学习进阶理论下高三物理二轮复习教学框架构建与应用

2022-11-17董友军朱建山

教师教育论坛 2022年8期

◎董友军朱建山王磊

一、引言

对于高三物理教学，学校一般会安排两次循环复习教学：第一次循环复习教学会根据教材目录顺序进行，旨在帮助学生理解和巩固知识点，建立知识线状结构，这常称为“一轮复习”；第二次循环复习教学会根据高考命题导向进行，旨在帮助学生建立知识块之间的联系，构建知识网状结构，这常称为“二轮复习”。在实际中，很多高三物理教师对二轮复习教学缺乏深入理解和具体规划，主要体现在以下三点：第一，将二轮复习教学“一轮化”。一些物理教师开展二轮复习教学如同开展一轮复习教学，多注重知识教学的全覆盖，而少注重知识之间的联系，从而造成二轮复习教学效果不佳，学生解题能力没有得到实质提升。第二，将二轮复习教学“题海化”。在二轮复习教学阶段，部分物理教师没有系统研究高考命题方向，过于注重收集模拟试题让学生练习，这样的教学的本质就是题海战术，虽消耗了学生大量时间，但却降低了学生学习效率。第三，二轮复习教学“被动化”。在开展二轮复习教学时，一些物理教师没有充分调动学生分析高考试题、总结解题思路的积极性，师生之间缺少思想交流、观点碰撞，从而造成学生对知识的学习迁移应用不足。

基于以上高三物理二轮复习教学中存在的问题，本文以学习进阶理论为指导，尝试构建高三物理二轮复习教学框架，并以“带电粒子在电场中的运动”为例，引导高三物理教师对二轮复习框架进行应用，从而提高教师复习教学效率，提升学生解决问题能力，实现对学生核心素养的培育。

二、学习进阶理论概述

“学习进阶”目前受到国际教育科学的广泛关注，该理论被誉为提升学生学习效率的灵丹妙药。[1]关于学习进阶的内涵，目前比较权威的定义是由美国教育委员会提出，即指“对孩子们在一个较大的时间跨度内学习和研究某一主题时所遵循的连贯的、逐渐深入的思维路径的描述”[2]。我国一些学者持有相类似的观点，如刘恩山教授把它定义为“对学生在各学段学习同一主题概念时所遵循的连贯的、典型的学习路径的描述”[3]。

学习进阶的要素包括进阶起点、进阶水平、进阶终点、进阶变量和测评工具(如图1)。进阶起点指学生现实情况，包括学生已有知识、思维能力、前概念等。进阶水平指学生预期学习表现，是进阶起点通向进阶终点的台阶。进阶终点指教学目标，当前主要是指发展学生物理学科核心素养。进阶变量指核心概念和关键能力。测评工具是针对进阶教学的评价试卷。进阶起点、进阶水平和进阶终点共同组成了教学通路，并受进阶变量、测评工具的影响，这样就使每一节独立的课都与学科核心概念实现了整合，从而让每一节课都能发展学生的核心素养。

图1 学习进阶的要素及相互关系

图2 发展层级图示

针对学习进阶，郭玉英等人提出学生认知发展具有五个层级[4]：(1) 经验，即学生具有尚未关联的零散事实；(2)映射，即学生建立事实与术语之间关系；(3)关联，即学生建立术语与多个事实关系；(4)系统，即学生从系统角度协调变量关系；(5)整合，即学生有学科观念与跨学科概念。从以上五个层级看出，学生的认知发展经历从零散到系统、从具体到抽象、从简单到复杂的过程。为了便于教师理解与应用，笔者把发展层级转化为图示(如图2)：经验对应两个零散点，映射对应一个零散点连接一个零散点，关联对应一个零散点连接多个零散点，系统对应一个平面，整合对应一个立体。

用学习进阶理论指导高三物理二轮复习教学，符合学生学习路径的特点，不仅有助于教师将零散知识进行整合，还可以增强学生知识迁移能力，帮助学生形成物理观念，发展科学思维，增强学生解决问题的能力。

三、高三物理二轮复习教学框架构建

教师整合物理知识，引导学生主动学习，体现教师教学的价值，笔者把这样的教学活动称为“教师价值区”。学生理顺物理知识相关逻辑，应用物理知识解决实际问题，实现思维发展，笔者把这样的教学活动称为“学生发展区”。“教师价值区”与“学生发展区”相互融合，共同形成高三物理二轮复习教学框架。

“教师价值区”包括教师的五个活动：研究高考、创设情境、建构网络、提炼模型和精选习题。研究高考指教师需要研究《普通高中物理课程标准》《中国高考评价体系》《中国高考评价体系说明》以及高中物理教科书、近三年高考物理试卷。创设情境是指教师需要把二轮复习教学与实际生活情境联系起来，让学生从生活情境中发现问题，并用物理知识解决问题，从而激发学生思考，培养学习兴趣。建构网络是指教师建构二轮复习教学物理知识网络，让学生明白二轮复习教学内容在整个物理知识体系中的位置，了解其他物理知识与二轮复习教学内容之间的联系。提炼模型是指提炼出物理模型或典型案例，教师可以把二轮复习教学内容融入这些模型或案例中，通过对模型或案例的讲解，不仅能让学生理解物理知识，还能让学生掌握解题方法。精选习题是指教师根据自己对高考的研究，精心挑选高考真题或符合高考物理试题特征的习题让学生训练，培养学生的解题能力。

“学生发展区”包括学生的五个活动：画出导图、定性分析、定量解答、总结思路和评价真题。画出导图是指学生借助思维导图画出二轮复习教学内容与其他相关物理知识之间的联系，理顺物理知识之间的逻辑结构，明确物理知识之间的直接和间接关系。定性分析是指学生用物理知识对教师创设的生活情境进行定性分析，了解各个物理量之间的联系，分析物理量的变化情况。定量解答是指学生应用物理知识对教师提炼的物理典型案例或提供的习题进行定量解答。总结思路是指学生解答完成教师精选的习题后，总结出解答物理习题的一般解题思路，培养学生知识迁移能力。评价真题是指学生主动去分析高考试题特征，对高考试题做出自己的评价，这有利于学生把握高考命题方向和高考试题特征，实现从被动学习变为主动学习。

四、高三物理二轮复习教学框架应用

分析发现，学习进阶的五个层级与“学生发展区”的五个活动具有一一对应关系：二轮复习教学以一轮复习教学的物理基础知识为教学起点，根据教师创设的生活情境，学生应用一轮复习教学物理基础知识进行定性分析对应“经验”层级；要求学生画出二轮复习教学物理知识思维导图，建构知识网络，对应“映射”层级；根据教师提炼的物理模型，学生用一轮复习的物理基础知识进行定量分析，对应“关联”层级；学生完成教师精选的习题后，对习题进行比较分析，总结出解决此类问题的一般解题思路，对应“系统”层级；在解答完成教师精选的习题后，站在高考命题者的视角，对高考真题进行评价，把握高考命题方向，掌握高考试题特征，对应“整合”层级。基于学习进阶理论的发展层级，并结合上述的高三物理二轮复习教学框架，笔者构建了高三物理二轮复习教学实践路径(如图3)。下文将根据该教学实践路径，以“带电粒子在电场中的运动”为例，具体阐述如何运用高三物理二轮复习教学框架。

图3 高三物理二轮复习教学实践路径

1.经验层级：创设问题情境，促使定性分析

师生活动：教师创设情境问题——“在光滑的水平面上，有一个带正电粒子M(电量为q，质量为m)静止在A点，请问加怎样的电场，才可以使M运动到B点？”学生回答：“先把A、B点连成一条直线，再在AB直线A点的左侧加入带正电的点电荷，则M从A点沿直线AB做变加速直线运动，可以使M运动到B点”。“先把A、B点连成一条直线，再加平行直线AB、方向由A指向B的匀强电场，则M从A点沿直线AB做匀加速直线运动，可以使M运动到B点”。“先过A点画一条水平直线，过B点画这条水平直线的垂线，这两条直线的交点为C点，再加平行直线AC，方向由A指向C的匀强电场，即M由A点沿AC做匀加速直线运动，当M运动到A、C点之间的D点时，撤去原匀强电场，立即加平行直线BC、方向由C指向B的匀强电场，即M由D点做类平抛运动，可以使M运动到B点”。“先过A点画一条水平直线，过B点画这条水平直线的垂线，这两条直线的交点为C点，再加平行直线AC、方向由A指向C的匀强电场，即M由A点沿AC做匀加速直线运动，当M运动到C点时，撤去原匀强电场，立即在线段BC的中点E加带负电粒子，则M从C点开始做匀速圆周运动，可以使M运动到B点。”

设计意图：教师创设情境问题，可以促使学生定性分析带电粒子、电场、运动之间的关系，既可以了解学生对基础知识的掌握程度，又可以了解学生应用基础知识的能力，还可以培养学生的发散思维。同时，把物理问题融入生活情境，可以让抽象的物理问题具体化、生活化，既培养学生学习物理的兴趣，又培养了学生解决实际问题的能力，进一步发展了学生物质观念、运动与相互作用观念等物理观念。

2.映射层级：建构知识网络，理顺逻辑关系

师生活动：教师提前一天布置作业，“请同学们画出带电粒子、电场、运动之间的逻辑关系思维导图”。上课前，教师检查学生各自完成情况，并对完成比较好的学生进行点评鼓励。上课时，教师一边展示带电粒子、电场、运动之间的逻辑关系网络图，一边向学生解读各个知识之间的逻辑关系：带电粒子有电荷q，电荷q周围存在电场E和电势φ；带电粒子在电场中受到电场力F作用，电场力F让带电粒子产生加速度a，经过一段时间使带电粒子有速度v、发生位移x；带电粒子因电势而具有电势能EP；电势差uAB把电场E与电势φ联系起来；电场力通过做功WAB把位移x、速度v、电势差uAB、电势能EP联系起来。在教学时，教师应提醒学生把自己画的思维导图与教师画的知识网络图进行比较，并提出自己的疑问或建议，促进学生进一步思考，实现思维发展。

设计意图：学生先自己画出思维导图，再与教师建构的知识网络进行对照，促使学生与教师进行交流和思想碰撞，帮助学生认识自己所建知识结构的不足，并理顺知识之间的逻辑关系，这有利于学生知识迁移，加深知识理解，提升学生解题能力，从而培养学生科学推理、科学论证等科学思维。

3.关联层级：提炼物理模型，强化知识迁移

师生活动：教师展示带电粒子在电场中的加速模型、偏转模型，并要求学生先画出带电粒子运动轨迹，然后写出每段运动轨迹满足的物理规律。

模型1——带电粒子在电场中加速

例1.如图4所示，已知带电粒子质量m、电量q、初速度v0和两极板间电压u、距离d，求带电粒子末速度v。

例2.如图5所示，已知带电粒子质量m、电量q、初速度v0和两极板间电压u，内极板半径为r、外极板半径为R，求带电粒子末速度v。

图4 匀加速模型

图5 变加速模型

图6 偏转模型

模型2——带电粒子在电场中偏转

例3.如图6所示，已知带电粒子质量m、电量q、初速度v0和两极板间电压u、距离d、板长L，求带电粒子末速度v。

设计意图：教师引导学生建构带电粒子在电场中运动的物理模型，可以提高学生解题能力。同时，教师应要求学生养成“先轨迹，后规律”的解题习惯，即先画出运动轨迹，后写出轨迹对应的物理规律，并引导学生总结出物理计算题的三种解题思考方向：(1)功能方向，即应用功能关系、动能定理、机械能守恒定律、能量守恒定理、摩擦生热等，写出物理方程；(2)动量方向，即应用动量定理、动量守恒定律，写出物理方程；(3)运动方向，即应用匀变速直线运动、类平抛运动、匀速圆周运动、运动分解与合成规律，写出物理方程。以上教学过程既可以培养学生模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等科学思维，又可以让学生获得物理问题解决思路，养成良好的解题习惯，从而促进知识迁移，提升解题能力。

4.系统层级：解答高考真题，总结解题思路

师生活动：教师精心挑选三个高考真题，分别是2021年全国卷第12题、2021年河北卷第14题和2021年广东卷第14题。为了突出复习重点，保留与带电粒子在电场中运动相关问题让学习练。

学生做完三个高考真题，教师引导学生对解答过程进行回顾，总结出解答高考真题的一般思路：(1)认真审题，画出运动轨迹，把已知量、求解量、隐含量标注在轨迹上；(2)确定研究对象，对研究对象在所有运动轨迹上进行受力分析；(3)针对不同轨迹，从功能关系、动量关系、运动关系写出物理方程；(4)代入数据，算出结果；(5)回顾解答过程，对结果进行检验。

设计意图：从2021年开始，广东省物理高考实行自主命题，所以教师无法对广东省高考真题进行纵向比较，只能对2021年高考真题进行横向比较，从而挑选了河北卷和全国卷相关真题，并按照从易到难的顺序排列，让学生真切感受高考真题的难易度与特点。教师引导学生总结解答高考试题的一般思路，有利于学生从容面对高考真题，同时还有助于学生形成从物理学视角解决实际问题的观念，以及培养学生用物理模型、物理规律进行科学推理的科学思维和认真严谨、沉着冷静的科学态度。

5.整合层级：评价真题特征，把握命题方向

师生活动：教师引导学生从高考真题的字数、材料、图像、数值、字母、对象、受力、过程、维度、关联、难易等方面去分析高考真题特征(如表1)。学生通过分析总结出广东省高考真题主要特征有：(1)试题情境化，即试题与生活实际联系紧密，且与情境深度融合；(2)思考模型化，即去情境化，学生需要把情境还原为物理模型，根据已经学过的物理模型去思考；(3)解答分段化，即需要把整个运动过程分解为多段，写出满足每一段的物理定律。