基于SECI理论的高中物理“圆周运动”情境化教学设计

李婷 王长江

摘   要：情境在物理教学设计、教学实施以及教学评价等各个方面都有其独特的重要性。SECI理论中的四种知识转化模式为物理情境化教学实施提供了新的理论依据。教师可以SECI理论为指导，从知识转化的角度，将情境化教学分为社会化、外化、组合化、内化四个有逻辑、易操作的阶段。结合人教版高中物理必修二的“圆周运动”进行教学设计，提供SECI理论引领下情境化教学的具体策略。

关键词：SECI理论；圆周运动；教学设计

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2023）8-0035-5

《普通高中物理课程标准（２０１７年版２０２０年修订）》（以下简称《课标》）指出“要通过创设学生积极参与、乐于探究、善于实验、勤于思考的学习情境”［１］，课标中“情境”一词共出现６７次。情境是知识产生的场域，在问题情境中学习知识可以培养学生的高阶思维能力。国外对情境教学的研究起步较早，并已取得重要突破，目前的研究主要集中在建构主义学习理论指导下的以学生为中心的问题情境创设［２］，总体已经偏向成熟且实践性较强。自陶行知提出“行是知之始，知是行之成”以来，国内教育者就开始关注情境化教学。李吉林是国内较早研究情境化教学的学者，她提出知识与情境相互依存，指明了国内教育研究者进行情境化教学探索的方向［３］。

本文基于ＳＥＣＩ理论，运用情境化教学策略进行“圆周运动”的教学设计，期望能为教育工作者开展情境化教学提供新的思路和具体参考。

1    ＳＥＣＩ理论引领下的情境化教学概述

1．１    ＳＥＣＩ理论的主要内容

英国学者迈克尔·波兰尼从认知维度上提出了“意会知识”的概念。“意会知识”又称隐性知识，具有高度的个人性、无意识性、环境依赖性等特点，其产生往往伴随体验［４］，难以形式化表达，故要以模型、比喻等方式进行传递。与隐性知识相对的显性知识则是以文字、数字、声音等形式表示的知识，用数据、视觉图像等方式进行表达，沟通较为容易。

ＳＥＣＩ理论最初是由日本学者竹内宏高和野中郁次郎在《创新求胜》中提出的企业管理策略［５］，其知识管理和知识螺旋的基本原理后来被应用于教学中。ＳＥＣＩ理论认为，知识分为显性知识和隐性知识，这两种知识的转化是知识创造的主要途径，并在此基础上提出了知识在“隐性—隐性、隐性—显性、显性—显性、显性—隐性”间互相转换的四个模式。野中提出知识创造的主体是个体本身而非组织，新的知识是主体与客体在连续转换的场域中相互作用的综合结果。个体要习得新知，则应当在构建好的情境中进行探索，完成知识的理解与迁移，并在新的情境中应用。

ＳＥＣＩ理论的四种知识转移模式包括：社会化（Ｓｏｃｉａｌｉｚａｔｉｏｎ）、外化（Ｅｘｔｅｒｎａｌｉｚａｔｉｏｎ）、组合化（Ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）以及內化（Ｉｎｔｅｒｎａｌｉｚａｔｉｏｎ）。四个模式中知识分别进行隐性—隐性、隐性—显性、显性—显性、显性—隐性的转化，并且转化过程呈螺旋式上升。上升过程既有横向维度上的拓展，又有纵向维度上的升高。在纵向螺旋上升的同时，因为个人的隐性知识一直在转化为显性知识，个人知识螺旋底部的“知识半径”会同步增大。每经过一个ＳＥＣＩ周期，整体的横面和纵面都会增大，下一次的知识创造则会基于更广阔的知识基础，让新旧知识相互“碰撞”，从而进入知识创新的良性螺旋上升模式。

1．２    ＳＥＣＩ理论引领下的情境化教学环节

情境教学是通过对一定事件的形象描述或一定课堂环境的设置、模拟，激发学生的情感与思维，使学生产生身临其境的体验，从而达到一定的教育目的。情境化教学一方面可以寓教于乐，激发学生的学习兴趣，让学生充分参与到课堂中，另一方面可以化难为易，减少陌生感，使知识生动形象，易于进行联结，形成记忆。

ＳＥＣＩ理论强调多层次场域有机结合，进而形成组织［６］。在教学过程中，我们通过设置教学情境来完成场域的构建，激发学生的认知活力。ＳＥＣＩ理论引领下的情境化教学在实际教学中分为以下四个阶段（图1）。

1．２．１    构建隐性知识向隐性知识转化的创始场

知识创造的起点是隐性知识向隐性知识转化的创始场，师与生、生与生在创始场中进行情感和经验的交流，完成知识螺旋生成的社会化阶段。教师作为课堂中的传授者积极关注学生的情况，培养良好的师生关系，使场域中隐性知识的传递跨越师生的身份障碍，更好地激发双方的热情。在具体情境中，学生将日常生活中所感受的事例转化为自己头脑中的经验，通过感受、观察等形式获得独属于个体的知识，此时的知识转化是非语言形式的。

1．２．２    构建隐性知识向显性知识转化的对话场

教师根据学生的学习方式和所拥有的隐性知识不同，将学生进行分组。在教师构建的对话场中，教师发挥主导作用，设置情境引领学生进行讨论，学生通过比喻、模型化等方法将自己脑海中的知识进行清晰的表达。因个体隐性知识的差异性，师生间、学生间可能会产生激烈的讨论，但最终在辩论中会达成较为一致的答案。探讨过程秉承尊重、包容的原则，学生会更积极地将隐性知识转化为显性知识。对话场中的隐性知识外化会使学生间的思想发生碰撞，在碰撞中反思自身不足，吸取他人长处，对知识的理解会更加全面，完成知识的创新。

1．２．３    构建显性知识向显性知识转化的系统场

知识的形成需要系统的对比整合。教师应当及时将学生讨论后的显性知识（如物理概念、科学观点）通过思维导图、表格等方式形成清晰的知识结构。学生也可以通过对比新旧知识完成知识的筛选、分析和总结，完成显性知识到显性知识的组合。在具体教学情境中，可以课本作为主要脉络，同时加入课标中没有但适应社会发展的成分，使显性知识更具系统性、科学性和发展性，实现知识的整理与升级。

1．２．４    构建显性知识向隐性知识转化的实践场

内化是一个将显性知识在头脑中具象化的过程，是实现学生认知从量变到质变的过程。在前三个阶段的教学过程中，师生只是完成了对高度凝练知识的交互并产生了新的显性知识，学生仍需要在大量的、有指向性的新情境中进行实践才能将这些显性知识内化为属于自身的隐性知识。要检验知识的内化程度，教师可以通过测验、创设新情境等途径，考查学生的知识迁移能力［７］。

2    ＳＥＣＩ理论引领下的“圆周运动”教学设计

“圆周运动”是人教版（２０１９年版）高中物理必修二第六章的内容，是后续学习第七章“万有引力与宇宙航行”以及选择性必修二第一章第3节“带电粒子在匀强磁场中的运动”的基础。

根据《课标》要求，“圆周运动”的情境化教学要达到的教学目标为：会用线速度、角速度、周期描述圆周运动；理解线速度、角速度的物理意义；掌握线速度、角速度的关系；能在具体情境中确定线速度和角速度。

“圆周运动”难点之一是圆周运动的速度过于抽象，学生在传统课堂只能机械接受知识，无法将理论和实际联系起来。因此，本文结合ＳＥＣＩ理论对“圆周运动”一节展开教学设计，探索情境化教学的具体实施方法，对“圆周运动”一章中第一课时“线速度 角速度”进行设计，希望能弥补传统教学的不足，为研究者提供新的思路。

2．１    知识转化序列

在“线速度 角速度”内容中，知识在“隐性—隐性、隐性—显性、显性—显性、显性—隐性”间互相转换的序列如表1所示。

2．２    教学设计示例

2．２．１    体验情境，构建隐性知识转化为隐性知识的创始场

创设情境：以２０２１年东京奥运会自行车女子团体竞速赛为情境，教师展示比赛短视频及图片（图2）。

设计意图：以奥运会场景引入，材料是学生常见的自行车，创设的是与学生生活贴近的情境，在对学生有吸引力的情境中引起学生对即将学习的内容的关注。

教师活动：向学生展示架起后轮自行车（实物）的传动装置，带领学生观察自行车各构件。用三种颜色的飘带在链轮、飞轮和后轮上标识出Ａ，Ｂ，Ｃ三个位置，其中Ｂ，Ｃ与飞轮圆心共线，如图3所示。

问题１：当自行车脚踏板转动，飞轮和后轮会如何转动，轮上的点做什么运动？

问题２：同轴但不同半径的边缘点（Ｂ和Ｃ）、不同半径不同轴圆上的边缘点（Ａ和Ｂ），速度大小能否进行比较？

问题３：如何比较圆周运动的快慢？有几种方法？

问题４：第一种方法怎么定义物理量？怎么定义圆周运动轨迹上某一点的线速度？

问题５：线速度的大小、单位和方向？

问题６：曲线运动的线速度和直线运动的速度的关系？

问题７：第二种方法怎么定义物理量？在名称上如何与线速度加以区分？物理意义、单位分别是什么？

问题８：线速度和角速度有关系吗？什么关系？

设计意图：场景和具体问题是教师与学生隐性知识交互的桥梁。在体验师生熟悉的场景和回答问题时，学生会回忆头脑中已有的隐性知识，根据经验对教师提出的情境问题进行尝试性理解，得到独属于个人的阶段性认识。这个阶段的完成要基于师生、生生间的信任和价值认同，成员关系和谐会促进师生对知识的共鸣（例如，有共同的目标或者较强的班级凝聚力）。在这个阶段，学生基本不能确定自己答案的正误，也很难以清晰、系统化的物理语言进行表达。

2．２．２    质疑问难，构建隐性知识转化为显性知识的对话场

学生回答１：圆周运动。

学生回答２：通过观察，因为Ｂ点和Ａ点不在同一个圆上，难以比较；Ｂ点看起来转得比Ｃ点快；Ｂ点和Ｃ点在一个圆上，所以一样快。

学生回答３：两个方法。一是可以通过相同时间内转过的路程衡量快慢；二是通过相同时间转过的角度比较快慢。

學生回答４：质点做圆周运动通过的弧长和所用时间的比值叫作线速度。

学生回答６：圆周运动的线速度是瞬时速度。

学生回答７：角速度是与线速度不同的概念，描述转动应该用角度比时间。单位由角度单位和时间单位推出。

学生回答８：都是描述圆周运动的物理量，应该有关系。

设计意图：用质疑问难的方式，引导学生将隐性知识进行表达。教师针对学生特点进行分组，最终选择小组代表进行表述。学生梳理自己的隐性知识，在将自己头脑中对线速度、角速度的模糊理解通过文字、语言或图像进行表达甚至辩论时，将隐性知识显性化，并与他人的知识进行碰撞产生不同角度、比较全面的新知识，有利于后续在系统场中构建物理概念。

2．２．３    概括省思，构建显性知识转化为显性知识的系统场

结论１：轨迹是圆的曲线运动叫圆周运动。

结论２：观察的结论不可靠，可以进行定量比较。Ｂ，Ｃ点在相同时间内转过的角度相同，则可以比较相同时间内转过的弧长；Ａ，Ｂ点在相同时间内转过的弧长相同，则可以比较相同时间内转过的角度。

结论３：有两种方法。可以将相同时间规定为单位时间。比较方法总结为：通过单位时间内转过的路程大小比较快慢；通过单位时间转过的角度大小比较快慢。

结论６：这里的线速度实际上就是我们在描述直线运动中已经学过的瞬时速度。当Δt足够小时，弧长Δs的长度与线段Δl几乎没有差别，即弧长Δs的大小约等于物体的位移大小Δl。

教师活动：以表格形式呈现“线速度”和“角速度”的定义式、物理意义、单位及相互的联系（表2）。

设计意图：教师针对学生讨论和交流中的问题，引导学生深入推理和归纳，构建系统场，进行显性知识的概括和思考。通过类比、推理等方法，将情境抽象为质点圆周运动模型，将学生表达的模糊的显性知识按照思维过程逐步深入引导。学生在这个阶段中可以获得其他显性知识，对自身零散的认识进行归纳整理，使用表格、知识树、思维导图等方式将知识合理化与系统化。构建系统场有利于学生将现有知识联接之前学过的知识或者将要学习的知识形成知识框架。

2．２．４    学以致用，构建显性知识转化为隐性知识的实践场

问题９：比较Ａ，Ｂ，Ｃ三点的线速度与角速度？

教师活动：选取中心轴线或固定参考点，采用多媒体或者实物标记的方法，让学生进行实验探究并记录实验时间，以及在此时间内通过的弧长、角度。

学生活动：比较相同时间内通过的弧长，得到Ａ，Ｂ，Ｃ三个位置通过的弧长满足：sA=sB

问题１０：毛泽东诗句中的“坐地日行八万里，巡天遥看一千河”要在地球的哪个纬度才可以实现？该点的线速度和角速度分别是多少？

教师活动：教师用地球仪展示地球的自转，在地球表面上取一个点，说明该点做的运动是圆周运动，进一步布置课后探究习题。

设计意图：学生脑海中已经有关于线速度、角速度的基本知识，要检验学生是否真正理解所学知识，应以多种形式进行评估，如实践报告、接近实际情境的测试题等。在这个环节，学生将已习得的显性知识在头脑中以个性化的形式综合呈现，其理解程度虽然难以用语言表达，但可以在相关练习中检验知识是否已发生迁移以及知识的迁移程度。关键在于让学生认识到物理来源于生活，服务于生活，要注重积累解决实际情境中问题的经验。

3    小  结

针对传统教学存在的学生所学理论难以联系实际的问题，本文基于ＳＥＣＩ模型及情境化教学相关理论，提出了ＳＥＣＩ理论引领下的情境化教学实施策略，并给出了教学设计案例。情境化教学结合ＳＥＣＩ理论是物理教学的一种新的教学形式尝试，通过这种方式进行教学，遵循学生认知规律，利于学生习得知识和进行知识迁移。物理教育工作者在教学中已经开始重视情境的使用，在使用中结合ＳＥＣＩ理论进行教学设计不失为一种合理的、清晰的、新颖的、有效的思路。

参考文献：

［１］中华人民共和国教育部.普通高中物理課程标准（２０１７年版２０２０年修订）［Ｓ］．北京：人民教育出版社，２０２０．

［２］刘林．基于物理学科核心素养的创设问题情境教学设计的研究——以“向心加速度”为例［Ｊ］．物理教学探讨，２０１９，３７（５）：１－４．

［３］李吉林．情境教育的独特优势及其建构［Ｊ］．教育研究，２００９，３０（３）：５２－５９．

［４］迈克尔·波兰尼．个人知识：朝向后批判哲学［Ｍ］．徐陶，许泽民，译.上海：上海人民出版社，２０１７．

［５］Ｌｋｕｊｉｒｏ，Ｎｏｎａｋａ，Ｈｉｒｏｔａｋａ Ｔａｋｅｕｃｈｉ．创新求胜［Ｍ］．台北：远流出版社，１９９７．

［６］竹内宏高，野中郁次郎．知识创造的螺旋——知识管理理论与案例研究［Ｍ］．李萌，译.北京：知识产权出版社，２００６．

［７］谢昌醒，张强．ＳＥＣＩ理论视角下教学过程中教师场域的构建［Ｊ］．教学与管理，２０２０（１５）：１８－２０．

（栏目编辑    邓   磊）