引导学生建立知识结构 助力理解迁移——以“振动和波”知识结构建构的单元教学设计为例

鲍永新

引导学生建立知识结构 助力理解迁移
——以“振动和波”知识结构建构的单元教学设计为例

鲍永新

（北京市海淀区教师进修学校附属实验学校，北京 100097）

本文以“振动和波”单元为依托，通过知识上的共性、研究运动的方法引导学生建立单元整体知识结构，以此推动整个单元的教学．这样整体知识结构框架为学生的学习提供思维工具，支撑他利用这个“脚手架”去思考、解决其他问题，发展学生的思维能力，实现学生的深度理解．

知识结构；概念图；建构；理解

1 问题提出

学生在物理课程学习中存在以下问题：（1）对物理概念的定义、表达式、物理意义等明白，但不能很好与其他概念建立联系．（2）学习了物理规律，但在实际应用中不会用．（3）学生在整理单元知识网络图时，只是将知识罗列在一起，看不到知识的外延和内涵．造成上述问题的原因是学生在学习过程中教师没有引导学生建立概念之间的联系和区别，另外没有帮助学生梳理新概念、规律得来的方法，总结将新概念、规律如何解决问题的方法．获得了方法才算真正获得了知识，所以要求教师引导学生建立真正的知识结构，使学生学到的知识有用、有意义，真正实现学生的“深度理解”．

2 “振动和波”知识结构建构过程

初始理解活动设计先介绍一小故事：在美国华盛顿州西部港口城市塔科马附近，有一座名为塔科马的窄桥，在他开通不久，每当有风吹过，他就颤动不已．有一天，它摇晃得越来越剧烈．随着一声巨响，桥身突然断裂，坍塌到了水中．为什么微风会引起桥身发生如此强烈的振动，最后还导致了坍塌？这是受迫振动问题，要想解释它，首先学习简谐运动，然后理解受迫振动中的共振．设计这样的理解活动目的让知识与生活建立联系，激发学生的学习兴趣．另外这样做让学生从单元整体认识机械振动，知道共振处在机械振动位置，在整体（机械振动）中去理解局部（受迫振动）．

探究理解活动中首先引导学生建立单元整体知识框架，然后在知识框架中不断添加新的概念、规律逐渐展现细节和具体的内容．笔者采取的策略是以研究运动的方法为主线串联整个单元．研究运动首先观察运动有什么特征，特征指的是这种运动不同于其他运动，简谐运动是以平衡位置为中心的往复运动，这种往复运动有别于以前学习的直线运动和曲线运动，它的最大特征是周期性．其次描述简谐运动特征物理量如位移、速度、加速度、回复力、周期、频率等．知道描述运动物理量后，寻找物理量有什么关系，简谐运动物理量之间关系：；力和运动关系：F＝－kx；图像：正弦曲线；函数关系式：，其中A为振幅，T为周期，为相位，φ0为初相位．师生共同总结研究简谐运动（弹簧振子）“观察（特点）——猜想（原因）——归纳（描述特征）——演绎（得到规律）”的科学方法，这样就建立简谐运动方法与知识的概念图，如图1所示．

图1

以这个知识结构框架引领单摆、受迫振动的学习，获得如图2所示的概念图．

这样从简谐运动基本概念出发，在整个知识结构中讲述部分（单摆、受迫振动），不仅促进学生对知识、方法的理解，还运用类比的思想比较弹簧振子和单摆两个基本模型联系和区别，从能量观点比较简谐运动与受迫振动两种运动．有了这样知识结构，学生对振动知识的认识才可能有深入的理解．

图2

“振动和波”单元无论从教材、课程标准要求、还是考试说明，这部分的核心是单个质点的简谐振动，这种有规律的振动在介质中传播形成了机械波，体现了大量质点的波动性．所以运用机械振动知识结构框架引领机械波的学习，形成如图3所示知识结构．

图3

这样就从研究运动的方法理解机械波核心概念，运用类比思想比较单个质点和大量质点运动情况，同时在局部（机械波）学习中理解整体知识结构，从而实现有意义学习．

4 推广与应用

单元整体知识结构进行教学可以推广到电磁波和光的学习．电磁波是电场和磁场周期性变化由近及远传播形成，与机械波产生有本质区别．光具有干涉、衍射、偏振的现象说明光是一种波，而光电效应说明光具有粒子性，所以光的特殊性质使它有别于机械波和电磁波．基于此从知识上的周期性、研究运动的方法、类比思想统领机械波、电磁波和光的学习．

机械振动部分设计终结理解活动，即建立单元知识网络图，某一学生建立知识网络图如图4所示．

图4

从学生建立机械振动网络图可以看到每个学生对同一个知识内容的意义理解是不同的，知识的学习过程就应该是每个学生自己建构知识意义的过程．笔者想要建立“振动和波”的单元网知识网络图，每个学生建的也应该是不一样的，这意味着学习是学生每个人自己的事情，谁也无法取代谁．所以我们要学会尊重学生在学习同一知识时可能出现的不同的兴趣点，并允许他们从自己的兴趣点出发探索知识和构建知识．本文利用单元整体知识结构进行教学，只是给学生提供思维工具，支撑他利用这个“脚手架”思考、解决其他问题．学生学会了对知识的整体理解，就学会了如何学习知识，其中形成的学习方式即整体理解知识的方式就能够迁移到其他知识的学习上，发展学生的思维能力．

1 季苹．“学习方式的变革”系列之二让知识的学习变得“有意义”思想者［J］．人民教育，2004（12）：14－16．

4 王立君．概念图在促进认知和评估知识结构方面的理论与实证研究［D］．上海：上海师范大学博士学位论

文，2008 ．

2016－06－04）