基于先行组织者理论的高中物理预习及实践研究

周黛竹 方伟

摘   要：文章以奥苏贝尔提出的先行组织者策略为理论基础，将该理论运用到高中物理预习设计中，旨在提供一份可操作的预习设计范式。针对预习策略的效果检验，笔者进行了实验班和对照班的预习实践，结果显示了先行组织者预习模式的有效性和优越性，该理论下的预习实践也客观上提高了教师的课堂效率和学生的学习效果。

关键词：先行组织者;高中物理;预习设计;教学实践

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2021）1-0005-6

1    引   言

《礼记》中有云：凡事预则立，不预则废。这是我们中国古人总结出来的智慧和处事方法，讲的是事前预先准备的重要性。这句话用在高中物理的学习上亦是如此。高中物理学科自身的抽象性、深刻性、复杂性等特点对学生提出了较高的要求，而此时学生对物理学科的认识往往还停留在感性、具体的阶段，因此预习就显得更为重要。笔者在研究高中物理预习方面的论文时，发现有两种情况较为常见。一方面是教师对于高中物理预习的见解大多源于自己实际的教学经验，常常是以几句话或几个字精简地提炼出一般的预习方法。毫无疑问，这些预习方法源于教师们的教学经验，或者说是基于特定学情的好方法，但也可发现它们的理论基础不够充足，缺乏理论上的说服力，因此预习方法的可借鉴性较弱，可操作性也较差。另一方面是教师对学生的预习指导多是让学生利用课余时间提前学习，预习的形式常常为“学案”式、“导学案”式、“概念填空”式，而学习的内容一般就是课堂上即将要学习的新知识。学生通过预习会提前知道知识性的结论，而在课堂上可能就难以进行创造性的思考，也可能会失去探索物理新知识的兴趣。

这就涉及到如下问题，物理预习到底让学生预习什么？预习的形式是什么？怎样设置预习内容更为合适？在笔者看来，预习绝不是课堂所讲授知识的提前“剧透”，也不是对于课堂讲授内容的“越俎代庖”。有价值的预习应该是在课前给学生提供一个思考的契机，激发学生心中对物理的求知欲，以等待教师在课堂上的“临门一脚”，引爆知识的气球，最终点燃学生在课堂上对物理的探索和求知之光。作为结果，这样的预习也当然会提高教学效率和教学效果。基于以上的分析，我们提出设计恰当的先行组织者作为高中物理预习的内容，以期给一线的教师们一点启发。

2    “先行组织者理论”下的预习模式

2.1    先行组织者的内涵

“先行组织者策略”是美国认知教育心理学家奥苏贝尔于1960年在他的论文[1]中提出来的一种可操作性的教学技术。所谓先行组织者是呈现在正式的学习材料之前，用学生能够理解的语言，向学生介绍一些相关的引导性材料。这些材料充当着固定新知识的“脚手架”，其目的是用来在“已经知道的”与“需要知道的”知识结构之间架起“认知桥梁”，为新的学习内容提供观念上的固着点，起到引导和组织的作用。由于它可以有效地控制认知结构的变量，所以对促进学习者进行有意义学习有重要作用。自奥苏贝尔1960年发表关于先行组织者的实验论文以来，其自身的内涵和适用性也在不断地拓展。研究者们在奥苏贝尔原来定义的基础上发展了“先行组织者”的概念。“先行组织者”既可以是在抽象、概括水平上高于学习材料的材料;也可以是具体概念，在抽象、概括水平上低于学习材料。图1展示了先行组织者和将要学习的材料之间的关系。

奥苏贝尔最初在他的论文中是以文字的形式表现先行组织者，而经过许多研究者多年的探索，加之多媒体时代带来的便利，如今先行组织者的呈现形式已经十分多样。就物理学科而言，目前可以分为叙述式组织者、图形式组织者、实验式组织者和动画式组织者四种类型[2，3]。

2.2    先行组织者的国内发展近况

我国学者陈昌岑于1985年在他的论文《教学理论和实践的创新——奥苏贝尔“先行组织者”学说评介》[4]中首次将先行组织者的理论引入中国教育认知心理学领域，并在以后两年内将有关先行组织者的全部理论完整地引入国内并加以研究。此后，先行组织者的理论在各学科的研究和应用蓬勃发展。而在物理学科教学领域，廉宝瑞老师于1988年首次在论文《你会运用“先行组织者”吗？》[5]中引用该理论且将之应用于物理教学，并有提及将先行组织者运用于预习环节，与本文观点不谋而合，只是他在论文中并未对此展开讨论。

Bruce Joyce和Marsha Weil于1972年在《教学模式》书中将奥苏贝尔提倡运用先行组织者理论的教学方式归纳为一种教学模式，即先行组织者教学模式[6]，其一般分为三个教学步骤：第一是呈现先行组织者，第二是呈现具体材料，第三是加强认知结构。具体的结构见表1。

国内许多学者在论文中应用了以上所述的先行组织者教学模式，如黄文俊在论文《“先行组织者”教学策略下的高中物理教学案例研究》[7]中详细地将三个阶段均运用在自己的物理教学中。本文创造性地应用了第一阶段的思想，即在课前根据学生的认知结构呈现恰当的先行组织者作为预习材料，为第二、三阶段正式的课堂学习做准备。

2.3    先行组织者设计的设计方法

我们知道先行组织者作为引导性材料，需要首先摸清学生的“前概念”，找到新知识的“生长点”，进而设计合适的组织者。我们将此过程分为以下四个步骤[8]进行：

第一步，厘清“知识点”。当教师在准备设计组织者时，首先需要对所预备的内容有个系统的认知。这里的认知不仅是对教学过程的关注，同时也要关注采用什么样的教学方法，即教师需要理清知识的逻辑关系。

第二步，论证“生长点”。根据第一步所确定的“知识网络”，我们还要寻找知识的“生长点”，其主要包含两方面的內容，其一是新知识本身所需要的认知基础和学生自身的认知能力，也即学习新内容学生本身应该具备的认知条件以及其自身真实的认知水平;其二是要寻找学生现阶段的“错误前概念”以及学生在学习过程中可能出现的认知障碍。

第三步，寻找“切入点”。所谓的“切入点”指的是合适的切入方式，这种方式有利于学生同化新知识，符合学生现阶段的认知特点。当然，我们知道合适的切入方式有许多，可以设计与新课相关的视频，也可以设计一个简单的实验让学生自己体验，还可以是一段史料或一个问题……但是，鉴于学情是独特的，往往可以在诸多的切入方式中选择一种能最大程度体现物理本质的方式。

第四步，设计“先行组织者”。在综合分析的基础上，接下来就是将前面的设计思想物化的阶段。我们在设计时要体现新课程标准所倡导的教学理念及其对学生的要求，同时也要使先行组织者暗含或渗透新知识的元素，最后要借助文字、图像、视频、实验等形式将先行组织者表达出来，即最后的物化阶段。

2.4    设计预习材料的一般步骤

依据先行组织者的理论，我们应该首先了解学生现有的认知结构，明确他们所未知的，而后寻找并给他们提供合适的“生长点”，借着这个“脚手架”搭建新的认知结构，而这个新的认知结构就是我们期待学生掌握的新知识，也即未知。所以，我们分三个步骤设计恰当的先行组织者。

（1）确定教学目标

教学目标是教学的起点和归宿。预习也不是漫无目的的，同样受到教学目标的规范与约束。

（2）确定学生的已知和未知

在这个环节中，我们要分析学情，以及确定学生现有的认知结构所处的阶段，同时可以借鉴以往经验甚至是通过问卷的形式找出学生错误的前概念。同时，我们要参照具体课程的教学目标对学生提出的要求。

（3）设计合适的先行组织者

在明确教学目标、“已知”与“未知”后，就可以在其中设计合适的知识“生长点”和“切入点”。

下面以人教版高中物理必修一第二章第五节《自由落体运动》的内容为例进行预习设计。

3    预习案例设计

3.1    确定教学目标

（1）物理观念：知道什么是自由落体运动以及自由落体运动的规律;掌握自由落体运动的加速度。

（2）科学思维：会根据观察实验作出合理的假设与猜想;会对自由落体运动进行抽象和概括，构建自由落体运动规律的可能模型;会根据纸带上的数据进行合理的推理和论证。

（3）科学探究：会使用打点计时器得到重物运动的点迹纸带;会使用不同方法和手段分析、处理信息，描述、解释纸带上的数据;会利用实验数据分析并归纳出自由落体运动的规律;学会独立思考，并在小组实验中与别人讨论交流。

（4）科学态度与责任：会在交流讨论中准确表达自己的观点，又善于与其他同学合作交流;在小组实验过程中尊重实验事实和实验数据，不弄虚作假，并能质疑明显不符合假设和猜想的问题数据。

3.2    确定学生的已知和未知

（1）学生的已知

在知识层面学生已经掌握了匀变速直线运动的规律，并会使用规律解决问题。在操作技能和实验探究方面，学生已经学会了使用打点计时器和处理纸带上的数据。同时，鉴于日常生活的经验，学生对自由落体运动也有一定的感性认识，如，部分学生会陷入“重的物体比轻的物体下落得快”的错误认知中。另外，由于之前讲授的匀变速直线运动都是水平方向上的运动，学生可能形成思维定式，对竖直方向的匀加速运动较为陌生。

（2）找到学生的未知

学生对一般日常所见的落体运动有一定的感性认识，他们对自由落体运动的本质特点是不清楚的。自由落体运动究竟是怎样的运动，有着什么样的规律，他们也是不知道的，认知仅仅停留在对现象的直观描述上，无法以数学模型呈现出来，也无法用物理语言去描述自由落体运动。

3.3    设计合适的先行组织者

基于以上两点的分析，提出以下的先行组织者作为预习的内容。

（1）实验思考题

此部分可以设计几个实验思考题，意为提供一个可以思考的真实情境。

（2）呈现相关的物理学史

此部分介紹伽利略如何用归谬法反驳亚里士多德的说法，以及伽利略用了怎样的方法得到事实真相的。

3.4    预习案例设计

在以上几方面的基础上，我们设计了本节的先行组织者作为预习的内容，预习案例设计片段见表2、表3。

【设计思想】第一个实验是让一个重物和一个与空气接触面一样大的轻物同时下落，学生根据已有的生活经验和接下来的实验很快得出结论：重的物体下落得要快。而学生们不知道他们已经落入了笔者设计的“认知陷阱”中，当然他们的结论也就是他们在生活中所得到的感性经验。第一个实验的目的是让学生暴露自己错误的“前概念”。第二个实验是让一个重物和一个经过缩小体积的轻物同时下落，学生在猜想的过程中甚至可能会犯错误，经过实验实践后，学生又得到一个新的结论：重的物体和轻的物体下落得一样快。这个结论和第一个结论有了矛盾，毫无疑问，诱发了学生新的思考，物体下落快慢究竟和什么有关，和质量有没有关系？接下来第三个实验笔者并没有继续为学生设计，而是作为一个开放性的问题，诱发学生自己去思考，自己去设计。在整个设计过程中，借着物理小实验作为先行组织者，意为提供一些物理情境，使学生产生认知冲突，借着解决已经形成错误的“前概念”为新知识的生长点。这些物理小实验既利用了学生已有的生活经验，操作简单，取材方便，又在此过程中培养了学生的科学思维能力、逻辑推理能力与科学探究能力，同时也为课堂上教师真正使用牛顿管进行实验奠定了基础。

【设计思想】 通过一段阅读材料大致介绍了亚里士多德和伽利略所处的时代背景，并简略地介绍了他们关于自由落体运动的研究。短文中没有提到他们各自的观点，一方面大部分学生都有所了解，另一方面关于观点的内容是属于教材2.6节的课时内容。而本节的定位是让学生来研究并认识自由落体运动，因此简单地介绍一些时代背景即可。小短文主要是为学生提供一个研究和思考的素材，将一个朴素的物理问题展示在学生面前，让他们重新回到本源的物理问题上身临其境地去思考、去解决物理问题。如第一问中，利用学生在语文中学习过且比较熟悉的“以子之矛，攻子之盾”的典型归谬法来给出脚手架，引导学生理解甚至自己能想到伽利略的逻辑推理方法。而在第二问中，则让学生带入“伽利略”的身份，学生会去思考那个年代研究自由落体运动的困境以及解决困境的办法，而这个过程则可以对即将到来的新课提供一个知识的“生长点”：如何解决方法和技术上的问题？以什么为研究工具？第三问则具有较大的灵活性，让学生回到“现实中”取材，那么学生又需要解决什么样的问题呢？该问题的设置有助于学生“亲自”体会和“亲自”思考，而不是等到课堂上将准备好的方法、知识、理念等“灌输”给学生。从呈现形式来看，属于问题式先行组织者。

4    教学实践研究

4.1    实践研究

笔者委托在AH省WH市HW中学的赵老师进行了对照班（44人）和实验班（45人）的预习实践研究。在进行实验之前对两个班级进行了独立样本t检验，检验结果显示两个班级的成绩不存在明显差异。对于实验班的学生，在正式上课之前将提前准备好的基于先行组织者的预习设计发下去，让学生完成并收上来检查。对于对照班的学生，在正式上课之前口头要求预习。完成第一节新课教学之后，给两个班级的学生发放一份相同的与当堂所学内容有关的测试卷，在学生完成后收上来进行成绩统计。

4.2    实验班与对照班的成绩分析

实验一共进行了三次，课题分别是物理教材必修一第二章第五节的自由落体运动（预习设计如前文所示）、第四章第一节的牛顿第一定律和第五节的牛顿第三定律。通过三次实验，将每次的平均分对比绘图，如图2所示。

从实验班和对照班的平均分来看，三次教学实验，实验班的测试成绩均高于对照班的测试成绩，说明在课前进行物理预习一定程度上是有利于提高学生的课堂效率的。笔者运用SPSS软件对三次实验成绩分别进行独立样本t检验，后面两次实验的检验结果是显著的，即進行过基于先行组织者预习的班级成绩体现了较好的优越性[10]。而第一次的实验成绩则是，尽管实验班的平均分高于对照班，但成绩差异并不显著，这也说明了实际教学效果成因的复杂性，若要探明其中的原因还需要进一步的研究。但整体来说，三次实验的平均分都显示了先行组织者理论下的物理预习设计的有效性。

5    思考与建议

对于高中物理学习是否需要预习这个问题，一直以来都存在不同的声音。一些教师认为预习有助于学生提前了解重点和疑难点，可以提高学生课堂的听课效率，提高教师的教学效率。而又有一部分教师认为，预习扰乱了教师精心安排的引入环节，破坏了一些在课堂上引起学生思考的环节，同时低品质的预习给学生一种错觉，觉得自己已经会了，对于教师的讲解不以正确的态度学习，因此他们认为低效率的预习反而不利于学生在物理课堂上的学习。

本文提供了一种模式——基于先行组织者式的预习，不会直接让学生预习蕴含丰富奥秘的课上物理知识，以免干扰教师课堂上的教学环节，但又充当了通往新知识的桥梁，使学生或思考、或质疑、或探索，同时又为新的课堂做预备。

本次教学实践结论的不足之处在于教学实验的次数不够多，没有得到长期实践的有效支持，如果想要严格验证先行组织者理论下的预习设计的优越性还需要对教学班级进行长期的跟踪实践。对于先行组织者作为高中阶段物理预习材料的研究，笔者期待日后有更多的学者和教师能从不同维度对先行组织者作为预习引导性材料作进一步的研究，比如按学生能力进行分层研究、按不同的物理课型展开研究等，相信这样的教学研究和教学创新能真正提高课堂教学效果，最终更有效地培养学生的物理问题解决能力。

参考文献：

[1]David P. Ausubel. The use of advance organizers in the learning and retention of meaningful verbal material[J]. Journal of Educational Psychology， 1960， 51（5）： 267–272.

[2]杨广军.先行组织者的设计方法：美国典型高中物理教材分析[J].当代教育论坛（学科教育研究），2007（05）：96-98.

[3]A. O. Akinbobola. Enhancing Nigerian Physics Students' Attitude through the Use of Pictorial， Written and Verbal Advance Organizers[J]. Advances in Physics Theories and Applications， 2015（40）： 35-42.

[4]陈昌岑.教学理论和实践的创新——奥苏贝尔“先行组织者”学说评介[J].外国教育动态，1985（05）：51-56.

[5]廉宝瑞.你会运用“先行组织者”吗？[J].物理教师，1988，9（12）：29-31.

[6]Bruce. R. Joyce and M. Weil. Models of Teaching[M].  Englewood Cliffs， N.J.： Prentice Hall， 1972.

[7]黄文俊.“先行组织者”教学策略下的高中物理教学案例研究[J].物理教师，2016，37（04）：13-17.

[8]邬云德.初中数学“先行组织者”及其设计方法[J].数学教学研究，2012，31（07）：13-17.

[9]郭桂周，于海波.“牛顿第一定律”物理学史辨——兼论宗教对近代科学起源的推动作用[J].物理教师，2012，33（11）：53-54.

[10]周黛竹.基于先行组织者理论的高一物理预习研究[D]. 上海：上海师范大学硕士学位论文， 2020.

（编辑    赵保钢）