基于经验学习的初中物理概念教学策略

[摘 要]经验学习圈理论强调从具体经验出发，经过反思性观察和抽象概念化形成科学概念，并在积极实践中运用概念解决问题，这与科学概念建构流程及物理学科教学理念高度契合。采用“问题引领，彰显教学逻辑”“实验设计，关注科学方法”“结论推演，引入数学工具”等教学策略，可以有效优化初中物理概念教学。

[关键词]经验学习;概念教学;初中物理

[中图分类号]    G633.7        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2022）14-0031-04

物理概念和规律无疑是物理教学中最基本的内容，让学生理解掌握这些概念和规律则是物理教学中重要的显性教学任务，概念的建构更是物理教学的基础和关键。物理概念的自主建构作为教学理念虽已为广大一线教师认同，但初中物理概念教学现状却不容乐观。对于密度、比热容、压强和浮力等较为抽象、复杂的概念的教学，依然存在着引入突兀、内涵不清、方法不明、运用不活等问题。基于经验学习的物理概念教学策略，重点优化从直接经验到科学概念的思维过渡，立足直接经验的起点，着力学生科学思维的培养，值得物理一线教师深入研究和学习。

一、初中物理概念教学存在的问题

从科学概念建构的一般流程和基本策略来看，物理概念教学应重点解决四大问题：一是“为什么？”，即明白建立概念的目的，解决学生的学习需求问题;二是“是什么？”，即知道概念的本质属性，明确其内涵特征;三是“怎么做？”，即知道如何定义概念，把握其中的科学方法和科学思想;四是“怎么用？”，即概念的运用，重点是知道在实际情境中如何灵活运用所习得的概念解决相关问题。以此对照当前初中物理概念教学现状，发现存在以下问题。

（一）概念空降式引入，意義不清

许多时候，教师引入的概念比较简单，学生不清楚为什么要引入这个概念，没有形成强烈的学习需求，教学效果自然不佳。例如，在密度的教学中，教师常常从鉴别物质引入，然后就让学生去探究物体的质量和体积之间有什么关系。这似乎是一种由终至始的设计思路。作为已经掌握密度概念的教师，当然知道可用密度鉴别物质种类，同种物质的物体其质量与体积的比值是相同的。但对学生而言，为什么要测这些物体的质量和体积，而且还要求其比值，他们并不清楚，这主要是因为对概念的意义不清楚。他们被动执行实验方案，缺少学习需求，而教师的教学逻辑性也不强。

（二）内涵直白式告知，本质不详

同样在密度的教学中，当教师通过实验数据分析，发现“同种物质的物体的质量与体积的比值相同，而不同物质的物体的质量与体积的比值则不同”时，常常就此告知学生：这个比值就反映了物质的某种性质，我们用密度来表示。学生对于密度究竟反映了物质的何种属性仍然不甚明了，对于密度反映了物质的疏密程度（致密度）这一概念本质未能真正揭示，自然无法理解和掌握密度概念。

（三）定义公式化呈现，方法不明

物理概念的定义方法往往蕴含着科学方法和科学思想，而教学中教师常常简单地出示公式完成教学。例如，密度的定义就采用了典型的比值定义法，这是初中物理概念的一种常见定义方法。学生对比值定义法的理解常常停留在公式中比值的形式上，对于比值形式背后是“科学比较必须统一标准”的物理意义并不明确。比值定义法和控制变量法的本质都是科学比较，而科学比较的前提就是统一标准，比值定义法是在定义概念时用数学比值的方法实现了定量的标准统一（统一到：单位体积、单位质量、单位时间等）;而控制变量法则是在探究物理量的关系时实现定性的标准统一（统一到：相同体积、相同质量、相同时间等）。对概念教学中出现的定义公式，要尽量明确相应科学方法的意义。

（四）应用习题化重复，运用不活

应用概念是概念建构的重要环节，但在我们的概念教学的应用环节中，概念应用常常固化和简单化为重复性的习题教学，从例题到习题，从简单到复杂，就是缺少应用概念解决真实问题的有效训练。这导致学生解决物理化问题优于解决实际问题，更换复杂的实际情境后，往往不知所措，习得的知识性经验未能内化上升为问题解决的策略性经验，不会灵活应用所学概念解决实际问题，于是多数学生往往又重新回到仅凭直觉和生活经验做出简单判断的情况，出现了经验运用的退化现象，说明学生并未真正完成科学概念的自主建构。

二、经验学习理论引入物理教学的可行性

（一）经验学习与经验学习圈理论

经验学习始于19世纪末杜威、勒温和皮亚杰等人对“经验”在学习中重要作用的研究，逐步发展到“基于经验的学习”，直至“经验学习”的提出（如图1）。其中哈佛大学教授大卫·库伯提出了著名的“经验学习圈”模型，他认为任何学习都应遵循由四个阶段构成的经验学习圈（如图2），包括“具体经验”“反思性观察”“抽象概念化”“积极实践”，并在不断循环中实现螺旋上升。美国于1973年成立了“美国国家经验教育学会”，迄今已举办36届国际年会，出版了《经验教育》期刊。经验学习理论积淀百年，对世界教育影响很大，被广泛应用于医护培训等成人实训教育中，但是目前在基础教育领域中应用甚少，相关研究也多局限于对库伯经验学习圈理论的学习解读和理论研究，在初中物理教学中的应用基本为空白。

（二）经验学习圈理论与初中物理教学高度契合

经验学习圈理论强调从具体经验出发，经过“反思性观察”和“抽象概念化”形成科学概念，进而在“积极实践”中应用所学概念解决问题，这与科学概念建构的一般流程和四个教学环节不谋而合，更与初中物理倡导的“从生活走向物理，从物理走向社会”的课程理念如出一辙，高度契合。初中物理教学的学科特点和初中生身心发展特点决定了初中物理教学必然是以创设生动有趣的具体情境，使学生获得丰富的感性认识和直接经验为起点，在此基础上以问题引领思维的发展，在手脑并用的科学探究活动中实现概念的自主建构和规律的自主发现，最后在学以致用的实践应用中巩固和深化对概念、规律的理解，培养解决问题的能力，全面提升科学素养。

因此，将经验学习引入初中物理教学有充分的理论依据与合理预期，可期望以此优化教与学方式，实现从经验到概念的螺旋上升，优化课程实施，形成新的教学策略和教学样态。

三、基于经验学习的初中物理概念教学策略

经验学习圈理论与初中物理概念教学的基本理念都强调“从直接经验到科学概念”的学习路径。但在创设情境获得直接经验后，如何从直观化、表象化、碎片化的直接经验上升到理性的科学概念，实现由感性认识到理性认识的飞跃，经验学习圈理论却未有明确说明。基于此，笔者在初中物理教学实践中总结出以下三种基于经验学习的教学策略。

（一）从表象性经验感知走向整体性科学认知，彰显教学逻辑

在浮力概念的教学中，教师通过创设情境唤醒学生对浮力的原有经验（学生对水中物体受到浮力有丰富的生活经验），但这种经验往往是表象性的感性认知，需要进一步在思辨性的问题讨论与事实验证中厘清概念的内涵与外延，逐步形成对浮力概念的整体理性认知，从而上升到理性的科学概念。这里，基于“三问三探”（疑问，一探究竟;反问，再探求证;追问，三探求真。）的问题教学法能彰显教学逻辑，促进学生的思维走向深入，不失为从经验到概念的有效教学策略。

以浮力概念教学为例，基于学生知道水中的乒乓球因为受到浮力而上浮，这一事实为经验起点，教师可以通过“疑问、反问和追问”展开后续的概念教学。

师（疑问）：水中的乒乓球因为受到浮力，所以上浮，那么在水中下沉的石块是否受到浮力？

（大部分學生认为也受到浮力，但也有不同意见。）

师（反问）：如果说下沉的石块也受到浮力，那么如何用弹簧测力计设计实验来验证呢？

（学生小组讨论，自主设计实验，总结形成称重法测浮力的结论。）

师（追问）：浸没的物体受到浮力，那么部分浸没的物体是否受到浮力？如何用实验事实来验证你的观点？你觉得浮力的大小和什么有关？

分析：在教师疑问、反问的引领下，学生自主设计了用称重法测浮力的实验，测出了水中物体受到的浮力，教师进一步追问：仅部分浸没的物体是否受到浮力？学生自然想到仍然用称重法测浮力的实验予以证实，而在验证实验的过程中就很自然地发现部分浸没的物体所受浮力比完全浸没时小，思维活动又自然聚焦到浮力的大小和哪些因素有关的探究。“三问三探”彰显问题逻辑，引领实验探究，使概念教学承上启下，自然顺畅。

（二）从模糊的经验描述走向严谨的科学探索，引入科学方法

在压强概念的教学中，教师可以先设计一个趣味体验活动——“纸杯轻功表演”，让学生上讲台来表演“轻功”（站在一次性纸杯上却不把纸杯压扁）。教师先让学生猜测哪位同学表演成功的概率会比较高，学生自然推选体重较轻的女同学，在通过增加脚下纸杯的数量最终获得成功后，教师又让班内最重的男同学上讲台来，让大家想办法让他也表演成功。通过这样的趣味活动，丰富了学生的直接经验，学生从一次性纸杯被压扁的事实中获得了压力作用效果的直接感知，对于影响压力作用效果的因素也在事实经验的支持下有了初步的猜想，为后续压强的概念教学打下了坚实的基础。但此时学生对压强的概念仍是一种模糊的经验感知和经验描述，在随后的实验设计、验证猜想环节中，教师必须重视科学方法的引入，随后的实验教学重点不在实验操作，教师要充分利用前面的趣味实验活动激活学生思维的教学功能，充分发挥学生的主动性，让学生自主设计实验方案，小组展示实验设计，自主评价实验设计，自主提炼出控制变量法，真正把握科学方法的内涵，厘清为什么要控制变量，控制什么变量，观察什么变量，获得什么结论，从模糊的经验科学走向严谨的科学实验。科学方法与科学思想是物理学科的核心素养，是物理学科的精华，其教学至关重要。

（三）从定性的经验分析走向定量的数学推演，运用数学工具

在基于经验学习的密度概念教学中，教师可将学生的生活经验作为学习起点，从比较物体的轻重入手，问学生：铁和木头谁重？石头和棉花谁重？学生基于生活经验自然回答：铁比木头重，石头比棉花重。教师出示一根小铁钉和一个大木块，再问：这根铁钉和这个木块，谁重？很明显是木块比铁钉重。由此引发思维冲突，引出问题。

问题1：我们平时所说的铁比木头重、石头比棉花重指的是什么？

分析：学生认真思考后开始意识到这里有物体和物质的区别，平时所说的铁比木头重指的是两种物质的区别。

问题2：那么在什么条件下，铁肯定比木头重，石头肯定比棉花重？需要加什么条件？

分析：引出科学比较必须统一标准的问题，学生根据经验可以回答“体积相等时”。

问题3：要统一体积相等并不一定要把铁和木头加工至体积相等，可以采用数学上的统一方法，即用比值的方法，用质量除以体积。（引导学生测量铁钉和木块的质量与体积，并求其比值。）

分析：测量并计算后发现铁钉的质量体积比值大于木块的质量体积比值，此结论与学生原有生活经验相符，“铁比木头重”得到了事实支持。进一步分析：该比值反映了什么呢？小铁块质量小，为什么比值却比大木块大？如果换成大铁块和小木块呢，该比值大小如何？我们需要对多种物质，用更多物体来进行实验，寻找更多事实证据（多次测量，求更多物质组成物体的质量体积比值）…… 随后发现只要是同种物质，该比值相等，不同物质一般不等。质量和体积的比值反映了物质的某种性质，疏密程度。

在上述教学流程中（如图3），教学从学生原有的朴素经验入手，以“铁比木头重”的生活经验为起点，通过揭示生活经验的不严谨、不科学，进而引出科学比较需要统一标准，由此引入数学工具：比值定义法。这样的教学既遵循了学生的认知规律，又找准了学生学习的经验起点，更重视了数学工具（比值法、比值定义法）的重要作用。学习路径关注了“任务、经验、方法和应用”四大关键，落实了科学概念教学中“学习需求，概念内涵，定义方法，实践应用”四个环节，取得了较好的教学效果。

基于经验学习的初中物理概念教学以学生经验为起点，以活动任务为引领;以思维冲突激活学习需求;以实践探究丰富内涵理解;以科学方法规范概念定义;以实践运用深化概念理解，获得了较好的教学效果。

[   参   考   文   献   ]

[1]  盛建国.基于原型与经验的物理深度学习策略[J].物理教学，2019（8）：44-46，68.

[2]  朱春凤，黄建林.借助模型建构发展学生创新思维：以探究液体压强为例[J].物理教学，2018 （12）：52-53，58.

[3]  段玉文.基于原型启发的物理概念教学策略初探[J].物理教师，2017（5）：13-16.

（责任编辑 易志毅）