摘 要:本文运用大概念的理念反思当下的高中物理教学,探究大概念的理念引领高中物理教学的实践意义,利用大概念的理念促进教学相长,以期解决高中物理教学所面临的问题。
关键词:大概念;新课程;物理教学
中图分类号:G633.7 文献标识码:A 文章编号:1003-6148(2017)2-0010-4
当下,高中物理教学与研究,基本上还是教学经验的归纳和提升,既缺乏先进教育思想的引领,又缺乏系统性实证化的探究与践行。
大概念的教育理念基于认知心理学研究成果与最新进展,运用整体思维“牵一发而动全身”,能有效落实新课程的教学理念。
1 大概念的教学理念
《科学教育的原则和大概念》一书由英国科学教育界专家哈伦女士(Whnne Hailen)执笔,多国科学家和教育专家参与编写。该书自英文版出版五年来,被译成了法文、中文、西班牙文等多个版本,在国际科学教育界受到了广泛的重视和欢迎。书中所论及的科学教育原则和大概念,得到了不同国家基础教育研究者和标准制定者的认同。2014年9 月,由哈伦女士召集的同一组专家重新聚集,研讨因需求而再版该书的问题。后以《以大概念的理念进行科学教育》(以下简称《大概念》)一书出版。《大概念》一书受到联合国教文组织和IAP的强烈推荐,已有多个文字版本正式出版。
《大概念》一书的参与者和中文翻译者韦钰教授更是明确指出:科学大概念是有组织、有结构的科学知识和模型;基础教育阶段学科教育的学习内容应该少一点,但深一点,教师应该把学习组织为趋向于大概念的、连续的、有联系的学习进程[1]。
大概念的理念告诉我们,高中物理不能只给学生讲授一些零碎的、不连续的知识片段和拼凑堆积在一起的物理概念和规律,而是需要引导学生围绕涉及高中物理领域中有结构、有联系的物理核心概念、规律和模型——大概念来进行学习[2]。科学家彭加莱曾经说过:科学是基于事实之上的,就好像房子是由砖石沙子来砌成的一样。但是,一些事实的堆积并不是科学,就像堆在一起的一堆砖石并不是房子一样。因此,高中物理新课程应基于课程标准,帮助学生学习有组织、有结构的基础物理知识和模型,建构物理学科的认知结构,提升学生物理学科的核心素养,他们能够解释较大范围内的一系列相关的物理现象。
反思与审视当下的物理教学,物理同行也尝试着把学习的主动权交给学生。比如把课堂还给学生,编制导学案,引导学生自学、小组合作学习等,也包括用微课、翻转课堂以及幕课等。所有这些举措确实给高中物理课堂带来了不少生机。但随着时间的推移,学生的学习兴趣难以维持,积极性递减,大多数老师的积极性也不高。
究其原因,主要是因为我们的努力并未使学生的学习发生实质性变化,大多数学生的物理学习基本还是线性化、碎片化以及功利化;对物理学科的核心概念和认知结构缺乏意义感和心理期待,没有整体领悟和把握高中物理的大概念。学生的学习动力主要来自于家长、老师以及同伴之间的互比等,缺乏真正的内在自觉,解决问题缺乏深入思考,只想获得正确答案,不问过程。能就事论事就已经不错了。
运用大概念的教育理念,就是要通过触及高中物理的核心知识,给学生创造机会,让其登高眺远,俯瞰全貌。对于何处有沟壑,何处有山峰,何处需要集中火力有一定的概略感知,让学生感悟所学内容的意义和价值。在相对集中的一段时间内(如某个单元或某一节课学习)围绕某个主题或问题,学生追根溯源进行学习与探究,获取高中物理的大概念。
2 以大概念的理念引领物理教学
笔者以大概念的理念引领高中物理教学,收效良好。
2.1 引领新课程
以高中物理力学部分为例,以大概念的理念引领教学,就能帮助学生经历“运动和力”的问题研究过程,又能感悟“运动和力”问题的研究方法,还促进培养学生力学的核心素养。
进行人教版必修一第四章《牛顿运动定律》的教学时,首先通过导学案,启发学生感悟骑自行车的经历(起动、匀速前进、刹车、转弯),增加学生对机械运动的认识。同时,要求学生回家坐公交车或坐私家车时,亲身体验并观察身边的机械运动。再让学生回想坐飞机时,滑行、起飞、空中飞行、下降甚至遇到气流时的颠簸等,并解释其中的原因。课堂教学时,学生汇报,充分展现“力与运动”的前概念。
这里,学生感知机械运动,分析归纳整理问题,都与 “运动和力的关系”的大概念密切相关。有“运动和力的关系”的概念引领,学生分析牛顿第一定律能解决哪些问题,不能解决哪些问题。定性分析与定量研究相结合,学生探究牛顿第二定律。这样,学生既很快建立了“运动和力”的认知结构,也经历与感悟了过程与方法。而且很快突破了超重、失重和单位制等问题。当然,大概念引领教学,并不是一定要从“大”出发,也可以从特殊到一般,从简单到复杂。有些情况下,恰恰是从“小”例子开始。这些例子可以是一个生活实例、一项课题、一段科学史实等。
以大概念引领高中物理教学,既可以在一个章節、一个单元中实施,也可以在学习一部分物理知识时实施,还可在一节课中实施。笔者在“反冲运动”一节课中,就以大概念引领教学。
(1)围绕“反冲运动”进行展示:①播放学生制作与发射水火箭的视频;②让学生观察吹气球时出现的反冲现象、讲述小蝴蝶飞越崇山峻岭等;③视频播放神九发射过程(学生提供);④学生归纳上述现象的特征并定义反冲运动。学生的展示活动还包括两个例题讲评与拓展。
(2)引领学生从力、动量、能量等维度认识与分析。具体内容有:①反冲运动中,物体间的作用力有什么特点?如何区分内力与外力?②试用牛顿定律分析反冲运动;③单个物体与物体系统为对象①②有什么不同;④试用动量的观点分析反冲运动(留白)(一般满足合外力为零或者内力远大于外力);⑤试用能量的观点分析反冲运动。
这两个环节中在科学的大概念理念引领下,恰当运用“留白”,延迟判断、引伸、质疑和暗示、点拨等,有效促进教学的深入进行。这节课围绕“反冲运动”的大概念,始于活动,让学生在做中学,学中做,充分发挥学生的主体作用。
2.2 引领物理学习方法与感悟物理过程
以大概念的理念引领高中物理教学,就学习方法与感悟物理过程而言,强调整个高中阶段物理学习过程是不可分割的,是趋于整体新课程教学目标不断上升的建构过程[3]。教师应放得开,特别是对探究性学习。教师应允许学生出错或得不到预想的结果,甚至完不成“任务”,注重培育学生敢想、敢说、敢质疑的科学精神与实事求是的科学态度,特别是敢动手。同时,应注重用先进的学习方法滋养学生。当下,应使学生逐步熟悉并掌握研究性学习方法等。
“反冲运动”这节课,开展的探究性学习主要有:
(1)小制作引领观察与探究:用透明胶带将两段弯成直角的吸管固定在一个漏斗上,两个导管喷水时,漏斗旋转起来。如图1所示,学习小组的几个同学,通过调节平衡,装水、释放,观察、记录现象等合作就能看到水与漏斗向不同方向的反冲运动。(留白)思考并探究:反击式水轮机的工作原理。
(2)实验操作与探究:在玻璃板上放一辆小车,小车上用透明胶带粘住带橡皮塞的玻璃管,如图2所示,先在管中装入一定量的水,用酒精灯加热,观察当水蒸气推出橡皮塞,小车的运动情况。这里要说的是,实验中加热水产生水蒸气推开橡皮塞,小车做反冲运动。但在具体的实验操作中,加热水时间长,而且小车做反冲运动效果不明显。部分学生当场提议用酒精代替水,笔者当即予以采纳,只是提醒他们注意安全的前提下,大胆去做这个实验,结果是:采用加热酒精,橡皮塞冲出的时间大为缩短,且小车反冲现象非常明显。笔者对这个案例给予充分肯定和表扬,教学反思作为亮点记下来,以后做这个实验时就选用水或酒精,让学生进行对比实验。
(3)自行设计引领探究:“反冲运动”这节课笔者安排了这样一个环节,完全让学生自主探究。
一是让学生准备器材,包括:①玩具回力车等;②三合板条、五合板条,还在三个并排米尺的两端用橡皮筋固定;③几支铅笔或圆型水彩笔。
二是让学生操作或者改进实验(包括减小误差等),比如:学生用铅笔滚动来减小摩擦;做第二个实验时,考虑到安全因素,学生用一个纸板挡住喷出的橡皮塞,这让人眼前一亮。
三是部分学生设计用玩具车,三个米尺并排(用橡皮筋在两端适当固定)当木板用,读出位移,来定量验证动量守恒定律等。
在这个环节中,笔者并没有事先给出条文和规范,而是给他们创造相对自由的环境。
这节课学生“做”就是最好地围绕大概念的学习。学生“先学后做”与“先做后学”,相辅相成。“先学后做”中的学,是意会、领会,是对反冲运动的初级阶段的感知,与“先做后学”相得益彰,是对反冲运动认识的系统化、理论化、体系化,是建构认知结构的必要条件。
大概念的理念引领高中物理新课程,不单是只对探究式教学而言。不论是什么教学方式,有大概念的教学理念引领,师生就能全身心地投入对所研究问题的整体化结构认识。师生在真实、复杂、蕴含问题的科学大概念学习情境过程中,教学中的许多信息、问题和想法会接踵而来。
3 大概念教学理念促进教师专业成长
以大概念的教学理念引领高中物理教学,还能促进教学相长,激活教师专业提升的内力,提升教师的教学智慧。
(1)促进教师更新教学理念,进行实证研究与践行,提升终点思维和认知结构。同时,引领物理教师加强物理专业理论与教育理论修养,以全新的视角审视与评价物理教育教学,使物理教师对教学问题的处理和认识能以最终结果作为思考的开始。在思考一个重要问题或做出重要结论时,从整体思维与科学大概念出发,先统盘考虑教育教学中的问题,去粗取精,去伪存真,确定真正要解决的问题,思索所有相关因素并制定科学的研究方略。
(2)促进教师专业提升。以大概念的理念引领教学,需要教师“居高临下”,具有一定的视野与把控全局的能力。需要教师从课程标准出发,准确把握教学的科学性与艺术性,抓住教学内容的线索和灵魂,以“根本、简单、开放”的原则把教学内容转化为大概念、大问题,实现教学的科学化,尽可能使学生不误入歧途。
(3)促进教师具有强烈的生本意识,以学生为本,高度相信和尊重学生,尊重学生的主体意识,充分依靠学生的原有经验和潜能,激发学习活力,促进教师提高教学智慧。比如:单元学习设计时,可能“留白”等办法能给学生思维的发展预留更多的空间和时间。
(4)促进教师进行教学研究,特别是研究性学习。不只是在课堂,也会拓宽到课前与课后。这是由于大概念的引领,教学中的问题会越来越多,包括专业提升与教育实践方面的问题。
其次,是来自学生的问题丰富多彩,特别是当学生对同一问题提出多种或不同见解时,教师可能没有想到或者根本想不到,这也能够直接促进教师的专业提升。学生提出的问题可能跨进度,甚至跨學科,也可能涉及科技前沿等,超出教师的预案。这一方面要求我们提高驾驭能力或掌控能力,同时也要求我们不断提高自己的专业知识水平和教学能力。
综上所述,以大概念的理念引领高中物理新课程的教学实施,既为我们的教学带来了生机与希望,也给我们提出了挑战。只要我们不断进行实证研究和探索,不但能提高学生的物理学科的核心素养,也能促进教师的专业成长。
参考文献:
[1]韦钰.以大概念的理念进行科学教育[J]. 人民教育, 2016(1):41-45.
[2]韦钰. 以大概念的理念进行科学教育[J]. 人民教育, 2016(1):41-45.
[3]Wyunne Harlen,等.韦钰,译.科学教育的原则和大概念[M].北京:科学普及出版社,2011:23.
[4]权广仁. 高三物理复习课的例题选择与设计[J]. 物理教学,2016(2):9-11.
(栏目编辑 赵保钢)