“洞悉物质的微观世界”大概念教学探索

［摘要］ 就高中物理来说，概念课非常普遍，理解物理概念是首要的教学目标，随着内容逐渐增多，概念数量水涨船高，如果不将繁杂的概念加以整合，学生大脑就仅仅体现了知识的储存功能。教师在大概念教学中备学生、备组织形式、备教学内容，就能促进学生将不同知识加以联结，达成对知识的自我建构与自我进化。

［关键词］ 大概念教学；高中物理；物质的微观世界

近年来，大概念教学、大单元教学等先进教学理念相继提出，成为教学的重要载体，也为教师落实核心素养的培养指明了方向。人教版高中物理选择性必修三从第一章“分子动理论”开始，到第五章“原子核”，带领学生逐步进入微观世界。虽说前面对电与磁的学习中涉及电子、离子等粒子，学生可能在别的领域见过，也可能在化学等其他学科中学过，但他们了解的微观世界仍然比较浅层。本册教材的学习能丰富学生对微观世界的认识，加深学生的物质观念，并对物理实验、现象、理论有系统的掌握。不过，要达到提升学生的科学素养这一高阶目标，笔者认为还差一节可以系统整合学生物理、化学、生物学科中微观世界知识的课。为此，笔者设计了“洞悉物质的微观世界”一课，旨在带领学生一步步深入物质内部，将理、化、生三科的相关知识系统地整理出来，使学生能完整勾勒出“微观世界”，深度理解具体概念，培养结构化的思维。

一、大概念教学应“确有其意”

落实大概念教学不能流于形式，教师应该真正去挖掘大概念教学对提升学生素养的作用，而不是为做而做。基于教材分析，一方面，学生在物理学科中学习物质的微观世界时，如果教师没有进行系统梳理，学生的知识将难以形成交集。另一方面，物理、化学、生物都对微观世界的知识有所涉及，对高中学生来讲，能学会从宏观和微观的角度出发看待物理现象，对提升自身的素养、培养解题能力都很有必要，而如果学习的知识各成一套，虽然知识也越学越多，却感觉越来越杂，不利于知识建构。因而把三个科目中关于微观世界的内容充分联结，才能让学生更好地整合知识，充分体会知识背后的关联，做到轻松学习。如此，大概念教学才被赋予了实质性的意义。

二、大概念教学应“有备无患”

1.备学生

充分唤醒学生学习的自发性，才能发挥其能动性、主动性、创造性。为此，我们需要了解学生的问题症结。以学生为本的教育思想，要求尊重受教育者的个性特点，遵循受教育者的身心发展规律。因此，教师要充分了解学生的能力基础和知识水平，从而在教学中充分体现学生的主体性。

兴趣是产生学习动机的重要因素之一，它能使学生对学习内容产生持续注意，并能激活学生的潜能，达到事半功倍的效果。笔者在分析学情时发现，学生在生物学科中已经学习了很多高分子结构，这些内容在化学学科中也有所涉及。除此之外，化学课上还学习了原子结构，但并未深入原子核内部结构，而物理课上有相应的补充，可见这三门学科联系得十分紧密。极少数学生能把在这三门学科中所学的知识进行整合，大多数学生往往注重单一学科的知识。一些有高要求的学生会把各科的知识分别进行整合，而仍有大量的学生对这些抽象知识只停留在章节之间。鉴于此，学生的差异、学科之间的边界成为本节课要克服的难点，因而笔者将“融合”定为本节课的主基调。

2.备组织形式

学生是学习的主体，而教师是学生学习的引导者。从这个意义上讲，教师应该在学生成长的道路上撑起一片发展的天空，让学生能够在教师的帮助下轻松愉快地学习。笔者认为，可以把握这两个原则：

一是以引导学生思考为本。教育家弗莱雷指出，把他们自己认为正确的东西强压给学生，这是一种压迫式的教育，这样做会使学生习惯于循规蹈矩，不善于独立思考，缺乏理解问题、分析问题和解决问题的能力，更缺乏创新能力。因此，教师要鼓励学生善于发现问题，积极思考问题，以培养学生的思维能力。

二是把时间、空间、自主权还给学生，时间即课堂时间，教师单纯的讲解占一堂课的三分之一即可；空间指教室，课堂组织形式多样化能让学生的思想更活跃，学习效果更佳；自主权包括提问权利、质疑权利、评价权利等。这也就意味着，教师更应做到让学生主动参与课堂教学，引领学生完成课堂的诸多活动，而不是传统的以教师为绝对主导的“一言堂”。

基于以上分析，“洞悉物质的微观世界”这节跨学科大概念课的教学中，笔者运用了两种形式：一是为学生推荐学习资料——伽莫夫的《从一到无穷大》，来培养学习能力；二是通过小组学习方式，达到知识建构的效果。

3.备教学内容

大概念是知识背后的知识，是从更广、更全面、更核心的视角去引领人的思想和行为的一种观念。要起到大概念教学应有的效果，就离不开从大概念视角分析教学内容、设计内容、评价内容，以达到学习进阶的目标。下图是本节课的教学思路，即以伽莫夫《从一到无穷大》这本科普名著作为学习资料进行设计。

《从一到无穷大》内容通俗易懂，风趣幽默，图文并茂。读者在阅读过程中能一步步进入微观世界，并形成一定的知识结构。这有利于学生对微观世界的整体把握和了解，脑海中能形成一定的画面感。书中下降的阶梯喻指人类探索物质微观世界的过程，给人一种想要探索的欲望，与本节课所要达到的教学目标不谋而合。不仅如此，名著阅读的环节还能抓住学生的好奇心，激发他们的学习兴趣，增强学习内驱力。

以往的教学主要以教师讲授为主，少量的实验探究已经是教学中的亮点。但是，由于微观粒子相关知识的抽象性，教师在教学中往往只能通过课堂讲授来说明概念及问题。在这个过程中，教师的主体地位很突出，就像学习金字塔中的塔尖位置，虽然这种“听讲”的方式容易组织，但学习效果却不佳。因此，本节课的学习方式是小组学习，让学生通过自己的学习、同学间的展示和交流，在交流中互相体会、学会倾听，也因此收获了更好的教学效果。

活动过程中，学生积极阅读，以画图的方式对微观世界进行描绘，再通过分享和交流，相互之间提出新问题和新观点，并进行修正，最终完成大家一致认可的微观世界图。总之，本节课强调提升学生的表达能力，助力学生形成自己的思维链和微观模型，提高反思和交流能力，增进对微观世界的认识，并在体会科学探索的艰辛历程中升华科学责任感。

[本文系北京市教育科学“十三五”规划课题“通过分级教学培养高中学生物理学科科学探究素养的行动研究”（项目编号：CDDB2020334）阶段性研究成果]

韩晓宇 芦小刚 北京师范大学第二附属中学未来科技城学校。