基于学科逻辑和心理逻辑统一的教学设计研究

黄皓 马宇澄

摘 要：在高中阶段，学科知识逻辑与认知心理逻辑之间，有时并不一致，因此执教者需要在两者之间寻求一个适切的平衡.为此，教材视角下的教学设计需要关注教学目标、教学方法与学生心理发展顺序的适配，立足于让学生乐学、会学和学会.执教者精心设计的、学生能够兴致盎然地参与的教学活动是学科逻辑与心理逻辑联结的纽带，基于经验的教材重构可以调和学科逻辑与心理逻辑的矛盾，教师对教材的组织将决定学科逻辑与心理逻辑统一的成效.

关键词：心理逻辑;教材;教学设计;经验

中图分类号：G633.7     文献标识码：B     文章编号：1008-4134（2021）21-0041-03

基金项目：江苏省教育科学“十三五”规划重点自筹课题“基于教师高阶反思的高中物理学科单元有效教学设计与实施研究”（项目编号：B-b/2020/02/160）.

作者简介：黄皓（1974-），男，江苏无锡人，硕士，中学高级教师，研究方向：初高中物理学科教学;

马宇澄（1968-），男，江苏无锡人，本科，中学高级教师，研究方向：初高中物理学科教学.

1 问题背景

自有班级授课制始，在教学组织方面，就伴随着内容和学生两个取向.物理教学需要传递特定內容，有其固有的学科知识逻辑;与此同时，必须兼顾学生的认知心理逻辑.目前对学科逻辑和心理逻辑的主流认识是，要注重两者的统一.如何统一两者，既是教学设计的难点，更是教学设计的关键.在教学实践中，执教者均会在两者之间寻求一个适切的平衡，而不是非此即彼或简单折中.就个体而言，对适切程度的认识差异，就导致了教学设计的行为差异.

笔者认为，对统一学科逻辑和心理逻辑的研究有助于优化教师对新版教材的使用，发展融汇贯通的教材组织原则.为此，本文以“力的合成和分解”第二课时为例加以说明.

2 教材视角下的教学设计

2.1 教材

目前看来，对教材的理解至少有三种观点，详见表1.本文对教材的理解以第三种为准.

2.2 教学设计

从教材的角度看，教学设计即设计教材展开的顺序.教学设计既要顺应学生的认知心理逻辑，也要遵循物理学科的知识逻辑.基于物理学科逻辑，教材的呈现一般遵循由表象到本质，由概念到定理，由结果到原因的顺序;而高一学生的思维方式正从具体运算阶段向形式运算阶段过渡，基于对具体事物认知的经验思维仍占优势.因此，教学设计中最需要关切的问题是：如果学生的心理发展顺序与学科知识逻辑体系不相吻合，如何调和两者之间的矛盾？

2.3 教学目标与方法

2.3.1 教学目标与学生适配

学生学完以后要有所得，这就是教学目标.它是教学设计的起点，也是设计者期望达到的结果.从课程意义上分析，课时教学目标指向学生学习素养的发展，落实到心理逻辑层面上，具体包括学会、会学、乐学三个维度.笔者认为，只有乐学才能会学，才有可能真正学会;单方面追求“教会”，其结果很可能是屡教不会.在教学设计中，就是要立足于让学生乐学、会学和学会，为其终身学习服务.

课堂时空是有限的，所以少而精的教学目标更可能有效达成.依据2017年版课标，2003年版课标中的“应用力的合成与分解解决实际问题”已改成“能用共点力的平衡条件分析生产生活中的问题”，显然2017年版课标对“力的合成与分解”的要求发生了变化.据此，确定本节第一课时的目标是形成初步的合力、分力、力的合成与分解、标量、矢量的概念，了解合力与分力的等效替代关系，探究力的平行四边形定则;第二课时的目标是初学者学习、体会平行四边形定则，规范作图，理解矢量和标量的不同.第二课时具体目标及对应学习素养指向见表2.

2.3.2 教学方法与学生适配

“力的合成和分解”要求学生具有一定的分析、想象、推理、概括能力，其运算又从单纯的代数运算过渡到图像、矢量、极值等运算;这些都对抽象思维能力相对较弱的高一学生在思维的质和量上提出了挑战.据此，执教者将演示实验改成分组实验，使学生在活动中体验;有意识地“设疑”“析疑”，促进他们在问题中思考;鼓励他们大胆猜想和勇于发表见解，令他们在探索中建构;从而营造和谐、平等、融洽的课堂气氛.

3 学科逻辑与心理逻辑的统一

3.1 以何统一

学科逻辑与心理逻辑以何统一？杜威先生的答案是经验.假定这个观点成立，那么问题就转化为执教者应该如何基于经验的方式指导学生经验的发展.学生经验的发展大体上可分成三个阶段：经历、体验、探索，如图1所示.据此，在用趣味实验引入后，笔者设计了如下四个活动.

3.1.1 教学活动1（经历）

如果已知力F1=30N，方向水平向左;另一个力F2=20N，与水平方向成30°角斜向右上方，作用在同一个质点上，求合力为多少？教师引导、师生互动，板书过程：建模、作力的图示、通过测量对角线的长度来得到合力的大小.

经验从外向内看是一种结果状态，设计活动1的目的是还原教材为直接经验，帮助学生获得对于“力的合成”最原始的经验.

3.1.2 教学活动2（体验）

上题中，如果保持F1大小和方向都不变，F2逐渐变大，但是方向不变，则它们的合力会有什么变化？（作图观察：合力变大，且方向偏离F1，靠近F2）

如果保持F1大小和方向都不变，F2大小也不变，但是与水平方向的夹角逐渐变大，则它们的合力又会有什么变化？（作图观察：合力变大，且方向靠近F1）

经验从内向外看就是一个体验过程.设计活动2的目的是将“力的合成”引入到学生的直接经验中，从简单到复杂、从感知到理解，而不是停留在字面上.

3.1.3 教学活动3（探索）

提问、讨论：针对以上三个例子，大家有什么想法或者体会？比如以下问题：

（1）合力一定比分力大吗？（合力可以比分力大，也可以比任意一个分力小，举例）

（2）那么，大小分别为3N与4N的合力可能为多少呢？（合力的范围）

（3）求解多个力的合力时，可以怎么办？如何确定已知大小的三个力的合力大小范围？

（4）如果一对分力的大小和方向确定，那么合力是唯一的吗？

（5）后两个例子，基于什么原因导致合力的大小和方向，出现这种变化的？

再次证实由于力是矢量，有大小也有方向，每一个分力的大小和方向都会对最终的作用效果产生影响，从而导致合力的大小和方向发生变化，所以求解力的合成时，只能使用平行四边形定则，而不是简单的代数相加.

经验与事物之间的联结可通过反省性的思维来形成、巩固.设计活动3的目的是让学生的经验不断丰富、从定性到定量、从特殊到一般，积累和形成有组织、有逻辑的经验.

3.1.4 教学活动4（探索）

已知一个力大小为100N，方向竖直向下.求它的分力（学生主导分析）？

特征：多解性.

学生自己给定可以顺利作图分解的需要条件，以下四种情况供选择：

（1）已知两个分力的方向;

（2）已知一个分力的大小和方向;

（3）已知一个分力的大小和另一个分力的方向;

（4）已知两个分力的大小.

板书作图：视具体情况临场决定是否延伸至三角形定则.

学生经验的发展不但需在复演中连续还需要适当的飞跃.设计活动4的目的是提出必要的刺激，从具体到抽象、从模仿到创造，引导有组织、有逻辑的经验产生新的价值.

通过以上活动，笔者期望以经验的形式将教材中的内容内化为学生所得，从实验到理论，通过基于经验的教材重构调和学科逻辑与心理逻辑的矛盾.

3.2 何以统一

学科逻辑与心理逻辑何以统一？杜威先生的答案是教师对教材的组织.即便教材上呈现的知识逻辑是静态的，教师依然可以通过教学情境让学生获得动态的体验;至于知识的传递是以倾向于心理逻辑或是学科逻辑的方式发生的，更是取决于教师对教学情境的具体安排.

例如，平行四边形定则的表述，教科书上只有静态的结论，而将动态推演过程大量省略.这些省略必然造成学科知识逻辑与学生心理逻辑的疏离，进而造成理解上的困难.据此，笔者设计了活动1、2、3以帮助学生经历对矢量合成法则的认知过程.

又如，在活动3中，“合力一定比分力大吗？”这是个物理问题;执教者通过设计讨论“大小分别为3N与4N的合力可能为多少呢？”将其转化为一个数学问题;待得出正确结果后再回到物理问题“求解多个力的合力时，可以怎么办？”活动3的教学设计是以知识逻辑为蓝本，依据学生已有知识准备和认知发展准备理性构建教学版块，以便新的认知被已有认知结构的同化.

再如，尽管教科书对“力的分解”的表述逻辑结构严谨、推理论述严密，但这样的知识体系很难打动学生，真实学习也就无法发生.据此，执教者设计了活动4以引导学生连续进行知识的建构和解构;活动4的每一步，建构都是暂时的，每次建构都将被解构，当經历了建构和解构的多次循环，学生将明晰知识的逻辑结构真正理解知识.

4 结束语

如果教学设计只关注学科知识逻辑，那么那些远离生活经验的抽象的概念和假设很可能成为堵塞航道的沉船，这有可能是学生主动放弃物理学习的诱因之一.当然，一味地迁就学生的心理逻辑同样不可取;中外各国的教育实践已证明，如果完全不加干预，多数学生会满足于仅仅是游戏性质的活动.所以，执教者精心设计的、基于知识逻辑的、学生能够兴致盎然地参与的教学活动是知识逻辑与心理逻辑联结的纽带;在活动中，强烈的学习兴趣和注意力会自发产生;学生将会发现物理学科知识与他们熟知的日常生活经验之间存在着大量的、真实的联系;学生将会深切地认识到物理学习的价值和意义，他们的学习将会更加自然、主动和有效.

参考文献：

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（收稿日期：2021-07-12）