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(fā)展學生的探究能力，改變傳統(tǒng)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于信息加工研究成果的基礎上發(fā)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(jīng)驗的過程，是通過新信息與學習者原有知識經(jīng)驗的雙向的相互作用而實現(xiàn)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?shù)爻尸F(xiàn)，而且關鍵在于如何激發(fā)學生的相關原有知識經(jīng)驗，促進新、舊知識經(jīng)驗的相互作用，使新知識在原有經(jīng)驗的基礎上“生長”起來。
概括地說，建構主義教學觀認為，學習包含主體、建構環(huán)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(jié)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(huán)境包括學習者學習時所處的內(nèi)外環(huán)境，內(nèi)環(huán)境主要指學習者的心態(tài)，建構主義特別強調(diào)積極的心態(tài)；外環(huán)境為物理環(huán)境、人際環(huán)境以及它們內(nèi)部和相互間的作用，教材等媒體屬于物理環(huán)境，教師和同學屬于人際環(huán)境。建構素材主要有：直接信息，能夠直接感覺刺激的現(xiàn)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(xiàn)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系式。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，有些對于新知識的學習起促進作用，如已經(jīng)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
建構主義鼻祖皮亞杰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(fā)展的實質(zhì)。皮亞杰認為，認知發(fā)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(fā)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(xiàn)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(jīng)感知過的刺激的相同特征，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(diào)節(jié)自己內(nèi)部結(jié)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(huán)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(jié)構，就不會有更高級的同化產(chǎn)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(diào)節(jié)機制使認知發(fā)展從一個平衡狀態(tài)向另一個較高平衡狀態(tài)過渡的過程。皮亞杰認為，個體認知圖式是通過同化和順應而不斷發(fā)展，以適應新的環(huán)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(huán)境刺激，個體便會作出順應，即調(diào)節(jié)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(tài)，通過個體與環(huán)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，物理教學過程屬于科學探究過程。從活動過程來看，科學探究包含觀察或調(diào)查，提出問題，查閱書刊及其他信息源以了解別人所做工作情況，設計實驗或調(diào)研方案，根據(jù)實驗情況來檢驗、修正方案，或者運用各種手段搜集、分析和解讀數(shù)據(jù)，提出答案、解釋和預測，進行交流，共享研究結(jié)果等等。按照特征類型，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(xiàn)為操作技能的發(fā)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(xiàn)自己對知識建構的過程，主要表現(xiàn)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(xiàn)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(fā)展，如聽老師講課，自己閱讀教材，認識物理量的表示和意義，進行數(shù)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(xiàn)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(fā)展科學探究能力和培養(yǎng)科學態(tài)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(chuàng)造性程度不相同。物理教學中具體采用哪一種形式，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(diào)新舊知識、經(jīng)驗之間的對接、整合，實現(xiàn)有效的同化和有準備的順應，達到認知的進步與發(fā)展，因此，任課教師非常有必要在課前對學生關于新知識的適應情況作全面調(diào)研。在傳統(tǒng)教學中，這一點往往被忽視。那么，究竟作哪些調(diào)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(diào)研學生新舊知識間的差距或臺階，是否具有表象基礎、是否學過類似的方法，數(shù)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，后者表示速度變化的快慢，這里方法相同，容易遷移，但后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(qū)別。二是哪些知識必須運用順應，這是我們常常所說的難點。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(xiàn)象，初中是閉合回路的一部分導體“切割磁感線”，高中描述為“穿過閉合回路的磁通量的變化”，這兩種表述差別較大，需要順應學習。除了新知識的認知調(diào)查外，問題解決方面的情況也應作好相應準備。
2、教學環(huán)境及素材設計
教學環(huán)境設計包括內(nèi)外環(huán)境設計，內(nèi)環(huán)境是指學生積極的學習心態(tài)，外環(huán)境包括物理環(huán)境和人際環(huán)境。物理環(huán)境的設計已經(jīng)又很多這方面的成果，這里不再多談。人際環(huán)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(chuàng)建民主氛圍的措施設計。比如一堂課中哪些環(huán)節(jié)設計為小組合作完成任務，哪些環(huán)節(jié)設計為集體討論或分組討論，是否設計交流探究成果的環(huán)節(jié)，等等。這些環(huán)節(jié)都是基于人際環(huán)境來開展的。對于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(diào)整，但不應超過上限時間。對于激發(fā)學生積極心態(tài)的設計，必須有具體的措施，如明確新知識的重要性及對于后續(xù)學習甚至個人理想實現(xiàn)的意義，可以介紹知識在生產(chǎn)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(xiàn)。
關于素材的設計，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(shù)據(jù)）的獲取要居于主要地位，觀察性信息（觀察教師演示、錄象、等）的獲取位居其次，然后才是物理符號性學習（如學習物理概念和規(guī)律的表達）。實踐表明，物理實驗在呈現(xiàn)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(xiàn)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(nèi)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(nèi)容要求，后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(tài)度等的最近發(fā)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(fā)展能力，應該根據(jù)物理知識特點和學習條件，分辨出課題內(nèi)容的主（要）目標和次（要）目標，主目標的實現(xiàn)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(jié)論獲得和探究能力的發(fā)展這兩個目標一般都是主目標，而培養(yǎng)興趣等目標可以在引入課題和結(jié)果的運用等環(huán)節(jié)通過激發(fā)好奇心和動機來達成，通過發(fā)揮學生在探究過程中的首創(chuàng)精神來實現(xiàn)創(chuàng)新意識與創(chuàng)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(tài)度的養(yǎng)成與發(fā)展。
4、教學模塊、環(huán)節(jié)設計
一般地說，課堂教學過程是由主目標指導下的若干環(huán)節(jié)組成，這些環(huán)節(jié)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(huán)節(jié)活動及其措施。有些環(huán)節(jié)是物理教學常用的，如實驗操作環(huán)節(jié)，它們一般使用的程序和方法變化不大，具有較穩(wěn)定的結(jié)構，把這樣的環(huán)節(jié)稱為模塊較合適；還有些環(huán)節(jié)是根據(jù)需要課堂上教師臨時增加的，可以稱為臨時環(huán)節(jié)。因此，教學設計可以分為模塊設計和臨時環(huán)節(jié)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(huán)節(jié)著重考慮其功能。物理教學中，模塊通常有課題引入、實驗設計、實驗操作、數(shù)據(jù)分析處理、結(jié)論應用等；臨時環(huán)節(jié)如知識鋪墊性環(huán)節(jié)。在某一堂課中，該組合哪些模塊和環(huán)節(jié)，各自占用時間多少要根據(jù)具體情況斷定。一般地，模塊可以主要在課前設計，臨時環(huán)節(jié)可根據(jù)需要臨時增加，次數(shù)不宜多，時間不宜長。如高中“電磁感應現(xiàn)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(fā)現(xiàn)“初中的部分導體切割磁感線實驗”學生忘了，可以臨時復習這個實驗內(nèi)容和結(jié)果，這就是臨時環(huán)節(jié)。
5、教學思維設計
總體上講，課堂教學思維有發(fā)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(fā)學生思維發(fā)散，同樣以某一結(jié)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(fā)散與輻合的這種辨證統(tǒng)一關系，存在于物理教學的各個環(huán)節(jié)，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(fā)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?qū)?nèi)部思維與外部行為自然地結(jié)合起來，在操作中充分感知、識記、領會物理現(xiàn)象；通過理性思考和數(shù)據(jù)分析，把握物理客體及其運動變化的規(guī)律性。同時，還讓學生在迷惑或困境中不斷地發(fā)現(xiàn)、提出問題，觸發(fā)解決問題的欲望，有所發(fā)現(xiàn)有所創(chuàng)新，以及親自體驗成功與失敗，科學的思想、方法和歷程。
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