基于变易理论的初中物理教学探讨

摘 要：变易理论是瑞典马飞龙教授提出的以学习内容及其关键特征为中心的学习理论，有对照、类合、区分、融合四种变易图式.变易理论提出没有变易就没有学习，强调学习是对事物的某种属性进行审辨，要审辨就要经历变易.对照图式在物理教学中有着较为广泛的应用，在教学中利用对照图式，可以较好地简化教学过程，提高课堂效率.

关键词：变易理论;对照图示;物理教学

文章编号：1008-4134（2020）02-0002 中图分类号：G633.7 文献标识码：B

作者简介：宋平国（1975-），男，江苏徐州人，本科，江苏省特级教师，研究方向：中学物理实验教学.

变易理论是瑞典马飞龙（ Marton）教授及其研究团队在基于“现象图式学”研究基础上创立的，以学习内容及其关键特征为中心的学习理论[1].变易理论有四种变易图式： 对照、类合、区分以及融合.对照是常用的一种变易图式，是为了获得对某件事物的经验，必须使用其他事物和它形成对比.对照有助于识别特征，它强调我们在呈现一组“关键特征”的同时，要呈现与之相反的例子或情境，为识别某个特征，必须对比其他不同的特征，通过对照，可以直观地意识到事物之间的不同.比如学生在对照相对运动和相对静止之后才能更好地理解运动的相对性.

变易理论的对照图式在物理教学中有着较为广泛的应用，在教学中利用对照图式，可以较好地简化教学过程、突破难点，使学生便于接受理解、更好地掌握教学内容，提高课堂效率.

1 利用变易理论的对照图式，有利于激发学生学习兴趣

布鲁纳的发现学习理论认为：认识是一个过程，而不是一种产品.因而学习不仅是让学生掌握这些知识，更主要的在于要让学生去亲身体验这些知识和原理的过程.变易理论同时也指出，经历和体验变易是学习不可或缺的.

“百闻不如一见，百见不如亲身体验”，在物理教学中，教师可以创设情景，把课堂教学与一些生活实例有机结合，让学生去体验、感受，抓住知识点的关键特征，进而引发学生产生认识需要和学习的心理倾向，通过对照，更好地加深对知识的理解，调动他们学习的积极性和主动性，激发学习的兴趣和热情.

物理课程的基本理念提出“从生活走向物理，从物理走向社会”[2].初中物理知识与日常生活密切相关.例如我们在进行“安全用电”知识教学时，把用电器安全用电的正确接线方法和危险的错误接线方法图片对照（如图1所示），让学生通过比较审辨出接地线是安全的，不接地线是有危险的，安全用电的关键是是否接地线（变）;把单线触电和双向触电的两种常见的触电方式图片对照，单线触电和双向触电（变）是发生触电的两种方式，结果是相同的——都会发生触电（不变）.关键在于通过了解触电的两种方式学会如何正确用电，避免触电事故的发生.

在影响压力作用效果的探究教学中，我们引导学生用两只手的食指分别压住一只铅笔削尖的尖端和尾端，比较两个手指的凹陷深度;用手掌和另一个手的食指顶住气球，比较气球两端的凹陷程度（如图2所示）;通过生活中常见的趣味性实验所产生的作用效果的比照，给学生较为直观的感受，能够较好激发学生的兴趣，点燃学生探究的欲望和激情，使课堂教学事半功倍.

在压强的教学中，压强的概念比较抽象，可以利用变易理论的对照图式，帮助学生理解.新课引入时，教师引导学生进行一组实验：先让学生用手掌用力挤压气球，气球没有被挤爆，然后用一根针轻刺气球，气球很轻易地被刺爆，现象明显.在实验中受作用的物体——气球都是相同的（不变），作用的方式不同，产生的结果/现象也不同（变），通过实验比照，有效地激發学生好奇心，引发学生思考.

在学生有了一定的压强知识的理论基础后，可以用压强知识解释生活中的一些现象，由于学生对压强理解的局限性，教师可以让学生参与活动，寓教于乐，引导学生做一个小游戏——让学生模拟生活中熟悉的“气功师睡钉板”的杂技：教师给各实验小组提供木板上钉有很多钉子的钉床（如图3所示），引导学生把手掌用力放在钉床上和单独用一个手指按压其中的一根钉子上来亲身体验.学生通过体验对照，印象深刻，自然也就很容易理解一根钉的受力面积小而产生较大的压强，而钉板有很多钉子，受力面积大而产生较小的压强.在此过程，被作用的物体——钉床在实验中都是不变的，实验时作用的方式不同——手掌压钉床、手指压一根钉，产生不同的结果——疼与不疼的不同感受（变），通过以上的实验比照，在“变”与“不变”中从而进一步审辨到其中的主要原因，即压力产生的效果——压强，从而加深了对压强的理解.通过体验对照，既可以激发学生学习物理的兴趣，又可以培养学生利用所学知识解决生活问题的能力.

2 利用变易理论对照图式，有利于优化教学过程

变易理论提出没有变易就没有学习，强调学习是对事物的某种属性进行审辨，当该属性与其他属性在变与不变中形成对照，这种属性才可能获得审辨和理解，这个“不变”就是要识别的关键属性[1].

在物理教学中，有些知识学生不易理解，教师在教学中可以运用变易理论的对照图式，抓住事物的本质特征，来帮助学生审辨出该知识点的关键属性，优化教学过程.

例如在探究“浮力的大小跟哪些因素有关”的学习中，在研究浮力跟物体的体积是否有关时，要抓住物体体积“不变”而使物体浸入液体中那部分体积“变”，从而引起浮力的“变”;在引导学生思考浮力的大小是否跟液体的密度有关系时，找到物体的体积“不变”而液体密度“变”来进行实验演示：把鸡蛋轻轻放入装有适量水的烧杯里，鸡蛋会沉在杯子底部;再慢慢往杯中放入一定量的食盐调制成浓度较高的盐水改变液体的密度，可以看到随着盐水浓度的增加，鸡蛋慢慢浮上来，最后漂浮在水面上.学生通过实验探究中的“变”与“不变”的比照，就很容易得出正确的结论，理解物理规律.比如在解决“一艘轮船从江里驶到海里时，是上浮还是下沉一些？”，通过分析可知：无论在江里还是在海里，轮船都是漂浮在水面上，可以抓住其关键特征——轮船两次受到的浮力是相同的，即“不变”因素;但是轮船从江里驶到海里时，由于水的密度改“变”——海水密度变大，引起排开液体体积的“变化”——排开海水体积变小，从而得出轮船会上浮一些.

在进行密度教学时，通过比较两组不同物质——铁和铜的质量和体积的测量，分别计算出他们质量和体积之比，两两进行比较，不难得出同种物质构成的不同物体的质量、体积都是不同的，是“变”量;结果计算得出的同种物质构成的不同物体质量和体积的比值是相同的，即是“不变”的;而不同物质构成的物体质量和体积之比是不同的，是“变”的.后者的“变”与“不变”就是要审辨识别的关键特征.在物质的比热容教学中，为了得出物质比热容的概念，用同样的实验装置进行实验，对他们加热相同的时间，但是在相同时间内二者温度的变化是不同的;让两者升高到相同温度时，加热的时间是不同的，这是“变”的部分.从“变”与“不变”中可以审辨出他们的关键特性——比热容是物质本身的一种特性.

在学习弹性势能时，可以引导学生体验向下压缩弹簧和向上拉伸弹簧，在这个实验中，压缩和拉伸弹簧的过程是相反的，是“变”的，但是两个过程都产生弹性势能，是“不变”的，从中审辨出其关键特征——无论弹簧被压缩还是拉伸，弹簧都发生了弹性形变，都产生了弹性势能，弹性势能与弹性形变有关.

变易理论认为，“学习是对起初交织在一起的整体及部分的理解不断清晰化和整体化的过程”[3].教师要引导学生聚焦事物的关键特征，让学生多接触生活实例，多进行实验操作多体验，他们就越能排除具体特征，而把普遍原理作为基本属性或唯一的共性审辨出来，通过对照将两者的普遍原理与其具体特征区分开.因此，教师有效利用对照变易图式，善于聚焦其关键特征，有利于优化教学过程.

3 利用变易理论对照图式，有利于走出误区，提高学生认知能力

变易理论认为，学习就要经历审辨，要审辨就要经历变易.变易理论主张“透过聚焦于关键特征的变易图式，让学生体验事物之间的差异[3]”，关注和审辨该关键特征，即学习的关键就是找出事物最显著的差别.

初中学生学习物理知识时间較短，由于现有的知识水平的局限性、思维定式等多方面因素的影响，因此在学习过程中，很容易形成一些错误的前概念或对物理规律的片面认识，教师在课堂教学中恰当地运用变易理论的对照图式，就能够帮助学生更深刻地理解各种物理现象和物理规律，帮助学生走出认识上的误区，提高他们的认知能力，形成质的飞跃.

在镜面反射与漫反射教学中，通过聚焦其“不变”的因素——光的反射定律来作图比较的方式，分别作出镜面反射与漫反射的光路图（如图4所示），用一束平行光束分别照射在表面光滑的平面和表面粗糙的平面时（变），在光滑平面发生镜面反射的光线经反射后依然是平行光线，而在粗糙表面发生漫反射的反射光线不再是平行光线（变）.通过镜面反射与漫反射的对照，不仅让学生能够直观地了解镜面反射与漫反射的区别与联系，从作光路图的“变”与“不变”中，找出其中的关键属性，即无论镜面反射还是漫反射，两者都遵循光的反射定律.当然也可以由此通过反射面是光滑平面还是凹凸不平的面、通过平行光线经反射后反射光线是否还是平行光线等关键特征所呈现出的变化或改变的变易而对镜面反射与漫反射加以识辨.

为了加深学生的理解，教师还可以通过两个常考查的典型例子：一是在漆黑的房间里，白色的墙上挂着一面平面镜，用手电筒正对着平面镜照射，站在旁边的人看到的镜子和墙的亮暗程度分别是什么情况？本题考查了漫反射与镜面反射的特点.实验只要学生动手做过，就会很容易明白其中蕴含的光学道理，我们能从不同的方向看到一些表面不发光的物体，是因为光在物体表面发生了漫反射;而观察到的亮暗程度取决于反射后进入人眼光线的多少.在黑暗的房间中，用手电筒分别正对着镜面及墙壁照射，在平面镜上发生镜面反射，垂直照到镜面时，其反射光线沿原路径返回，没有光进入旁边人的眼睛，所以观察到的平面镜面是暗的;而光在白色的墙上发生的是漫反射，反射的部分光线能够进入人眼，所以站在旁边人观察到的墙较亮.另外一个较为典型的例子是，雨后的夜晚，当你迎着月光或背着月光走在有积水的路上，为避开有水的地方，应该走较亮的还是较暗的地面？本题考查的还是镜面反射和漫反射.不能想当然的认为发生镜面反射就一定亮，漫反射就一定暗，感觉亮暗的关键在于进入眼睛的光的多少.迎着月光走，月光在积水的水面发生镜面反射，进入人眼睛的反射光线较多，此时较亮的地方是积水面;而月光在地面发生漫反射，进入到人眼的光线很少，地面相对较暗，所以为了避让水洼，应走较暗的地面;若背着月光走，同理可以得出应走较亮的地方.这里“变”的是两种不同的反射方式——镜面反射和漫反射，“不变”的是两种都是反射，都遵循光的反射定律，也就是事物的关键特征.

在研究凸透镜成像规律实验中（如图5所示），当我们在光屏上得到完整清晰的蜡烛火焰的像后，再用纸板遮住凸透镜一部分，凸透镜成像的变化情况是怎样的？这是中考中常常出现的一类题型，为了让学生有一个较为深刻的认识，在教学中让学生亲自动手实验操作，观察比较用纸板遮住凸透镜前后所成像发生的变化.在两次实验中，通过分别用纸板遮挡与不遮挡凸透镜的一部分（变），观察比较两次依然都能够成像（不变），只是所成像的亮暗程度发生了改变（变）.通过前后两次实验中的“变”与“不变”的对照，学生不难审辨出其关键属性——凸透镜成像的原理，从而得出：遮住透镜的一部分，光穿过凸透镜的光线减少了，亮度减弱，故仍能成像（不变），只是所成的像变暗一些（变），从变与不变中加深了对知识的理解，规避错误的结论，提升了认知能力.

4 利用变易理论对照图式，有利于加深对知识的理解和掌握

变易理论认为：“只有学生在教师的引导下，把握住事物关键方面的关键特征，对事物的结构和学习意义有了深入的理解，才能使教师预设的教学内容转化为学生体验到的教学内容，从而达到良好的学习效果[4].”变易理论强调学习就是一个经验的过程，强调当我们在呈现一组“关键特征”的同时也要呈现和它相反的情景或事例相对照.

物理教学中能够适应变易理论对照图式的内容比比皆是，如运动与静止相对照，反射与折射相比较、省力杠杆与费力杠杆、动滑轮与定滑轮以及能源的几种不同的分类——清洁能源和非清洁能源、常规与新能源以及可再生与不可再生能源等等相对比……让学生通过对比学习，在学习过程中让学生认识到知识关键特征的“变”与“不变”，不仅能够加深对物理知识的理解，还可以有效地解决物理问题，收到更好的学习效果.

例如：在探究电磁感应现象时（实验装置如图6所示）.当开关断开，导体棒分别上下、左右运动时，比较电流表的指针的偏转情况;开关闭合，导体棒上下、左右分别运动时，比较电流表的指针偏转情况;若只改变磁场方向或导体运动方向，比较电流表的指针偏转情况;若同时改变磁场方向和导体运动方向，比较电流表的指针偏转情况（见表1）.

此类问题的关键是感应电流产生的条件——闭合电路、切割磁感线运动，为了使学生能够更好理解，教学中通过实验对照，使电路在闭合和不闭合的情况下、导体是否做切割磁感线运动的情况下（变），观察电路中灵敏电流表是否产生感应电流进行对照;并将实验中导体运动方向和磁场的方向两者单独改变和同时改变两者方向进行对比实验（变），通过观察灵敏电流计指针在对比实验中的偏转方向进行比较.我们发现磁场方向或导体运动方向单独改变（变），影响电流的方向（变），若两者方向同时改变，电流方向则不发生改变（不变）.通过实验对照，找出关键特征，分辨出其中的“变”与“不变”，学生很容易得出感应电流产生的条件及感应电流方向与哪些因素有关：（1）闭合电路一部分导体在磁场中，做切割磁力线运动时会产生感应电流;（2）磁场方向和导体运动方向影响着产生的感应电流的方向.

学习光的直线传播的关键是为了让学生理解掌握光的直线传播的前提条件是在同一种均匀介质中，为此，在教学中设计对比实验进行比较.用红色激光笔分别照射在纯水和不均匀蔗糖水中，比较两次通过不同液体时的光路，我们发现：光线通过纯水中的光路是直的，而通过浓度不均匀的蔗糖水中的光路变弯了（如图7所示）.两次实验中，照射的光线是相同的（不变），通过两种不同的介质（变）后，得到两种不同的光路（变），通过两次实验中的“变”与“不变”的对照，从中可以审辨出其关键特征——“光在同一种均匀介质中是沿直线传播的”，进而加深了对光的直线传播内涵的理解.

在学习“物态变化”时，固态和液态之间、气态和液态之间以及固态和气态之间的相互转化的物态变化过程两两之间均是互为相反的变化过程，物态变化图（如图8所示），教学中结合物态变化图，我们可以把每组互为相反的变化过程放在一起形成鲜明的对比，掌握了熔化过程，也就掌握了凝固过程，知道汽化吸热也就知道液化放熱，再通过物态变化的图示比照，六种物态变化的特点一目了然.通过图示比照，学生更容易接受掌握，便于记忆，不仅仅优化了教学过程，而且节约教学时间，提高了课堂效率.

在进行物态变化教学中，合理运用变易理论图式，穿插一些比较明显的实验比对，如碘的升华与凝华实验、蒸发与沸腾异同点现象的比较等，通过实验对照、规律对比，实验现象明显，给学生留下的记忆就会比较深刻，对学生的知识理解记忆起到较大的帮助.学生在刚刚接触这部分知识时可能不易掌握，但通过对照剖析，厘清其相同点与不同部分的关键特征即“不变”与“变”的部分会被聚焦.被聚焦的部分会变得清晰.通过对照，建构易于理解和掌握物态变化关系知识结构图，从而使整章节的知识体系也变得越来越清晰明了，从而达到深层的理解.

“无变易不学习”.课堂教学的重要意义在于能够使学生理解学习内容的关键特征，而关键特征的理解依赖于对变易理论图式的正确运用.教师可以根据教学需要，适当选择不同的变异图式进行教学，只有根据具体的学习内容，选择合适的教学方法，才能有效地突破难点、建构知识、解决问题，帮助学生形成正确的物理概念、深入理解物理规律、提升物理学科核心素养，从而优化课堂教学、提高课堂效率、收获预期的学习目标.

参考文献：

[1]吴振江.变式在高中物理概念教学中的应用[J].中学物理教学参考，2019，48（14）：29.

[2]刘登珲.基于变易学习的课例研究[J].教育科学论坛，2014（02）：12-14.

[3]陈红兵.变式理论与变异理论——两个教学理论的比较与关系探析[J].教育科学研究，2013（08）：22-26.

[4]植佩敏，马飞龙，郭建鹏等.如何促进学生学习——变易理论与中国式教学[J].人民教育，2009（08）：33-37.

[5]张勇.以变促学：变易理论对高效课堂的启示[J].课程教学研究，2016（02）：12-16.

[6]黄志军.“变易理论”视野下的语文课堂教学优化[J].全球教育展望，2014，43（11）：121-128+100.

（收稿日期：2019-10-08）