促进物理观念养成的教学设计新范式

摘 要：物理观念的养成是落实核心素养的基础与核心，结合形成物理观念养成的常见架构，创生新范式.以“功是能量转化的量度”为例，通过“三向迁移”，对具体案例进行条分缕析，体现新范式的真正价值.

关键词：物理观念;教学设计;新范式

中图分类号：G633.7 文献标识码：B 文章编号：1008-4134（2021）02-0045-03

作者简介：王雄（1977-），男，浙江嘉兴人，本科，中学高级教师，研究方向：物理学科理性思维培养.

“物理观念”是物理学科核心素养的要素之一，是关于物质、运动与相互作用、能量的基本认识;是物理概念和规律在头脑中的提炼与升华;是从物理学视角解释自然现象和解决实际问题的基础[1].但由于缺乏对物理观念的深入思考，使得物理观念教育常常处于较“虚”的状态.那么，如何通过范式这座“桥梁”，让观念教育之“虚”与课堂知识教育之“实”有机结合在一起呢？

1 促进物理观念养成的新范式

浙江师范大学蔡铁权教授及其团队通过研究，建构了物理观念养成的一般架构[2]（如图1所示）.

这一架构可为教学设计提供基本参考，但在复杂的教学中，学生的特点、教师的风格以及教学的内容都不同，需要寻求更具有统一性的范式.为此，通过对以上架构进行梳理与整合，形成促进物理观念养成的教学设计新范式（如图2所示），主要包括图2中三个阶段.

图2中知识情境阶段是对图1中事实经验、应用实践、迁移创新三环节的整合，突出观念养成的主要载体;概念层级阶段包括了图1中概念规律、核心概念两环节，突出观念养成的主要途径;观念养成即为图1中的物理观念，更加突出观念养成的过程性.

1.1 阶段1：知识情境

知识情境是物理概念与观念形成的载体.这里的知识情境可以是一个主情境，也可以是多种情境.其作用主要包括两方面.第一，教学设计起点：教师要精心设计情境，通过情境初步链接学生生活经验与科学知识，并结合情境去发现问题、形成问题.第二，教学设计的终点：在相关的物理观念养成后，教师将重点创设真实复杂的情境，让学生将相关物理观念应用到实际的问题解决中，通过迁移创新等过程让物理观念得到进一步提升.

1.2 阶段2：概念层级

物理教学研究重视概念学习，在这一阶段的概念层级包括一条主线：从小概念（前概念、 迷思概念）到大概念（核心概念）的过程.体现概念从小到大，从外围到核心的层次性.同时也可以是一个逆向过程.

1.3 阶段3：观念养成

追求统一性是物理学发展的内在动力，体现了物理学科的本质特征.在这一阶段的观念养成主要包括两个动作：提炼与升华.在掌握概念（规律）以后，先整合成核心概念，再扩大概念的广度与深度，通过提炼与升华，建构成相对完整的、对物理世界统一的认知，即养成物理观念.

在这个新范式中，通过三个阶段的串联，有效体现了物理观念养成各阶段的一般线性关系.但在真实的教学中，我们还要根据教与学的实际，进行深度运用.

2 促进物理观念养成的范式示例

在教学中总认为“物理观念”很大很抽象，仅通过一节课不可能完全掌握.而事实上，我们可以把一节课的“物理观念”理解成：通过一节课的物理概念、规律的学习，使学生对相关问题获得自我认识，这种认识可以是很小很具体的事实陈述[3].有了这样的认知，在一节课中物理观念养成就成为可能.为此，我们选择了初中物理“功是能量转化的量度”作为案例进行分析，运用教学设计新范式进行示例，形成“三向迁移”的实践方式.

2.1 方式1：正向迁移

结合图2，新范式促进物理观念养成的基本思路是：在情境中形成问题;在归纳辨析中形成概念（规律）;在不断的概念正向迁移中形成核心概念;最后在回归实践情境中落实观念养成.

案例1：

在“功是能量转化的量度”这节课的教学设计中，我们进行了以下设计：

（1）知识情境：叉车把货物从地面抬升到一定高度;举重运动员举起杠铃;人推小车在水平路面上通过一段路程等.（2）概念层级：从做功与能量转化两个角度对情境进行分析，通过不断的正向迁移，先得出做功与能量转化两个小概念，进而通过定量计算形成“功是能量转化的量度”这一大概念.（3）观念养成：通过查阅资料学习焦耳对功与能量转化的研究科学史，新情境的迁移與创新，升华到能量观念.其核心环节如图3所示.

正向迁移的理论支持：皮亚杰认为人（儿童）其认知发展要经过四个时期： 感知运动阶段、前运算阶段、具体运算阶段、形式运算阶段[4]，其主要认知特点是从具体到抽象，从简单到复杂，从感性到理性，从思维不可逆性到可逆性.而新范式中的正向迁移方式很符合学生的认知规律.

正向迁移的操作核心：学生物理观念难以形成的原因之一是学生没有相对应的经验基础，或相关的情境是零散的、断裂的.因此，其操作核心是要精心创设知识情景，串联相关情境，为学生学习提供肥沃“土壤”，让概念之间、概念与观念之间能顺利形成正迁移，以促进观念的养成.

2.2 方式2：反向迁移

反向迁移是相对于正向迁移而言的，是指通过已有的生活经验，对物理观念已形成初步的理解;然后运用这一物理观念不断地进行概念反向迁移，形成概念的分解;再回到复杂的问题情境中，分析解决物理问题，在应用的过程中深化对物理观念的认识.

案例2：结合基于反向迁移的物理观念养成，在设计“功是能量转化的量度”这一节时，我们也可以先通过列举生活中多样形式的能量，让学生初步建立能量观念.之后通过具体范例辨析，判断能量转化的多少与快慢，通过树型图把“能量观念”的性质一层层反向迁移（如图4所示）.完成功、功率等概念之间的区别与联系，最后回归到多样的具体情境进行运用.反向迁移过程直观高效，学生学习效果好.