以大概念教学促进初中物理深度学习

摘 要：深度学习倡导基于大概念的单元学习，大概念是物理深度学习的逻辑起点、过程保障和价值追求.本文以“浮力”单元教学设计为例，浅谈指向初中物理深度学习的大概念教学的四个重要环节：明确教学目标、整合探究过程、注重交流合作、设置变式任务.

关键词：大概念;核心概念;初中物理深度学习

中图分类号：G633.7     文献标识码：B     文章编号：1008-4134（2021）24-0025-03

基金项目：厦门市湖里区重点规划课题“指向深度学习的初中物理大概念教学研究”.

作者简介：卢霞（1985-），女，江苏大丰人，本科，中学一级教师，研究方向：初中物理课堂教学实践.

1 大概念教学和初中物理深度学习的概念界定

1.1 大概念教学

21世纪以来，大概念教学已经成为国内外研究的热点问题.2005年美国科学促进会将大概念界定为“能将众多的科学知识联为一个整体的科学学习的核心”.把大概念统领下的大量概念、规律、原理等具体教学内容按照一定的逻辑线索组成由浅入深、由简单到复杂、带有层级的结构化教学素材，称之为大概念教学.美国著名教育学家赫德认为：“组成科学课程中的概念和原理应该能够展现当代学科图景，是学科结构的主干部分，它们被称为核心概念.”新课标中物理学科核心素养之一——物理观念就是基于物理学科核心概念的“学习”进行的提炼和概括.大概念和核心概念在知识的属性和特质上并无本质区别.国内指向核心素养落实的大概念课程设计和大单元整体教学法等都成为权威专家研究的重点.

1.2 初中物理深度学习

基于我国教育部基础教育课程教材发展中心负责的深度学习总项目组对深度学习的定义，初中物理深度学习界定为：“在教师的引领下，学生围绕着具有挑战性的物理学习主题，全身心参与以生活实际情境和物理实验为主的多种探究活动及情境互动，从形成物理观念的视角，运用模型建构与推理论证等科学思维方式，解决真实问题，体验成功，获得物理学科核心知识，理解物理学习的过程，把握物理学科的本质及思想方法，形成积极的内在学习动机、高级的社会性情感、积极的态度、正确的价值观，在物理学科核心素养方面获得全面发展，成为具有创新精神和实践能力、基础扎实的优秀学习者.”

2 大概念教学和初中物理深度学习之间的关系

在传统教学实践中，常出现课堂直指具体知识点，缺乏核心概念的统领问题.学生见到的大多是零碎的知识点，导致“不识庐山真面目，只缘身在此山中”.不论是新课还是复习课，很多学生反映物理难学，虽然上课听得懂，但解决具体问题时困难重重，被题海战术搞得疲惫不堪.如何让“核心素养”“深度学习”等理念在教与学的育人实践中落地，大概念教学或可成为有力支撑点之一.美国《新一代科学教育标准》提出：强调科学与工程实践、学科核心概念、跨学科概念.深度学习强调大概念、核心概念，强调促进学生物理观念的形成.2018年教育部颁布20个学科的普通高中课程标准，在《序》中明确指出“学科课程标准中更新了教学内容，进一步精选了学科内容，重视以学科大概念为核心，使课程内容结构化，以主题为引领，使课程内容情境化，促进学科核心素养的落实”.

2.1 大概念教学是深度学习的逻辑起点

是否符合深度学习的主要依据之一在于能否实现知识的结构化和功能化，从而促进学生物理观念的形成.大概念教学正是在整合分散的概念和规律中，建立概念网络，“少而精”的大概念能帮助学生提炼和升华所学的物理概念和规律，这与深度学习的目标一致.

2.2 大概念教学是深度学习的过程保障

初中物理深度学习的提出是为了促进学生学习方式的真正转变，解决教与学的表面化、师生对话浅显、活动目的和知识结论单一等实际问题.从对核心知识的浅显理解到内化核心知识承载的物理思维方法，从师生简单对话到揭示物理思维过程的多轮次、多渠道交流，大概念能帮助学生将学科内纵向、学科间横向的核心内容有机整合，为单元教学设计指明方向，保障深度学习切实发生.

2.3 大概念教学是深度学习的价值追求

大概念作为某个知识领域的中心，是一种教师希望学生理解并能得以应用的概念性知识，这些知识必须清楚地呈现给学生，以便学生理解与他们生活相关的事件和现象.将物理学中的力学、热学、光学、电学等内容整合在一个主题中，有助于加深学生对物理学科核心概念的理解，形成对物质世界更加完整的认识.知识正在以指数级数量增长，教师必须帮助学生向更高层次的抽象度迈进以聚焦和处理信息，这样知识才能被学生完整地和有效地存取和利用.

3 指向初中物理深度学习的大概念教学的四要素

深度学习倡导基于大概念、核心概念的单元学习，这就要求教师梳理好物理学科核心素养与物理学科核心内容之间的关系，依据物理课程标准和物理教材，选择有利于培养学生物理学科核心素养的教学内容和情境素材，制定教学目标，进行概念分析;整合探究过程，促进概念转变;注重交流合作，达成概念理解;设置变式任务，实现概念迁移.下面以初中物理“浮力”单元教学设计为例，提出笔者的尝试性想法.

3.1 制定教学目标，进行概念分析

教师通过对课程标准和教材内容的研究，梳理出能够反映物理学科思想方法、培养物理学科核心素养的核心概念或大概念，基于大概念从整体到局部，“自上而下”生成单元学习主题和目标.这一章需要揭示和理解的大概念是物体运动与受力之间的关系，如图1所示.是在学生学习牛頓第一定律的基础上，进一步帮助学生形成正确的运动与相互作用观.深度学习视域下的单元教学要以学生的“迷思概念”为起点设计任务，使学生经历错误前概念和科学概念的冲突，由表及里、由外向内，逐步抽象概括大概念.除了指向学生的物理观念外，单元教学目标其实还指向物理核心素养的其余三个方面——科学探究、科学思维和科学态度与责任，体现物理学科的育人价值.教师围绕大概念确定教学目标，也有助于确立学生学习的重点，让学生知道要学什么.

3.2 整合探究活动，促进概念转变

学习进阶理论认为，学生对核心概念的学习过程是螺旋上升式的，逐步建立起核心概念之间的相互联系，建构出系统、连贯的知识网络.

因此对于学生而言，概念和规律需要在真实情境中去总结，需要在实验现象中激发认知冲突，不断整合，不断抽象概括，不断理解升华，从而实现从迷思状态到科学认知状态的转变，而不是教师将结论直接告知.经过调查研究，“浮力”一章是初中物理中错误前概念较多的一章，如“沉底的物体不受浮力，漂浮的物体才受到浮力”“重的物体一定下沉，轻的物体一定上浮”“不改变质量和体积的沉底的物体不可能浮起来”.在本章教学中，以单元为实施单位进行统筹规划，对深度学习活动及有价值的学习任务进行整体设计，这些活动需要学生综合调用多种知识和方法，让他们在问题的引领下，在创设的真实情境中借助思考、研讨、分析、猜想预测、评价、建构模型等过程，展示出他们对事物的认识和理解，促进概念转变.例如图2中“浮力产生的原因”的实验展示，可以引发学生思考，将类似的小实验作为单元教学活动设计的资源很有必要.根据认知信息加工理论，问题解决者尝试寻找答案的心理活动如图3所示.在解决物理问题的过程中，学生掌握物理思维的常规方法，提高问题解决能力，达到实现深度学习的目标.

3.3 注重交流合作，达成概念理解

学生围绕探究活动，收集证据并评价自己和同学的观点，最后得出双方可接受的结论，这是合作学习理念倡导的方式，也是理性思维发展的重要途径.例如本单元的最终目的是要解决“物体什么时候会上浮，什么时候会下沉”这个核心问题，学生对“浮沉子”的三种状态进行讨论交流，在交流过程中，教师为了了解学习效果，及时发现物理教学中的问题，基于对学习全过程的持续观察、记录、反思而做出评价，这是相对于传统的终结性评价而言的持续性评价，可以帮助学生有效调控自己的学习过程，提高元认知水平，使学生获得学习的自信心和成就感.

3.4 设置变式任务，实现概念遷移

浮力单元的最后一个挑战性任务——“自制密度计，测量液体密度”，这是对大概念的理解和迁移，真正实现做中学、玩中学.根据郭玉英教授团队对物理学科能力的理论研究，迁移创新能力是指学生利用物理核心知识和科学方法解决陌生和不确定问题以及探寻新知识和新方法的能力.因此，新课改追求的最高层次是希望学生在基础水平之上，形成有创意的实验设计或对仪器设备功能改进，通过理论创新进而有效解决问题.教师教学中引导学生讨论物体的浮沉条件，分析密度计的工作原理：设密度计横截面积为S，漂浮时浸入水中的深度为H，所受浮力F浮=ρ水SHg;当它漂浮在另一种待测液体中时，所受浮力等于重力且不变.设此时浸入液体的深度为h，则ρ液=（H/h）ρ水;标注刻度方法为h=（ρ水/ρ液）H.原理确定后，指导学生小组合作，选择可行的器材进行标刻度，并对生活中常见的液体如盐水、可乐、酒精、牛奶等进行实际测量.在操作过程中，如果遇到一些困难疑惑教师可以组织学生讨论，改进器材.进一步思考如何增大量程，如何提高精确度，为什么有的会倾斜、有的会沉底……这一教学活动，教师要促进学生围绕本章的核心概念展开思考，使学生的综合分析能力和创新能力得到培养与提高.

上述所有设计环节基于大概念理念进行，对学生核心素养的形成有很大帮助，同时对教师的专业发展也提出挑战，探索大概念教学理念下的深度学习的课堂模式也会越来越呈现出其独有的价值.

参考文献：

[1]张玉峰.以大概念、大思路、大情境和大问题统领物理单元教学设计[J].中学物理，2020，38（05）：2-7.

[2]喻平.学科核心素养导向的教学理论嬗变[J].教育发展研究，2020，40（22）：75-85.

[3]廖伯琴.《普通高中物理课程标准（2017年版）》要点解读[J].物理教学，2020，42（02）：2-5.

[4]林万比.基于物理学科核心素养培养学生创新能力[J].广西教育，2019（14）：71-72.

[5]朱海洋.“大概念”下的初中物理学习进阶设计[J].新教育，2021（23）：47-48.

（收稿日期：2021-08-25）