基于概念图的单元知识结构化方法*——以高中物理“原子结构”单元为例

赵 健

(甘肃省金塔县中学 甘肃 酒泉 735300)

传统的课时主义教学理念是以教材编排的既定顺序线性展开教学，学生获得的知识是碎片化的，知识在脑海中呈现单点结构，记忆后容易丢失，知识点间容易混淆.同时，知识处于惰性状态，不利于知识的提取和再现，造成变通和迁移困难.将碎片化的“知识”按照其内在的逻辑关系整合成有结构的模块，通过整合促进知识在脑海中的归并湮灭和渐进分化，获得整合性认知，有利于物理观念的培养.学生将物理知识转化为物理观念后，知识在脑海中呈现多元、关联结构，容易激活.激活的知识有利于灵活变通或迁移到新的情景中，学生具备了运用物理知识解决问题的能力，实现了知识意义的自我建构，“素养”便得以形成.其中结构化的知识是物理核心素养形成的关键，这就是当前大力倡导“单元设计”的缘由.

单元是将与某一主题相关的知识组织在一起构成的，一般分为教材单元和经验单元.教材单元是该学科领域内的专家以系统化的学科知识为基础，学科框架为模式编写的知识单元，具有较强的整体性、系统性、科学性，不建议轻易打乱，适宜新课教学时采用；经验单元是以学生的生活、学习实践为基础，认知模式为框架来设计和组织的，往往需要跨章节、跨模块组织主题单元，对教师的经验和能力要求较高，一般在高考专题复习或项目教学时采用.无论采取哪一种单元形式，设计者都要从全局的高度整体考量单元教学.我国著名的课程与教学论专家钟启泉教授指出：“基于核心素养的单元设计是撬动课堂转型的一个支点，这已成为一线教师必须直面的严峻挑战.”[1]当前，基于整体主义的单元教学设计已经成为教学设计的发展趋势.

概念图作为一种有效组织和表征知识的工具,它通常是将某一主题的核心概念置于顶层或中间，将一般概念置于下层或周围，然后用连线将相关的概念或命题连接,连线上标明两个概念之间的连接词.概念、连线和连接词是概念图3个基本的组成结构,概念、命题、交叉连接和层级结构则是概念图的4个基本图表特征[2].概念图非常适宜作为一种整体化的单元教学设计工具，利用图示的方法将单元内的知识点相互关联，实现隐性知识显性化，知识结构清晰化，思维过程程序化，便于呈现知识的全貌.本文以“原子结构”单元为例，简要说明基于概念图的单元知识结构化方法时需要关注的3个方面，以期为基于整体的单元教学设计提供参考.

1 解读学科课程标准 确立单元教学观念目标

学科课程标准是单元设计的主要依据，在确立单元教学观念目标时具有方向标作用，它规定了学科的课程性质、课程目标、内容目标、实施建议等，掌握了课程标准才能做到全局在胸，把握整体.

关于“原子结构”，课程标准的内容要求是：

(1)了解人类探索原子及其结构的历史.

(2)知道原子的核式结构模型.

(3)通过对氢原子光谱的分析，了解原子的能级结构.

教学建议是：查阅资料，了解华人科学家在粒子物理领域中的杰出贡献[3].

通过分析关于这一主题的课标内容和教学建议不难发现，这一部分对必备知识和关键能力的要求并不高，处于了解和知道的Ⅰ级要求，主要通过了解人类对原子结构模型的迭代建构历史，培养学生的问题意识和责任意识，激发科学探究的兴趣；通过对阴极射线、α粒子散射实验、氢原子光谱的研究，培养学生的证据意识，树立实事求是的科学态度和发展的(科学)哲学观，最终形成物质有结构、有能量的物质观念.

2 解析学科教材内容 确定单元核心概念 绘制概念图

学科教材内容是课程标准的具体化，是学科专家、学科教学专家、课程专家和一线教师集体智慧的结晶，教材编写时以学科大概念为核心，按照知识发展的历史和知识的内在逻辑顺序组织，同时兼顾本学段学生的认知规律和学习规律，具有结构化、系统化、课程化的特点.教材的功能和地位毋庸置疑，但教材以章节的形式线性呈现教学内容，弱化了核心概念的统摄作用，大量的一般概念、规律、原理淹没了核心概念，概念之间的逻辑联系部分断裂，知识结构若隐若现，需要教师解析教材时站在全局的高度理解教材的编写意图，以单元教学的观念目标为出发点，运用逆向思维，对教材进行二次开发，聚焦核心概念，还原知识结构.具体操作程序如下：

(1)研读教材内容，列出概念一览表

关于“原子结构”，基本概念及知识点有阴极射线、电子、西瓜模型、α粒子散射实验、核式结构模型、原子结构、光谱、线状谱、连续谱、发射光谱、吸收光谱、氢原子光谱、基态、激发态、轨道量子化、量子数、能级、跃迁、频率条件、氢原子能级图、玻尔原子模型、电子云……

(2)概念及知识点排序，确定核心概念

本单元其他概念和知识点都是为建立原子结构模型服务的，所以核心概念确立为“原子结构”，本单元一般概念的提出遵循人类认识原子结构的发展历史，可以按历史顺序排列.

(3)建构概念图，还原知识结构

概念图的建构不必拘泥于固定的模式，要充分发挥自己的想象力和创造力，用具象的图示方法将该单元的知识结构描绘出来，要求概念的上下位关系明确，知识结构清晰，核心概念突出，概念呈现全面，概念间的联系广泛、紧密.可以根据需要添加或删除概念.

“原子结构”概念图示例如图1所示.

图1 “原子结构”概念图

3 分析学生的认知心理层次 设计学习进阶路径

学习者的知识、认知、心理水平是教学设计的起点，物理观念目标是教学的终点，从起点到终点的学习旅程就是学习进阶路径.学习科学将学生的能力进阶过程划分为4个阶段：

(1)无意识无能力阶段.学习者不知道自己要学习什么，不知道自己在相关领域知道什么和不知道什么.

(2)有意识无能力阶段.学习者知道自己要学习什么(获得问题意识)，由于不具备相关领域的知识和技能，不能解决相关问题，但有较强的求知欲.

(3)有意识有能力阶段.学习者知道自己要解决的问题是什么，能有意识调用学到的相关知识去解决简单问题(获得必备知识)，但缺乏灵活性和控制感，认知容易超负荷.

(4)无意识有能力阶段.学习者将学到的物理知识内化为物理观念，获得自动化的模式识别能力(获得关键能力)，潜意识状态下自动调用相关知识解决问题，具备解决复杂问题的能力(核心素养形成)，认知负荷减轻.

在单元教学设计中，教师围绕单元教学目标结构化组织学习材料，形成由简单到复杂，由低级到高级的材料序列.设计时要明确各材料所对应的能力发展层级和具体表现，便于学习过程中教师依据诊断结果及时调整材料的内容及呈现方式，在循序渐进中实现概念的进阶[4].

下文以“原子结构”为例，以表格(表1)的形式呈现单元学习过程设计的内容，包括基于学习科学的能力进阶层级和对应各层级的知识内容安排、素养发展规划等等.

续表1

4 结束语

综上所述，基于概念图的单元知识结构化方法是行之有效的.在具体的教学设计过程中，教师要树立结构意识、功能意识、能量守恒意识、力与运动意识，在这4种意识的引领下，使学生养成从全局的高度考虑问题的习惯；具体的教学实施中培养学生“有依据思考”的理性精神、实事求是的客观态度和勇于探索世界的能力信念，促进他们物理学科核心素养的形成与发展.