意境深远：指向学会思维的初中物理教学情境创设

张月兰

(苏州工业园区景城学校,江苏 苏州 215021)

1 问题的提出

人类社会发展进入了对人才素养的新需求、对知识的意义建构时代,推动教育实现从学科本位向人本位的转变,指向人的学会学习,其核心在学会思维.这一说法是从教育、心理学和认知科学等多个领域的研究实践中逐渐发展起来,它强调思维过程的重要性,实现思维能力的提升,达成学生思维素养的发展.实践表明,创设教学情境对促进初中生由“经验”积累形态向“思维”概括形态的转化具有明显的作用.要培养学生学会思维,教师应具备教学情境创设的能力,需要明确“为何”和“何为”的问题.

2 学会思维与情境创设的关系

在传递学生知识和发展技能过程中,要关注学生的发展性学力和创造性学力,使学生为发展自己的思维而学,使教师为发展学生的思维而教.[1]教学设计要以终为始,学会思维是旨归,情境创设是重要的教学路径.

2.1 学会思维的内涵

学会思维,是教学方法、过程、目的,体现教学对学生思维能力和素养提升的积极作用,也是深度学习的内在要求.学会思维的过程,体现在思维水平、思维品质、思维方法、思维类型、思维内容等方面.初中物理教学以科学知识为媒介,以科学思维方法为路径,指向于对学生科学思维提升,获得品格发展和素养提升.

思维的内涵发展顺应时代要求.思维是指人脑进行认知和推理的过程,涉及知觉、记忆、推理、想象、判断等多种心理过程,是认知活动的基本形式之一.20世纪50-80年代期间,美国为应对经济、技术和文化以及冷战时期政治形势的变化,教育界推行思维的教育模式而培养学生的创造性思维、批判性思维和问题解决能力等,先后经历了概念提出、发展、推广阶段,随后得到了全球范围内的广泛认可,其内涵不断得到更新和拓展.我国早期从哲学角度关注人与世界的关系并提出“思维”,钱学森重视思维科学的研究,提出了抽象思维、形象思维以及灵感思维,[2]并引发了教育界的积极行动.由于计算机及人工智能的兴起,社会开始关注思维与技术发展的关系,教育更加关注思维能力的发展,也由高等教育逐渐进入基础教育中来.可见,对思维教育的积极响应与发展符合时代发展要求,也将是未来教育发展的重要领域.

科学思维的内涵发展指向人的发展.我国早期意识到科学发展要重视人的发展,[3]逐步开展对科学思维内容的研究：提出发展学生的科学思维的典型途径是具体与抽象、经验与理论,[4]提出在物理教学中科学思维应有归纳与演绎的统一、分析与综合的统一的基本原则,[5]厘清科学思维不等同于抽象思维,科学思维不仅仅是能力.随着《高中物理课程标准(2017年版)》的发布,物理教学对科学思维的关注前所未有,重点在结构、方法、品质等方面.胡卫平认为青少年科学思维能力是由内容、方法和品质组成的三维立体结构,概括出中学生科学思维能力的表现.[6]李正福认为科学思维教育内容包括思维取向、思维要件、思维方法3个方面.[7]初中物理教学提出培养学生科学思维主要是模型建构、科学推理、归纳演绎、批判质疑,[8]从有意义学习理论提出思维素养.[9]《义务教育物理课程标准(2022年版)》从模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新4个角度由此对初中物理的科学思维有了更为具体的阐述和明确的要求.[10]可见,科学思维内容越来越丰富,是指向于人的全面发展.科学思维品质越来越明晰,是指向于人的品格提升.

2.2 教学情境创设的意义

以身体之,以行验之,以心悟之,教学情境创设帮助学生实现从形象思维到抽象思维之间的沟通,实现知识体系的意义建构、发展能力、健全人格.教学情境创设符合初中生认知水平并促进初中生思维认知水平,体现物理学科特点并提升学生学科能力,达成学生科学思维发展.

教学情境创设符合初中生认知水平.我国初中学生的认知水平基本上处于具体运算阶段和前运算阶段,有极少数达到形式运算阶段,而现行的课程标准中有一定比例内容要求达到形式运算水平,[11]可见,初中物理教学内容要求的认知水平整体上高于学生的认知水平.那么,有效推动学生认知水平的提升就成为了这一阶段重要的教学要求.皮亚杰认为处于具体运算阶段的学生能从自己的具体生活经验中进行概括,但不能对可能的概念提出假设,也不能处理抽象的变量.处于形式运算阶段的学生能脱离自己的具体生活经验进行抽象,能进行假设-演绎推理.因此,初中物理教学应通过情境创设以提升教学内容具象化程度,引导学生经历思维过程,促进学生思维能力的进阶,获得认知水平整体提升.

教学情境创设提升思维认知层级.首先,思维发生源起直接经验.杜威在著作《经验与教育》中说：“脱离情境的思维是空洞的、无聊的和毫无价值的,情境即是思维的土壤和环境,只有在情境中,思维才有其创造性和成立性.”其次,情境引发思维认知持续发生.思维认知是心理学和逻辑学的共识,是由感觉、知觉、表象构成感性认识(心理学范畴),由概念、判断、推理构成理性认识(逻辑学范畴).[12]思维认知不是一蹴而就的,其逻辑过程时常存在偏差,需要持续发生的现实支撑.另外,思维认知具有间接性和概括性,人脑对事物的反映建立在对事物的感知基础上,方可较好地达成认知活动的高级阶段.实践表明,教学创设真实的问题情境可提升物理学科能力表现,[13]教学情境能使思维类型明确化、思维过程显性化,[14]教学评价也应关注多元情境的创设,突出对科学思维能力的考查.[15]

教学情境创设体现物理学科特色.物理是研究运动规律和物质结构的学科,形成物理观念,要有从现象找规律、从外表看本质的意识.物理学科是一门以实验为基础的学科,经历科学探究,在真实情境中观察和研究是必不可少的过程.“从生活走向物理,从物理走向社会”的学科特点,形成科学态度与责任,经历像科学家那样的研究,在社会发展中认清学科责任,能实现学科价值认同,更好地激发学习兴趣并提升学习驱动力,那么,学习中要有知识联系实际的意识和能力,为以后的学习、生活和工作打下基础.

2.3 科学思维水平层级和情境创设的关系

由于初中生认知水平、学业要求等情况相比较高中生有明显差异,根据已有的高中物理将科学思维分为5个水平层级,[16]对照《义务教育物理课程标准(2022年版)》相关表述,可将科学思维水平分成3个层级,并厘清与布鲁姆认知思维的对应关系,以此进一步指导教学情境创设,如表1所示.

表1 初中物理科学思维的水平层级和情境创设的关系

参考比格斯SOLO分类法,把情境创设可对应分为单一结构、多点结构、关联结构和抽象拓展结构等4种水平, 其结构特征具体如下：[17]单一结构水平,熟悉、简单的情境呈现,获得单一知识;多点结构水平,熟悉情境多次呈现,获得多个知识;关联结构水平,情境变化呈现,学习多个知识及体系;抽象扩展水平,基于情境重在联想和推理,学习多个知识及体系.

3 初中物理教学情境创设的策略

课堂教学的改革与创新,教师的观念转变和能力提升是第一要义.教学情境创设需要教师富有深度地思考和创造性地实践,积极创设“教学三境”,不断推动课堂思维持续发生.

3.1 教学有“三境”

以唐代王昌龄提出“诗有三境”之说,从浅到深理解为物境、情境和意境,教学情境创设也是如此.人与物是两大要素,其融合成为意境亦成为教学境界,格物致理,见物说理,情境创设要“见了才行”“做了才好”“说了才对”.以2022年12月在江苏省教育新时空平台的“光的色彩 颜色”一课中“光的色散”教学设计片段为例.

物境：教学情境创设要“有料”.物境创设重在呈现,可视、可听、可感是设计要点,以此提升学生感知力,容易获得单一知识.物境创设侧重人的感性认识,情境呈现单一结构,情境创设来源于熟悉的生活场景,或者简洁明了的实验,学生容易从现象观察中发现并解决问题,较易实现对知识的获取和认知,如图1所示.

图1 “物境”创设路径

教学片段：学生分组利用三棱镜、白光手电筒、光屏等器材进行光的色散实验的初体验,完成寻找多种色光的实验任务.然后,教师用大型三棱镜、强光手电筒、大光屏等器材呈现光的色散现象再体验,通过烟雾呈现光路,引发学生对光的色彩变化的强感知,完成对白光、多种色光路径分析的实验任务,实验现象如图2所示,从而认识到：白光可以分解成多种色光.教学过程中学生小组和教师演示“光的色散”实验,并用烟雾显示光路色彩都成为了学生认知重要的“物料”,鲜明的色彩对比,完整的光路传播,助力于学生对“分解”内涵的理解.

情境：教学情境创设要“有事”.情境创设重在过程,寻关系、辨真伪、析本质是设计要点,以此提升学生分析能力,逐步获取多个知识或关联性知识.情境创设源于生活而高于生活,基于实验而创新实验,掌握知识而应用知识,人与物的交互关系增强,其探究性、系统性更强,情境创设呈现多点结构、关联结构,学生不易直接发现并解决问题,经历体验过程逐步获取知识或知识体系,如图3所示.

图3 “情境”创设路径

教学片段：通过对比学生小组和教师演示“光的色散”实验现象,发现三棱镜与光屏之间的距离适当拉长有助于对光的色彩的观察,引导学生对光的路径的分析,引发“对其中一种色光是否能色散”的猜想.然后,利用狭缝可获取其中一个单色光,然后在狭缝和光屏之间放置第2个三棱镜,发现单色光经过三棱镜后有偏折,但色彩没有变化,如图4所示,从而说明：单色光不能发生色散.教学并没有止步于光的色散实验,通过对实验的反思获得新的问题,创设新的实验情境,得出对单色光的研究,引导学生进一步辨析光的色散现象：白光可以分解成多种色光,而其中一种色光无法分解.

图4 “单色光无法分解”实验现象

意境：教学情境创设要“有可能”.意境创设重在延伸,可想象、可创造是设计要点,以此提升学生思维能力,增加持续思考过程,获得多个知识体系.意境创设侧重人对物的再创造和意义建构,以人的理性认识为主,教学路径开放多元,学生需主动寻找认知逻辑,将不断明确问题并解决问题,从而获得更为综合的知识,如图5所示.

教学片段：教师利用软性平面镜将来自三棱镜的多种色光投射到天花板,平面镜凸起的同时可以观察到更为清晰的色光分布情况,引发学生猜想并设计实验：平面镜反向凹下时是否可以获得白光.此过程中,学生从不同角度观察光的色散,利用逆向思维实现对光的合成的了解,从而建立白光是由多种色光组成的,如图6所示.从实验原理来看,利用软性平面镜将多种色光组合成白光,相比较三棱镜合成白光的做法更为科学;从操作过程来看,由于在动态变化中呈现对光的色彩变化,学生更易感知白光;从认知角度来看,学生建立在观察、分析的基础上,有助于学生运用光路建构模型,实现创造性的想象与思考,有助于高阶思维的达成;从知识维度来看,学生运用光的色散、光的反射等知识进行综合分析,可从不同角度来解决物理问题.

图6 “用软性平面镜进行光的分解与合成”实验现象

物境、情境、意境成为教学情境创设的三重境界,推动学生认知思维、科学思维水平发展.三重境界有其明显的特点和层级,呈现出深度学习的特征,引发思维素养的逐级提升.同时,三者之间相互依存,相互兼容且没有绝对界限,不同层次的教学情境创设指向学生对知识的意义建构,因而创设过程中要考虑教学目的和学生认知基础等因素.

3.2 教师有“三观”

教学情境创设是教师思维的显性过程,是对学生学会思维过程的具体化指引.教师能够从思维逻辑链中找到逻辑起点,带领学生经历思维过程、掌握思维技术、打开思维格局、培育思维素养.教师应具备思维观来展开教学设计,实施有效思维教学.

系统思维观：情境创设要关注全体学生的全面素养的提升.要改变知识零散、碎片化的问题,改变唯分数、唯知识等的现象,创设教学情境中系统思维观要关注更加上位的目标设定.其中,大观念、大单元教学立足学科知识系统,有助于形成学生的科学观念,相比传统的课时教学,教学目标更加上位,情境创设更有导向性,实现学生能力素养的持续发展.大任务、大项目教学立足实践系统,或是学科知识融合,或是跨学科知识融合,强调知识的综合运用.相比较传统课时教学,教学内容更加多元,情境创设更具内涵,在大情境统领下,需要分解成多个关联的小情境,有助于问题解决过程中实现知识体系建构.

生态思维观：情境创设要关注学生学习共同体的建设.人类根植于生态系统中的观念愈发深入人心,教育融于世界生态系统中的意识日益增强,个体置于群体生态中的发展更加凸显.布伦特等人的情境认知理论提出,学习成果不仅取决于课程内容,还受到学生的认知、情感、动机、文化等方面的情境因素的影响.布鲁斯等人先后提出情境管理理论,强调教师对各种情境因素有效管理.瑞典教授马尤飞等人建立现象图式学,提出教学情境变异理论,强调教师应调整教学情境.可见,有效的情境创设要关注并运用群体、环境、氛围等因素对个体认知的影响,也要处理好教学中对情境的预设和生成的关系,从而发挥学习共同体的积极作用.

发展思维观：情境创设要关注学生发展指向未来的需求.每一个教师在上课时,不要只看到教了什么样的知识,而是要在课堂上看见未来学生的样子.学会学习,是要能够解决实际问题的,有效开展学科实践是重要途径.物理教学应重视真实情境的创设,身体力行地体验,经历问题解决的过程,从而获得学习成就体验和解决问题的能力.学会思维是要从问题解决开展的,综合性学习是必然的.初中物理教学应重视真实情境中原始问题的发现,简约、单一性问题的提出,有序、有法地解决问题,达成处理复杂化、多样性的综合问题的经验积累.