化知为能:转识成智的目标追求

陈 斌

(江苏省靖江高级中学，江苏 靖江 214500)

怀特海(Alfred North Whitehead,1861—1947)曾指出:“教育的全部目的就是使人具有活跃的智慧”．[1]转识成智作为当代教育的核心价值追求,就是要让知识走向智慧,用智慧统率知识,通过创设充满着爱、洋溢着情、体现着乐的教育情境,促进学生自己成长、自然成长、自觉成长,进而培养聪明的、自由的、尚善的、有创造潜能的智慧学生．

而要实施化知为能、转识成智的教育,让学生在知识学习中生长智慧,提升核心素养．还须厘清如下几个问题:什么是知识?什么是智慧?知识与智慧的关系?怎样的知识可以转化为智慧?教师怎样教知识易于启迪智慧?学生怎样获取知识易于生长智慧?基于“知识”蕴涵着内容、形式和旨趣,“智慧”则关乎能力、德性和创新．因此,转识成智作为一个教育学命题,它应指向:化知为能、求美启德、传承创新．[2][3]本文从物理教学的实践出发,探索如何化知为能、转识成智．

1 知识条件化,画龙点睛

知识条件是指知识形成过程中发生发展的条件,知识的内涵和外延,知识在实际应用时的适用范围和条件等,知识条件和知识内容如影相随、相辅相成,构成知识的有机整体．知识应用的条件、范围是应用知识解决问题的前提,只有明确知识应用的条件、范围,知识才能深化、活化．知识条件化是指在课堂教学中,教师根据知识的内容、形式、旨趣,不断地变更问题的情境或思维的角度,让学生掌握知识的本质,弄清知识的内涵、外延,扣准实际应用的条件、范围,从不同角度、不同层次对概念、规律进行推敲、验证,知识条件化能帮助学生把握知识脉搏,起到画龙点睛的作用．教师积极地实施物理知识的条件化教学,有利于学生一针见血地切中知识要害,培养学生思维的灵活性、深刻性和广阔性．

1.1 还原过往,复演知识的形成条件

物理概念的建立、物理规律的形成都是一定条件下的产物,没有绝对的真理,只有相对的真理．任何知识都是相对的、有限的,不存在亘古不变的绝对真理．[4]还原知识的发生、发展条件,有利于学生在有限中把握无限,有利于学生用发展的眼光看待事物的规律,有利于学生形成批判、质疑和创新精神,从而更好地掌握概念和规律的精髓,并学以致用,解决具体的实际问题,造福人类．

比如牛顿运动定律,它是17世纪最伟大的科学成就,它推动了物理学乃至自然科学的发展．但牛顿运动定律也不是放之四海而皆准的真理,当我们的研究对象是宏观、低速运动物体时,牛顿定律普遍适用,但当物理的研究领域扩展到微观世界,微观粒子(如电子、光子等)以高速运动时,遵循的规律就不再是牛顿定律,而是量子理论和相对论,牛顿定律则成为相对论在宏观、低速条件下的近似规律．

再如关于光的本性的认识,不同的时代有着不同的认识水平,在现象的解释上有着明显的时代烙印.17世纪牛顿用光的粒子说解释光的直线传播和光的反射；惠更斯用光的波动说解释光的折射和反射．到19世纪初,光的干涉和衍射现象无可辩驳地证实了光的波动性,19世纪中叶,麦克斯韦则进一步提出光是一种电磁波,从而统一了电、光、磁．19世纪末,光电效应现象和黑体辐射问题让物理学的上空乌云笼罩,20世纪初爱因斯坦提出光子说成功地解决了这一难题．如此峰回路转、柳暗花明,人们认识到光具有波粒二象性．这一实例明确地告诉我们知识有着明显的条件性,而认识越深入、越透彻,就越接近真理．

因此,教学过程中,教师应对知识内容、形式、旨趣有效地整合梳理,以部分地还原知识的发生发展条件,复演知识的探究过程,进而增强学生的认知能力和创新意识．我们强调部分地还原知识的发生发展条件,复演探究过程和探究方法,是指在关键环节处还原科学探究的历程,利用实验室现有的条件开展科学探究,而不是一味地强调回归历史,采用原始的探究工具．它的价值在于:一方面让学生了解科学探索的道路是艰辛的、充满荆棘和坎坷的．另一方面也让学生学会科学探究的方法,弄清规律的形成过程.这比告诉学生现成的知识结论更胜一筹.它不仅可以让学生深入浅出、灵活自如地把握所学知识,而且可以让学生在接触真实世界,在复演知识的发生、发展过程中,学会探究、学会归纳和演绎、学会分析和综合、学会自己建构知识．从而涵养心灵、提升能力、启迪智慧.

1.2 联系前后,厘清知识的内涵外延

物理概念和规律往往都有一定的适用条件,有自身的内涵和外延,要深刻理解和把握,并能灵活自如地应用这些概念和规律解决问题,就必须联系前后、左顾右盼,弄清它们的内涵和外延．

可见,厘清知识的内涵和外延,是从本质上把握概念和规律的关键,教学中我们要用普遍的、联系的观点来认识物理规律,要既见树木,也见森林,唯如此,物理学习才能深入浅出、血肉丰满、栩栩如生．

1.3 学以致用,把握知识的应用范围

实际应用中,我们可怎样将知识条件化呢?那就是要将所学的知识与该知识应用的“触发”条件相结合,形成条件化知识,让学生在学习知识内容的同时,掌握这些知识在什么条件下使用,适用范围怎样,可解决哪些实际问题?

以动能定理为例,我们知道:动能定理虽可由牛顿第二定律和运动学公式推导得出,但动能定理的解题适用范围更广．其广泛的适用性倍受师生青睐,成为处理动力学问题时优先选用的解题规律．原因之一是由于中学数学知识的局限,我们应用牛顿运动定律和运动学公式只能解决恒力作用下的匀变速直线运动类问题;原因之二是牛顿运动定律只适用于宏观低速运动物体,而动能定理是能量转化和守恒定律的另一种表达形式,无论在力学、热学、电磁学、近代物理中,都能如鱼得水、宏图大展,大有用“武”之地．更喜人的是动能定理解题有着明显的优势,它不仅能解决恒力作用的匀变速运动类问题,而且能解决变力作用问题、曲线运动问题、过程复杂的路程问题．一旦合理选好初末状态,往往能使复杂的运动过程简化,收到事半功倍之效．

而在实验教学中,知识的条件化特点也很鲜明．以电阻的测量为例,我们既要考虑各种测量方法的适用条件、器材选择、量程选用等问题,也要思考各种测量电路的选择．例如，欧姆表测电阻如何选择挡位提高测量的精确度,并用二极管的正、反向电阻的明显差异指导学生进行挡位选择．伏安法测电阻何时用内接法,何时用外接法,误差分别多大,并通过描绘小灯泡的伏安特性曲线让学生掌握电路选择时是用分压式还是限流式,电表连接时是用内接法还是外接法．半偏法测电表自身电阻时,对电流表、电压表各有什么不同,原因何在?测量时电路和器材应如何进行选择,如何减小实验误差等等．这些都是实验教学的精髓．

我们常说:平庸的教师灌输知识,一般的教师解释知识,优秀的教师再现知识,而智慧的教师引领学生发现知识、生长智慧,就是说不同的教师由于在选择教法、学法上的差异,会导致学生认知上的差别．教师只有从知识的内容、形式、旨趣出发,进行有效的重组、整合、改造、转换,形成富有意义的知识的教育形式,才有利于学生学习能力的提升．教师只有根据教材、按照学情,将知识转化为符合学生认知能力的问题来逐步展开,层层递进,才能很好地启发学生的思维,调动学生的情绪,发挥学生的主体作用,引导学生掌握重点、突破难点、剖析疑点,提升学生获取新知、解决问题的能力,培养学生的创造力．

2 知识结构化,高屋建瓴

庞加莱(Jules Henri Poincaré)曾说过:“物理学是一系列事实、公式和法则建立起来的,就像一座房子是用砖砌成的一样．但是,如果把一系列事实、公式和法则就看成物理学,那就犹如把一堆砖看成房子一样．其实物理学要比组成它的事实、公式和法则深刻得多”.其深刻性就在于物理学大厦有着完美的结构,其力学体系、热学体系、电磁学体系……呈现在我们面前的是简洁、对称、和谐和多样统一的美．如果我们只见树木、不见森林,那规律的普适性、深刻性以及规律的内涵外延、纵横联系就难以很好地理解、把握和运用．因此,学习过程中应将知识结构化,将新的学习内容与原有的认知结构相互作用,形成新的、更大的网络结构．这样不仅有利于知识的巩固和记忆、联想和甄别、同化和顺应、检索和迁移,还能深化、活化所学知识,“牵一发而动全身”,提高学生的发散性思维、直觉思维能力,培养灵活运用知识解决问题的能力．

教学中师生往往用知识结构图将知识结构化,常用的结构图有方框图、网络图和概念图等,值得一提的是方兴未艾的思维导图更是将概念图、知识树、问题树等图示方法的优势嫁接过来,成为结构化思考和图形思维的重要方法．

2.1 建立方框图,比对有序

方框图整齐、对称,往往用于知识点的对比、类比和归纳总结等,采用方框列表后,条理清晰、一目了然,既利于沟通新旧知识的联系,加深理解和记忆,又利于将新的知识纳入已有的认知结构中,方便提取和运用．现举例如下.

表1是关于平衡力与作用力、反作用力的对比图．对比,能把两个不同的又容易混淆的事物或情形进行对照,互相比较．对比的目的是找到两个比较对象间的同一性和差异性,对比有利于澄清物理概念和规律,找到相近或相似物理量间的区别和联系,让学生从似是而非、模糊不清的窘境中摆脱出来．

表1

表2是关于玻尔模型与人造卫星运动模型类比图．类比,可沟通新旧知识之间的联系,收到化难为易、化抽象为具体、化模糊为清晰、化生疏为熟悉的效果,使新的知识顺利地纳入已有的认知结构中．类比思维有利于学生加深和辨清物理概念,促进知识迁移;有利于学生创设新的物理情境,提高创造性思维能力．

表2

表3是磁和电的相互作用的归纳总结图．归纳总结是建立良好认知结构最常用的方法,通过归纳、总结,学生脑海中的知识结构图式会更加完整、清晰、可视化,它能增强学生的综合运用能力,增强思维的深刻性和广阔性．

表3

可见,引导学生对已学知识用框图列表的方式来呈现,可进一步提升学生的甄别比较能力、类比推理能力和综合运用能力．其中对比图有利于物理概念的澄清和辨析,类比图有利于促进知识的迁移和灵感的触发,归纳总结图有利于知识体系的建构和综合运用能力的提升．

2.2 编织网络图,纲目清楚

为引导学生从整体上把握知识体系,使已学习的“知识点”串成“知识链”、织成“知识网”,形成完整的“知识体”,教学中常采用网络图.它能帮助学生实现认识过程中由此及彼、由表及里的飞跃．

“轴”一般指的是把具有增长潜力的主导产业集聚区或产业集聚城镇联系起来的基础设施带，如公路、铁路、河流等。科学合理地选择发展轴是体育小镇空间布局的关键。在分析江苏省社会经济发展格局，交通环境及水文地理条件等基础上，笔者选取江苏大运河体育文化带、环太湖体育圈、长江体育产业带作为江苏省体育小镇空间布局的发展“轴”。

例如能的转化和守恒定律是自然界最重要最普遍的规律之一,也是贯穿整个物理学的一条主线.图1中突出能的转化和守恒定律这一中心,并将它辐射到物理学的各章节中,学生学习起来就有了整体观和连贯性．

图1

因此,网络图能更好地开拓知识点间的纵横联系,厘清知识点的内涵外延,凸显知识的发生和运用条件,网络图也能更好地让学生胸怀全局、高屋建瓴地把握知识内容.

2.3 创作思维导图,发散思维

思维导图是英国著名心理学家托尼·巴赞(Tony Buzan)于20世纪60年代发明的一种图形思维工具．它融合了左脑的逻辑、文字、数字和右脑的意象、颜色、空间等功能,充分发挥大脑思维的“想象”与“联想”特点,将原本复杂的思维过程通过简单的线条和图形再现出来．简言之,思维导图是用来进行建构知识、发散思维、提高学习能力的一种可视化工具．托尼·巴赞认为思维导图是是人类思维的自然思考方式,是一种非常有用的图形技术,是打开大脑潜能力的万能钥匙．思维导图自上世纪80年代传入我国,最初用来帮助“学习困难学生”克服学习障碍．此后,思维可视化研究团队把概念图、知识树、问题树等图示方法的优势特性嫁接过来,同时将结构化思考、逻辑思考、辩证思考、追问意识等思维方式融合进来,把“思维导图”转化为“学科思维导图”加以实验应用．

物理教学中,思维导图可以帮助学生建立知识框架体系,联系新旧知识,发散思维,从而提高学习的能力．它一般可以在每章结束或进行复习时,让学生围绕一个中心或一个关键词进行绘制．如:学完“机械能”一章后,教师可指导学生以“功和能”为主题,抓住“功是能量转化的量度”这条贯穿本章的红线,围绕5个基本概念和两条重要规律来绘制思维导图．如图2就是其中一位学生的作品,他以关键词“功和能”为中心开始发散思维,图形的左侧是功、功率、动能、重力势能和弹性势能5个基本概念,图形的右侧是动能定理和机械能守恒定律两条重要规律,思维脉络清晰,图形结构合理,层次分明,重点突出．

图2

像这样的思维导图学生个个可以绘制,在实际绘制思维导图时,教师应避免采用统一的模式来束缚学生的思维,而应激发学生的兴趣与积极性,鼓励学生主动去思考探索,让思维导图不仅成为一幅知识的全景图,还是一幅极佳的内化路线图,以此促进学生创造性地形成自己的成果．而一旦学生学会了建构更复杂、庞大、立体的知识结构,必将会产生“会当凌绝顶,一览众山小”的感觉,此时,无论是总揽全局,还是条分缕析,都可以从各个层次上实现更为高效、高质量的学习,能力状态自然进入了一个新境界．

3 知识情境化,启思怡情

情境学习理论,是20世纪90年代以来西方学习理论研究的热点,是心理学领域继“刺激——反应”学习理论、认知学习理论、人本主义学习理论、建构主义学习理论之后的又一重要研究取向．情境学习理论认为,学习是一个参与情境的过程,是一个基于情境而展开的过程．[5]学习者对于知识的理解、建构、迁移,与知识生成的复杂而特定的情境脉络相连．建构主义强调知识意义的个人建构与社会建构,为知识创新提供了广阔的空间．作为思想资源的知识,能为个体进行意义建构、批判创新提供材料,它能刺激学习者的好奇心,促进深度思考,使人更加敏感,更富有创造力．

有利于学习发生的情境应是一种真实的社会情境、实践情境和文化情境．如果我们仅仅执著知识结论,忽视学科本身的对象与问题,不追溯到真实的生活问题及其产生的情境,学科问题的生动性与活力也便消失殆尽．因此,物理教学中借助实验探究情境、联系生活情境、模拟动画情境等等,均能再现知识的发生、发展过程,增强学习乐趣、陶冶生活情趣、丰富体验感悟、促进智慧生长．

3.1 实验探究,固本培元

物理是一门以实验为基础的科学,学生需亲历真实的科学探究过程,学会提出问题、猜想假设、设计方案、实验求证、交流评估等．只有引领学生沉浸到真实的实验情境中,学生才会体验到实验是一个艰辛并快乐的过程,养成严谨的实验态度、实事求是的实验作风,掌握科学的实验方法,不断提升科学素养．

图3

(1) 回顾引入.课堂上学生先用如图3所示装置进行分组实验,回顾感应电流产生的条件,观察磁铁在插入(或拔出)线圈时,灵敏电流计指针偏角的大小和方向呈现的不同情况,引导学生思考感应电流大小和方向不同的原因．

(2) 猜想假设.聚焦感应电流的大小问题,让学生讨论交流,作出猜想与假设:回路中感应电流的大小与哪些因素有关?更进一步猜想感应电动势的大小与哪些因素有关?

图4

(3) 实验探究.

探究①:用如图4所示装置,控制ΔΦ相同(磁铁N极从同一高度插入线圈),Δt不同(快插、慢插),观察电表指针偏角．

探究②:控制Δt相同(插入快慢近乎相同),ΔΦ不同(分别用一根磁铁和两根磁铁从同一高度插入),观察电表指针偏角．通过控制变量法定性探究,学生初步形成结论,感应电动势与磁通量变化率有关．

学生经历上述5步层层展开的科学探究过程,不仅体验了科学探究方法,也享受了科学探究乐趣,自然而然地掌握了法拉第电磁感应定律的精髓,“在游泳中学会游泳”．

3.2 联系生活,实践体验

生活是大课堂,“生活即教育”,物理与生活有着密切的联系,物理研究成果改善着我们的生活,影响着我们的生活方式．无论力、热、声、光、电、磁,教材中所涉及的知识内容,在生活中都能挖掘到丰富的素材．将物理知识与生活密切联系,可养育学生崇尚自然美、领悟科学美、追求生活美的情怀,丰富学生的学习体验,达到活学活用、学以致用的境界．

例如进行“超重和失重”教学后,可在课后带领学生在观光电梯中体验超重和失重的感觉,并进行实验观察:

图5

实验装置如图5所示,在观光电梯中放置一课桌,将台秤放在水平桌面上,台秤上放有重物,观察电梯从一楼开始启动到六楼停止过程中台秤示数的变化,电梯从下至上先后经过加速上升、匀速上升和减速上升3个阶段,重物在这3个阶段分别是超重、等重和失重,记录3阶段台秤示数变化,不仅可以定性地观察超失重情况,还可以进行加速度的计算．接下来可以继续观察电梯从六楼启动运动到一楼的情况,由于电梯经历的是加速下降、匀速下降和减速下降3过程,可分析其超失重情况与理论推导的是否一致．实验也可以用图示右侧竖直悬挂的弹簧秤来进行观察,其效果与前者有异曲同工之妙．

这样的生活情境体验,犹如把学生领进物理知识的百花园,让他们去亲自看一看花的艳丽,闻一闻花的芳香,它比起常用多媒体教学,更能调动学生所有的感官感受．同时这样真实的教学情境由课内延伸到课外,学生学得真切,理解透彻,记忆牢固,运用时也更灵活自如．正如夸美纽斯(J.A.Comenius)所描述的那样:“能看见的东西用视觉,能听到的东西用听觉,有气味的东西用嗅觉,有滋味的东西用味觉,能感触的东西用触觉”,其更能激发学生的兴趣,激起学生的求知欲和求成欲．

3.3 模拟动画,直觉顿悟

近年来,E-Learning学习方式悄然改变着传统的教学理念和教学方式,网络和信息技术正在与教育、教学实现“深度融合”．各种微课、网络终端即时分享、仿真模拟实验给学生带来了强大的视觉冲击力,激活了学生的创新精神和合作能力．以模拟动画为例,它利用计算机强大的函数计算功能、图形显示功能和动画功能,以动态方式生动地表现物理图景,可让学生始终处于主动探究、主动思考及主动实现意义建构的认知主体地位．尤其对过去课堂教学中不易做的实验,难以观测的细微现象,速度变化太快而不易觉察的实验情景,比如波的干涉问题、中间夹弹簧的两物体碰撞问题、电荷在电磁场中运动的问题等等,采用形象直观的图景、动画生动呈现,可将内隐的物理现象、物理状态、物理过程转化为一目了然的动画图景．这种观看、想象和构绘3种视觉思维活动的和谐统一,更容易引起学生注意和兴趣,便于学生观察和想象,有益于学生产生灵感和顿悟,促进学生形象思维的扩展和灵感思维的闪现．

图6

例如,在研究带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动时,有这样一个问题:如图6所示,在一水平放置的平板MN的上方有匀强磁场,磁感应强度的大小为B,磁场方向垂直于纸面向里．小孔O处有一放射源,以相同的速率v沿位于纸面内的各个方向放射出许多质量为m带电量为+q的粒子．不计重力,不计粒子间的相互影响,试用阴影部分来表示带电粒子射入磁场后可能经过的磁场区域．

情境学习以“情”为纽带,以“思”为核心,以“活动”为途径,以“生活”为源泉,以“美”为境界,实施知识情境化教学,学生会因好奇、因美感、因探究、因与经验相关、因情感共鸣……而形成内发性探究动机．[6]智慧的教师就是要巧妙地创设情境,以情启智,引导学生学会用物理的眼光看物理,用物理的思维思考物理,用物理的语言表达物理,促使学生心智不断觉醒,智慧不断生长．

综上所述,智慧是人类教育的最高目标和永恒追求,[7]而“知识,作为教育学的大厦最底层的一块砖石,一旦挪动了,智慧才可能进入,智慧与知识互补地闪着光辉”．挪动这块砖石最简单、最有效的教学策略就是使知识条件化、结构化、情境化．因此,教学过程中,我们要充分挖掘知识内容中的“美”、知识形式中的“思”、知识旨趣中的“情”,以更好地激发学生的好奇心和求知欲,提升学生的认知和建构能力,唤醒学生的直觉顿悟和心智成长．进而更好地化知为能、格物启智,实现转识成智的目标追求,造就有独立思想、自由精神、创新能力的智慧学生．