促进学生物理观念建构的教学策略探讨①——以 “运动的合成与分解”教学为例

孙春成

(江苏省江阴市青阳中学，江苏 无锡 214401)

在知识更新越来越快和关注问题解决的信息化时代，需要学生具备跨情境、跨时空和跨文化的迁移应用能力，但并不是所有的知识都能被灵活迁移，只有上升到观念层次的知识才能被有效迁移，观念性知识的获得需要观念建构的教学。

1 观念建构教学的内涵

观念建构教学旨在帮助学生形成观念性认识、增进观念性理解、促进观念性反思。通过观念建构过程整合分散的事实、问题、概念和规律等，实现学科内、学科间的横向关联和纵向拓展，逐步理解学科的本质和内涵。

物理观念建构教学旨在培养学生从物理学视角形成关于物质、运动与相互作用、能量等的基本认识，首先基于对自然现象、事实的模型建构和抽象概括，建构物理概念、探索物理规律，其次对物理概念和规律进行关联整合、凝练升华，形成物理观念，这是观念建构教学的关键环节，最后，对于物理观念进行学科关联和反思上浮形成哲学观点。物理观念和哲学观点层次的知识具有广泛的迁移力和持久的解释，能够被灵活迁移应用，解决实际问题和解释自然现象，具体关系如图1。

图1

超越现象和事实走向物理观念和哲学观点层次，实际就是实现深度学习的过程，迁移应用的灵活程度是判断深度学习的重要依据，因此，观念建构教学是促进深度学习真实发生的有效路径。

2 促进高中物理观念建构教学的策略

下面以“运动的合成与分解”教学为例，探讨物理观念建构教学的策略。

2.1 联系已有经验，通过关联分析促进观念建构

知识之间的联系有时是表层的，有时是内在的，在新知识学习的过程中，通过创设情境，联系已有知识与经验，并促进认知同化、顺应和平衡。然后在关联分析的基础上建构观念性认识，分析的内容可以是逻辑意义层面，也可以是实验探究层面，通过观念建构形成持久性理解。

教学片断1：上课前用手机拍摄一段班级同学体育课上打篮球投篮的视频，课堂上呈现给学生，借助学生的已有经验提出问题：如何投篮才能更准、更远呢？这就需要对篮球运动的轨迹进行科学分析，此时须抓住主要因素(篮球重力)、忽略次要因素(空气阻力)，帮助学生建立曲线运动模型。

基于这个模型，提出问题：如何分析篮球的运动规律呢？可以放手让学生自主讨论问题，提出解决方案，因为通过前面牛顿运动定律的学习，学生已经形成“运动与相互作用”的物理观念，这里是利用“运动与相互作用”观念解决问题。

学生经过分析和讨论后能得出结论：篮球做斜抛运动，在水平方向上由于不受力作用，应该做匀速直线运动；在竖直方向上由于只受重力，应该先向上匀减速运动，当到达最高点后再向下做匀加速运动。这就是“化曲为直”和“化繁为简”思想的具体运用，将看似复杂的曲线运动分解为两个熟悉的直线运动进行处理，帮助学生形成以下观念：任何复杂的运动通过分解可以转化为简单的运动进行处理。

2.2 基于具身体验，通过反思内化促进观念建构

自然现象和事实是观念形成的基石，这些事实和现象如何被加工、内化、凝练，从而升华为学生的观念？笔者认为最重要的途径是学习者的具身体验，具身体验是事实转为观念的“高速公路”，学生基于具身体验，通过对体验的过程、方式和结果进行反思内化，最终可以建构观念性认识。

教学片断2：为帮助学生进一步内化“化曲为直”的思想方法，可以设置让学生进行真实体验的情境，装置原理如图2所示，将气垫导轨放在桌面上并进行调平，在玻璃管中加满水，并在里面放一个红蜡浮子，玻璃管固定在一个滑块上，滑块用一根细线连接，细线的另一端通过定滑轮连接一只钩码，在整个装置后面放置一块有机玻璃板，用于记录红蜡块位置。

图2

打开气源，将红蜡块由玻璃管底部释放，第一次实验时在滑块上不挂细线，让一名学生向右轻推玻璃管，另一名同学用黑色记号笔在玻璃背面每隔一定时间记录一次红蜡块的位置，记录7、8个点，并进行连线。然后在玻璃板后面放置一块同样大小的白色KT板，便于学生观察轨迹，发现其为一条倾斜的直线。第二次实验时在滑块上挂上细线，一名同学释放钩码，另一名同学用黑色记号笔在玻璃背面每隔一定时间记录一次红蜡块的位置，也记录7、8个点，并进行连线，其轨迹如图3所示。

图3

学生对这一过程和结果进行反思内化，得出结论：两个互相垂直的匀速直线运动合成的结果为匀速直线运动；一个匀速直线运动和一个与其垂直的匀变速直线运动合成为曲线运动，轨迹为抛物线。由于合成与分解是互逆的关系，要研究一个曲线运动就很容易想到可以将其分解为两个方向的直线运动进行研究，让学生深刻理解“化曲为直”的思想方法。

2.3 探寻知识本质，通过抽象、概括促进观念建构

观念的形成是对知识的内涵与本质认识不断深化的结果，教学中一方面促进学生在对知识产生的起源与发展、演变与关联的概括中建构观念，另一方面促进学生在对知识获得的过程与路径、思想与方法、逻辑与意义、作用与价值的理解中建构观念，使观念的形成上升到更加上位的元认知层次。

教学片断3：借助前面一节探究曲线运动条件的实验，用水平仪将盘子调平，先不在盘子中放入磁铁，从斜面顶端释放蘸了墨汁的小钢球，发现它在白纸上的运动轨迹为直线。接下来在斜面下端靠左侧某位置放上磁铁，释放蘸了墨汁的小钢球，发现小铁球向左偏转做曲线运动，当在斜面下端靠右侧某位置放上磁铁时，小钢球向右偏转做曲线运动。

然后在原来直线轨迹的前方和左侧各放一块磁铁，发现此时轨迹的曲率半径变小，但运动速率变大；在原来直线轨迹的前方和右侧各放一块磁铁，出现了类似的结果，4次实验中小钢球轨迹的俯视图如图4所示。

图4

通过4次实验的对比、抽象、概括，学生自主得出结论：曲线运动的轨迹是由物体的初速度和受力情况决定的。

观念根据其迁移或解释范围的不同，可以分为大观念和小观念，大观念的建构需要以大单元为单位进行整体设计与组织教学，小观念的构建可以在课时教学中完成。另外，不论在新课教学还是在习题教学中，观念建构都是核心素养时代教学的追求，新课教学如果只是关注一些零散的事实、概念和规律将失去教学的意义，习题教学如果只是就题论题就容易陷入了题海战术的泥淖，对学生核心素养的提升没有多大帮助。

教学片断4：对质量为m的物体A进行受力分析(图5)。这是一个开放性的问题，因为不知道物体A的运动状态。当A静止时，受到重力、地面支持力、向左的静摩擦力和拉力共4个力作用；当A匀速运动时，受到重力、地面支持力、向左的滑动摩擦力和拉力作用；当A加速运动时，除了可能受到4个作用力外，也可能只受到重力和拉力两个力的作用。从而帮助学生初步建立观念：物体的运动状态及其改变与其受力情况密切相关，通过进一步拓展，加强学生对运动和相互作用的认识，在习题教学中通过超越问题表象，通过总结、提升，促进学生形成观念性认识，真正发挥习题的教学功能。

图5