从经验到观念：初中物理关键能力培养的实践策略*——以“运动的相对性”为例

王 雷|江苏省南通市跃龙中学

“运动的相对性”是学生形成运动观念的重要课例。在学习该课知识时，学生的固有经验是默认地面为参照物，并以此去对物体的运动和静止形成判断。虽然有时学生也因自己处于动态过程而不自觉地以自己为参照物，比如在高速列车上感觉房屋和树木在向后飞逝而去，但这些只是零碎的经验，学生并不知道其所以然。这正是经验和观念的差异。

常态课堂教学中，“运动的相对性”的教学流程一般是先给出机械运动的定义，再根据定义分析要研究物体的运动需要选取参照物，并强调运动和静止都是相对于参照物而言的结论，最后通过反复训练去解释运动，教师一直是课堂的主导者。这样的课堂抑制了学生的学习主动性，也使学生被动完成观念的转变。显然，这样的教学处理不可能让学生去主动形成物理观念，进而发展关键能力。

一、经验与观念的关系

（一）从经验到观念的理论溯源

从经验到观念不可能一蹴而就，经验需要在实践中通过反复检验和应用，才有可能上升为观念。经验来自于主观对客观的认识；而观念则来自于思想，是主体为达成目的所形成的抽象方法和内容对于结果的表达。

杜威提出：“为了实现教育的目的，不论对学习者个人来说，还是对社会来说，教育都必须以经验为基础——这种经验往往是一些个人的实际的生活经验。”［1］由此可见，初中物理教学应从学生的经验出发，通过创设学习情境或任务驱动，让学生置身于真实情境，以其原始的经验投入到某一任务的完成中。这可以显露学生原始经验中的“前观念”，让学生自主发现从经验出发的“前观念”与新证据间的差异，进而反思原有经验的不足，然后主动去改造经验并形成新的观念。

（二）从经验到观念的模型建构

《义务教育物理课程标准（2022 年版）》（以下简称“《课程标准》”）明确提出物理观念是物理核心素养的重要组成部分，指出物理观念的基本内涵是从物理学视角形成的关于物质、运动与相互作用、能量等的基本认识。根据这个界定，我们可以得出物理观念的范畴是关于物质、运动与相互作用、能量等的基本认识，其性质是物理概念和规律等在头脑中的提炼和升华，进而明确其是主客观结合的产物，其作用是从物理学视角解释自然现象和解决实际问题，其内容主要包括物质观念、运动观念、相互作用观念、能量观念及其应用等要素。显然，物理观念的定义很宏观，这就使物理教师在实际教学中的操作难度相当大。《普通高中物理课程标准（2017 年版2020 年修订）》对物理观念给出了五个水平层次的划分，对于初中生而言，后两个水平层次显然偏高，但在指导初中阶段的教学方面，前三个水平层次具有重要的指导价值。

为此，我们必须回答的问题就是在初中物理的实际教学中如何实现从经验到观念的转变，从而发展学生的关键能力。笔者给出如下模型（详见图1）。

图1 从经验到观念的实现模型

图1中，说、做、用、创都是经验，经验的内核是观念，但观念有时候并不是显性的，也就是说学生虽然不知道这个观念，却能潜意识地使用这个观念，教学的目的之一就是使观念得以形成并生长。因此，学习的起点是通过有效的手段去促使学生将前观念显性化，使其在新知碰撞中改造经验，进而更新观念。说、做、创、用的经验层次不同。“说”是回忆和再现，属于朴素经验；“做”是经验化实践，可获得直接经验；“创”是产生新经验，这是更新观念的基础；“用”是观念再经验化。四者联通，可以实现观念水平的螺旋上升。

二、实施策略：转经验为观念的教学实践

维果茨基指出：教学应着眼于学生的最近发展区，为学生提供带有一定挑战性的任务，调动学生的积极性，发挥其潜能，使其超越最近发展区而达到下一发展阶段的水平，然后在此基础上进行下一个发展区的发展。

在“运动的相对性”的教学中，教师可分阶段设置阶梯性任务，使学生在任务结果表达中呈现原始经验。针对仅凭经验就可以完成的任务，教师要引导学生从不同视角观察物体的运动状态，以此颠覆学生的原有认知，使其反思经验，形成物理观念的生长点，进而在解释应用中超越经验，实现提升和优化物理观念、发展关键能力的教学目标。

（一）任务驱动呈现经验，涵育物理观念

为显现学生的前观念，笔者在该课的教学中首先通过前置任务，调查学生的前观念，目的是呈现经验，为后续教学作准备。

前置任务：观察奔驰的骏马、路边的树、行驶的汽车、黄山飞来石、餐厅的吊灯和正在跑步的运动员这六张图片（图略），分析物体的运动状态。

师：请你判断这六张图片中的研究对象哪些是运动的？哪些是静止的？并说出你的依据。

生1：骏马、汽车和运动员是运动的，因为他（它）们在地面上的位置在改变。

生2：树、吊灯、飞来石是静止的，因为它们在地面上的位置不变。

学生根据已有经验得出的判断是合理的。此时，学生并未建立参照物的概念，默认的参照物是地面。这种判断是前观念的直接体现。

笔者继续设置显现前观念的活动，以任务驱动的方式，引导学生自由思考、大胆想象，并合作完成相关的具体任务。虽然这些任务凭经验和直觉可以完成，但需要经过一定的思考、讨论。由此，学生在思维的相互碰撞中浸润于活动，自主发现并解决问题，在完成任务的过程中，使个人的缄默经验转向显性经验，进而产生观念冲突。

【活动1】用手机拍摄让静物“动”起来的视频。

要求：不得移动研究对象，把一个静物拍出动感。

场景与效果：（1）汽车模型，马路背景——汽车在高速行驶；（2）小黄鸭，海湾旋拍场景——小黄鸭在大海中畅游；（3）孙悟空造型，蓝天白云背景卷帘——孙悟空腾云驾雾。

学生讨论并分小组承接拍摄任务，利用手机投屏向全班展示汇报。

小组1：拍摄了时长为5 秒的推动小汽车运动的视频。（引发全班同学哄笑与摇头）

由此可见，这一组学生并未看懂任务要求，没有按活动要求进行拍摄，这进一步暴露出部分学生“动、静”前观念的顽固性。

受到其他同学的启发，这组学生恍然大悟，要求重新拍摄。

小组1：（再展示）一个同学向左推动马路背景，在运动背景的衬托下，放在桌面上的小汽车真的向右飞驰起来。（终于赢得一阵掌声）

小组2：把小黄鸭放在正在播放的海湾旋拍场景视频前，轻松拍出小黄鸭畅游大海的效果。（引来一片笑声）

小组3：反复上下移动背景卷帘，在动态云彩背景的衬托下，静止在桌面的孙悟空造型就产生了动感。（赢得了惊呼、笑声和掌声）

学生凭经验和直觉拍出了三段视频。在学生的前观念中，运动的物体本来就是运动的，静止的物体本来就是静止的，这是基于以地面为默认参照物形成的经验。但实际从陆、海、空三个视角拍摄出的视频，有效地颠覆了他们的原始认知。研究对象在他们拍摄时是实实在在地静止在桌面上的，但通过反复观看视频，却发现这些研究对象又显然是在运动着。经验与新证据之间产生了明显的冲突，学生原始的运动观遭到了新证据的质疑。由此，学生意识到原有经验的不足，体会到原有经验有待改造。引起认知冲突的重要意义在于唤醒学生的深层反思，进而使学生生发出改造原有经验的主动思考。

（二）颠覆认知反思经验，提炼物理观念

《课程标准》在“运动和相互作用”主题的教学提示中指出，要从学生的已有经验和认知水平出发，设计多种学习活动，重视物理概念的建构过程，促进学生对抽象概念的理解，引导学生在解决问题的过程中提升能力。

上述任务引起的认知冲突使学生认识到原有经验的不足，学生陷入了进一步深究“静止”和“运动”究竟该如何科学界定的深思。在思考及随后的探讨中，学生对新的运动观有了大体的了解，即要科学界定物体是否运动不能只就一个物体而论，而是需要寻找另一个物体作为参照，才能判断物体是否运动。再进一步，学生就可以归纳出机械运动的定义，即机械运动是一个物体相对于另一个物体位置改变的过程，而一个物体相对于另一个物体位置不变称为静止。研究的主体就是研究对象，而用作比对的物体称之为参照物，判断物体是否运动就是比对二者的位置关系。

至此，若说学生已经形成了新的运动观还为时过早，因为此刻他们只是建立了新概念的表层信息。从认知过程角度看，物理观念的形成与物理概念的形成有着必然的联系，都是观察、实验与科学思维相结合的产物，但从概念走向观念，还必须经历概念的实践应用［2］。

【活动2】正确描述运动和静止。

师：我们如何科学描述前置任务所提供图片中物体的运动和静止呢？

生：以地面为参照物，马、汽车、运动员是运动的，树、吊灯、飞来石是静止的。

此时，学生已经能够应用物理要求去正确描述运动和静止，这反映了原始经验在新概念形成后得到了直接的改造，学生能以新的运动观对物体的状态进行准确描述。教师需要继续提出问题，强化学生的认知。

师：小明乘自动扶梯上楼，分析他的运动状态。

生：以自动扶梯为参照物，小明相对于自动扶梯的位置保持不变，是静止的；若以地面为参照物，小明的位置在不断发生改变，他是运动的。

追问：在前置任务所提供的图片中，选择哪个参照物就能判断“行驶的汽车”是静止的？

由于图片中给的是汽车内部中控台的场景，没有其他参照物，学生一时拿不定主意，于是主动开始讨论，很快便有了明确的答案。

生：以驾驶员为参照物，汽车是静止的；反过来，以汽车为参照物，车内人员是静止的。

继续追问：如果说路边的树是运动的，我们又可以选什么为参照物？

生：可以选行驶过来的汽车为参照物，那么树就是运动的。

在反思经验的过程中，学生主动自觉地对经验进行改造，不断刷新运动观。由此，学生初步自主重构运动的内涵，进而得出：原来静止不简单，运动不复杂，关键是参照物，判断物体是否运动的依据是研究对象相对于参照物的位置是否发生改变，即物理中描述的物体运动和静止都是相对于参照物而言的，参照物选取不同，物体的运动状态也不同，这就是运动的相对性。

【活动3】拍摄列车会车的场景。

器材：复兴号与和谐号两种列车模型，手机。

要求：若小明乘坐复兴号列车，看到和谐号列车向东行驶，请先分析再拍摄视频，表达出和谐号列车可能的运动状态。小组充分讨论后汇报。

小组1：若复兴号静止，则和谐号向东行驶。

小组2：若复兴号向东行驶，则和谐号也向东行驶，且速度快于复兴号。

小组3：若复兴号向西行驶，则和谐号的运动状态就比较复杂了，它有三种可能：一是相对于地面静止；二是向东行驶；三是也有可能向西行驶，但速度比复兴号慢。

学生合作对列车模型进行操作，拍出的视频成功地展示了和谐号列车行驶的各种可能性。

上述两次视频拍摄有着质的差异：第一次学生是凭着感觉走，只是原始经验的呈现；第二次则是新观念形成后的主动作为。笔者设计这一活动，目的是让学生在解决复杂问题的过程中，进一步深化知识，使其在理性分析后得出概念的结论与应用，进而实现从概念内化到观念的转变。虽然这段视频是利用模型现场拍摄的，缺少了人亲临列车的真切感，但学生通过合作却创造性地展示出了可能的动态情况，这充分证明了在动手实践的应用中，新观念有效地得以提炼和形成。

在平时的教学中，教师要从认识世界的逻辑起点出发，设计学习活动，引导学生像科学家一样去思考问题，如此才有可能逐步实现把科学家的物理观念转变为学生的物理观念［3］。

（三）应用拓展超越经验，提升物理观念

物理观念是从物理的视角认识事物和解决问题的思想、方法、观点，其形成还需要从价值论、方法论、认知论等多元视角予以澄清，即物理观念应该涵盖物理本体观、物理价值观、物理方法观、物理认知观［4］。因而，要引导学生不断提升物理观念，仅仅从认识事物和解决问题方面入手是不够的，还需要在跨学科领域的知识应用拓展中帮助学生超越经验。超越经验的本质是新习得观念的应用，即从观念走向实践。《课程标准》给出了物理观念的两个要素：观念形成及观念应用。观念应用，就是要从物理学的视角去观察、表达这个世界，用物理学的观念、方法去解读、改造这个世界，它是对观念形成的升华。在观念应用的实践中，学生的关键能力得以不断发展。

【活动4】了解运动相对性在科技和生活领域中的应用及其危害。

应用1：观看中国战机空中加油的短视频，分析高速飞行的加油机如何给受油机加油。

学生通过上述学习已经建立了运动观念，对这一现象已然明确，即只有同向同速飞行才能实现，也就是加油机和受油机要保持相对静止。

应用2：了解中国激波风洞。

这是运动相对性的重要应用，在运动观念未形成之前学生是无法理解的。同时这也是当前世界上最大的风洞。在课堂教学中渗透中国科技的最新进展，可激发学生热爱祖国的情感。

应用3：欣赏亚运会中国女队接力赛夺冠最后一棒的短视频。

这一段视频很接地气，让知识走向生活，能让学生明白物理就在身边。长期进行这样的设计，学生就能逐渐养成主动将知识与日常生活相结合的习惯。

当然，科学是一把双刃剑，知道应用的同时，我们也有必要了解其危害的一面。笔者引入小鸟撞飞机的视频，让学生了解运动的相对性所带来的危害，引导学生走向对社会责任的思考，使其明白在应用科学的同时还要合理地趋利避害。

在学生形成新观念后，挖掘知识本身的应用价值和可能的危害，可帮助学生超越经验，进行辩证思考，进一步提升物理观念的水平，发展关键能力。

【活动5】赏析毛泽东的七律《送瘟神》，重点解读“坐地日行八万里，巡天遥看一千河”的物理意义。

这一活动把该课教学提升到了新的高度。经过前述学习，学生虽然建立了物理学中运动研究的相对观，但实际上“世界是运动的”，绝对静止的物体是不存在的。至此，学生的观念不仅在物理层面，也在哲学层面获得了更高的拓展。这也使立德树人根本目标在初中物理课堂上得以落地。

超越经验的价值就是不再以过往的经验为基础看待这个世界，而是用基于经验提升改造的观念来看待这个世界，这是有没有学过物理的区别。中国古代的许多技术之所以没有上升到科学，就在于没有超越经验，口口相传的学徒制模式导致只有技术经验的传承，而没有上升到观念并用观念去改造世界。

综上，物理观念的形成是一个循序渐进、螺旋上升的过程，也是个体在经验的基础上，通过与新知发生碰撞和矛盾后进行不断改造的过程。而形成的新观念还需要在解释、应用、实践的过程中丰富和完善，以进一步提升观念水平，形成关键能力。因此，要想达成这样的目标，教师就有必要在教学中以本体作为研究的逻辑起点去设计教学活动，引导学生在“做中学”“创中学”“用中学”，以“用创结合”的方式不断优化教学效果，达到深化观念形成与提升的目标，实现物理观念在物理学科立场、学生立场与国家社会立场的高度融合［5］。□◢