解決問題。

3 認知遷移結構化

結構化教學的根本宗旨是培育學生知識遷移能力、學習能力和問題研究能力，提升學生的科學思維品質和解決問題的能力，并能夠在陌生情境中利用所學知識解決新問題，讓學生從“學會”轉向“會學”，直到“慧學”。實際問題的解決方案往往與呈現(xiàn)的情境和條件有關，不同的條件選擇不同的方案（方法）。教學中，可以以學生熟悉的問題為載體，讓學生利用多種方法分析解決問題，然后在此基礎上作出變化，讓學生前后對比，對所選方法是否合理進行科學論證，進而確定解決新問題的方法。這個過程能有效提高學生實際問題的解決能力。如解決同一個問題：一物體從靜止開始沿固定的光滑斜面運動到底端，如圖15三種板塊模型圖所示，求解物體到達底端的速度大小。運用三大規(guī)律，從力與運動的關系、功能關系、動量與沖量的關系三個不同的視角都能解決，體現(xiàn)了不同規(guī)律的等價性。

假如修改上述問題：把光滑斜面改為固定的光滑曲面，求解物體到達底端的速度大?。换虬焉鲜龉饣泵娓臑橹糜诠饣降孛嫔系墓饣?，求物體到達底端的速度大小?？梢宰穯枌W生以上問題三大規(guī)律是否都能適用，以此說明規(guī)律會有適用范圍。要引導學生通過重新回顧基本解題過程，從物理學的維度形成關于物質、運動、能量和相互作用的基本認識，使得物理學概念和規(guī)律在教學過程中得以系統(tǒng)化，培養(yǎng)學生熟練運用物理知識和方法解釋自然現(xiàn)象和解決實際問題的能力。同時，把以上問題按其內部聯(lián)系組成一個整體的認知結構，在學生頭腦中形成完整的知識結構和方法應用體系，真正實現(xiàn)方法、能力的正遷移，由此提升結構化遷移的能力。

例5 如圖16所示，光滑弧形滑塊P鎖定在光滑水平地面上，其弧形底端切線水平，小球Q（視為質點）的質量為滑塊P質量的一半，小球Q從滑塊P頂端由靜止釋放，Q離開P時的動能為Ek1?，F(xiàn)解除鎖定，仍讓Q從滑塊P頂端由靜止釋放，Q離開P時的動能為Ek2，Ek1和Ek2的比值為多少？

相同規(guī)律在不同情境上的應用，本質上就是知識的遷移?？梢钥隙ǖ氖牵寣W生在更多的模型中使用規(guī)律解決問題，學生對規(guī)律的認識將更加深入，所以這是一種正向遷移。更重要的是，要讓學生習慣把規(guī)律遷移到更多的模型中，而每次遷移都會在學生的認知中形成一幅類似于圖17的屬于自己的新圖示，大量的認知圖示支撐學生創(chuàng)造新的解決方案。

4 結 論

在物理教學實踐中，聚焦結構化策略，以學科核心知識為統(tǒng)領，使獲得的知識形成系統(tǒng)化、層次化的完整的知識結構體系，以提升學生的學科學習能力。為了實現(xiàn)上述目標，高中物理復習時，以真實問題情境為載體，建構合理的物理模型，進行規(guī)范的物理分析，規(guī)范學生解決物理問題的思維流程，優(yōu)化解決物理問題的方法，著力于活化物理思維結構；提高學生科學思維和科學探究能力，增強解決問題的能力，著重于形成結構化學習能力，提升高中物理復習的效能感，培養(yǎng)學生的學科核心素養(yǎng)。

參考文獻：

［1］祁寧寧，胡紅杏.結構化教學：內涵、價值與實施策略［J］.西北成人教育學院學報，2022（1）：49-54.

［2］中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版）［S］.北京：人民教育出版社，2018.

［3］鄭毓信.從“整體性教學”到“結構化教學”［J］.教育視界，2021（29）：4-9.