基于“核心概念”的物理教学初探

赵子莹+张军朋

摘   要：近年来，核心概念逐渐成为科学教育界的研究热点，其在学生学习、教师教学中均处于重要地位。本文以金字塔型知识结构中的核心概念为起点，提出了围绕核心概念的教学模式，即将核心概念转化为统摄性较低的概念和典型事实（基本理解）。最后，以粤教版必修一第一章第五节《速度变化的快慢 加速度》为例，具体阐述基于“核心概念”的教学思路。

关键词：核心概念;物理教学;模式建构

中图分类号：G633.7 文献标识码：A    文章编号：1003-6148（2015）9-0011-3

韦钰院士在《科学教育的原则和大概念》 一书中曾谈到：科学教育的目标不是去获得一堆由事实和理论堆砌的知识，而应是实现一个趋向于核心概念进展的过程，这样有助于学生理解与他们生活相关的事件和现象。也就是学习不仅仅为了要知道一系列的科学事实，更重要的是要围绕核心概念构建知识体系和模型。[1]然而，如何根据所学内容明确核心概念？如何基于核心概念构建物理学科的教学模式？这是一线物理教师和专家迫不及待想要解决的问题。

1    核心概念对于学生学习的重要作用

如图1 所示，人的知识结构呈金字塔形。最底层的全是事实，在事实知识的上面是统摄性较低的概念。第三层是学科视角下的核心概念和方法，第四层是跨学科的主题，最上面一层是统摄所有其他知识的哲学观点。在这个金字塔中，越顶端的知识越少，概括程度越高;越底层的知识越多，越繁杂。

据对金字塔型知识结构的研究，在某一具体学科下，核心概念和方法几近处于该学科体系中的统领位置。可见，核心概念在学生的学习中处于重要地位。在科学教育中，教师需重视对核心概念的建立，引导学生对事实知识进行整合，构建出大的理论框架。

2    基于核心概念的教学模式构建

美国课程专家艾里克森指出：“核心概念具有普遍的迁移功能，是学科教学价值的集中体现。任何教学活动的本质，都是以学科事实为基础建构核心概念、发展学生的思维能力。因此，重事实而轻概念，是舍本逐末的错误做法。课程设计应该以核心概念为导向，以学科事实为基础，以便帮助学生理解学科的核心概念。学习重心应该从记忆事实转移到理解核心概念，进而发展和提升学生的思维能力。”[2]此段话一是强调了核心概念的重要性，二是说明核心概念的建立要以具体的事实性知识为基础。这两点与上面所介绍的金字塔型知识结构所体现的理念是完全相符的。

基于以上的理论基础，结合当前中学物理教学的特点，笔者提出了围绕物理核心概念教学的模式：①整体把握，深入分析，明确核心概念; ②把核心概念分解为下位概念，如，统摄性较低的概念和事实知识，即将宏观的大概念具体化，转化为易于学生接受的“基本理解”;③为了切实执行“教师主导，学生主体”的教学原则，进一步将“基本理解”转化为“基本问题”。通过教师精心设置的一个个问题，促进学生对概念的深入理解。具体建构如图2。

上面“从大到小”的建构过程是教师对知识的演绎过程，这种知识建构的方法对教师的要求是很高的。因此，教师平时要加强专业知识的积累，提高自身素养。相应地，在课堂教学中，只需要将程序反转过来，采取“从小到大”的教学策略，以事实为载体，以问题为驱动，设计教学活动，帮助学生领悟核心概念的真谛。

3    教学模型在物理学科中的应用

立足《普通高中物理课程标准（实验）》，物理学中概念众多，为了帮助学生掌握精要，把准主干知识体系，减轻学习负担，要求教师在课堂中建构核心概念，围绕核心概念组织物理教学。接下来笔者尝试将图2的理论模型应用在《速度变化的快慢 加速度》[3]一节的教学中。

3.1    分析教学内容，挖掘核心概念

“加速度”是高中物理运动学中一个极为抽象的概念，赵凯华和罗蔚茵教授在《新概念物理教程·力学》中明确指出：“这是人类认识史上最难建立的概念之一，也是每个初学物理的人最不易真正掌握的概念。”[4]加速度这一概念不但难理解，而且非常重要。它是将运动和力联系起来的桥梁，广泛应用于必修模块的动力学问题中，在选修模块的学习中也有所牵涉。因此，我们认为“加速度”是力与运动这一大概念中的核心概念。

3.2    将核心概念转化为基本理解

根据教学目标的要求，在加速度这一节中，需要掌握的教学内容有：加速度的概念和物理意义;加速度的矢量性;学会区分速度、速度变化量、速度变化快慢三者的关系。其中，最抽象的过程在于对加速度概念的建构。类比于速度是描述物体位置变化快慢的物理量，加速度是描述速度变化快慢的物理量，即单位时间内速度的改变量为加速度。它是一个矢量，既有大小又有方向。大小可以根据其定义算出，方向与速度变化量的方向是一致的。加速度大于0，表示加速度和初速度同向;反之，加速度小于0，加速度与初速度反向。基于以上的学习，通过对比，理清速度、速度变化量和加速度三者之间的关系。

3.3    将基本理解转化为基本问题和活动

按照图2 中基于核心概念教学的模型建构，《速度变化的快慢 加速度》一节的具体设计如下。

3.4    设计教学流程

在教学活动中，具体来说，教师主要通过四个环节进行展开：

1）复习“速度”

从5个方面复习速度的概念，为加速度概念的建构做好“交汇连接”的准备。

2）创设情景，导入新课

结合生活情景，从学生熟悉的“速度”出发，通过一系列问题，如以下情景：具有速度的有哪些？谁的速度发生了变化？谁的速度变化最大？谁的速度变化得最快？又如何定量地比较速度变化的快慢呢？一个个问题，紧扣核心概念。层层分析，让学生产生感性认识。

3）比较分析，建立概念

运用“控制变量法”：A、B为一组，比较相同时间下谁的速度变化快;B、C为一组，比较速度改变量相同时，谁的速度变化快。很自然地用“比值定义法”得到“用单位时间内速度的改变量描述速度变化的快慢”。注意区分速度改变量和速度变化快慢间的关系。

4）强化概念

用图3例子分析a与vt、v0之间的关系，描述a的矢量性。最后，拓展应用，进一步对速度和加速度进行概念辨析，加强核心概念的深入理解。

通过上述教学过程，学生将深入理解加速度的内涵和外延。我们看到，核心概念的建构并不是让学生去死记硬背，而是学习了事实性知识和材料后自然而然的结果。物理核心概念是物理学的“心脏”，它超越了那些散乱而孤立的知识“碎屑”和事实性知识，是物理学中最本质、最核心的知识，是物理学的学科骨架。教师在备课时可以想象：核心概念是一所宏伟的建筑，事实性知识是构成它的一砖一瓦。而学生在学习时要拥有不积跬步无以至千里，不积小流无以成江海的精神，用一砖一瓦来构建宏伟大厦。只有这样，我们才能在有限的时间内学到更本质的、有利于终身发展的物理学知识，提高物理学素养。

参考文献：

[1]张颖之，刘恩山.核心概念在理科教学中的地位和作用——从记忆事实向理解概念的转变[J].教育学报，2010，6（1）：57—61.

[2]H. Lynn Erickson. Concept—Based Curriculum and Instruction：Teaching Beyond the Facts[M].USA：Corwin Press，2002.

[3]广东基础教育课程资源研究开发中心，物理教材编写组.普通高中课程标准实验教科书物理必修1[M].广州：广东教育出版社，2010.

[4]赵凯华，罗蔚茵.新概念物理教程·力学[M].北京：高等教育出版社，2004.

（栏目编辑    赵保钢）