指向结构化的复习教学策略

摘 要：知识结构化有助于深度理解知识、统摄知识，是问题解决能力的关键。针对高中物理复习教学中知识碎片化、零散化的现状，以高中物理力学规律为例，提出结构化教学的策略。探索利用结构化的思维，优化复习模式，提升复习效果。凝练了结构化教学的三大实践策略：知识体系结构化、解决思维结构化和认知迁移结构化。

关键词：复习教学；结构化策略；物理模型建构；结构化学习能力

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2024）7-0005-6

高中物理复习教学中，教师通常按照复习资料梳理知识点，并布置相关知识点的练习题进行训练。有时学生对某个知识点没有掌握，就多次强化训练；有时学生认为听懂了教师的讲课内容，而自己一动笔就发现不会解决问题。教师教得辛苦，学生练得很累，效果却不尽如人意，而且学生会因此产生厌学情绪。这样的复习教学，学生知识迁移能力和解决实际问题的能力没有得到提升，主要原因是学生并没有形成系统化、结构化、程序化的知识体系，不能用结构化的知识解决问题。

认知心理学家布鲁姆认为：“知识结构是指某一学科领域的基本观念，不仅包括学科知识中的基本概念、基本思想或原理，还涉及思维方法以及学习态度。”［1］《普通高中物理课程标准（2017年版）》指出，“重视学科大概念为核心，课程内容结构化，以主题为引领，使课程内容情境化，促进学科核心素养的落实。”［2］高中物理是一门体系严密、充满辩证关系的结构化学科，物理知识具有紧密的关联性与递进性。高中物理复习教学应着眼于建构物理知识框架，使知识体系化、结构化；应着力于灵活建构和运用物理模型，促进问题解决思维的结构化；应着重于形成结构化学习能力，促进认知迁移结构化。为全方位实现核心知识的结构化，实现核心能力的螺旋上升，可以从知识体系、解决方法、认知迁移三方面，进行结构化的复习教学实践。

1 知识体系结构化

物理知识是相互关联的，学科不是知识点的简单堆砌，而是有着内在的关联、结构和思想的。根据认知理论，高一、高二新授课教学过程中，学生经历了知识的第一次建构。单元复习不是炒冷饭，而是让学生经历第二次建构。正如数学家华罗庚所说：读书由薄到厚，再由厚到薄。在高一、高二的新课学习中，学生以知识的汲取为第一目标，像海绵一样来者不拒。但在此过程中，极少有学生能很好地挖掘知识点的深意，亦或深入思考教科书编排知识的前后关系，导致大部分学生对知识的理解是孤立的、片面的，问题解决的方法是单一的。复习阶段，问题解决要求学生综合、灵活运用知识，提出了新的、较高的素养要求。这种情况下，学生的知识结构及已形成的素养水平，与试题中问题解决的难度之间出现较为明显的差距。因此，复习课教学要求教师帮助学生重构高质量知识体系，使学生能全面、多角度地分析和解决问题，提升学生的物理学科核心素养。

以力学板块为例，力学知识在整个高中物理中具有举足轻重的地位，物理力学规律复习时应厘清各个物理概念、规律之间的关联和本质关系，建构大概念前提下的核心知识框架体系，建构高中物理力学体系图，如图1所示。

从小到大，从点到面，从面到体，让学生全面理解各个概念和规律，形成物理观念体系结构，即教学应该具有这样的路线图：知识点—知识链—知识网—知识树。按图1所示，解决力学问题应运用“三条主线，六大规律”，厘清内在知识点逻辑的知识链；构建纵横知识网，融会贯通知识树，形成整体力学知识结构。

从力的概念出发，第一条思路，力的瞬时作用效应，即力与运动的关系（牛顿运动定律与运动学规律）；第二条思路，力对空间的累积效应，即功能关系（动能定理与机械能守恒定律）；第三条思路，力对时间的累积效应，即动量与冲量的关系（动量定理与动量守恒定律）。三条思路使学生对力学问题处理的着眼点和思想方法有一个整体的认识，进一步领会每一条思路的地位、作用、特征条件，理解相互间的区别和联系。同时，对高中物理研究问题的类型按知识结构从简单到复杂进行结构化排列：匀速运动、匀变速直线运动、匀变速曲线运动（如抛体运动）、变速运动（如圆周运动、简谐振动）。要求学生明确各类运动特征和它们之间的联系，以便根据各类运动特征和规律引导学生多角度分析问题、解决问题。

我们以两个力学经典问题为例，探讨重构力学知识结构对加深物理问题理解、加强运用结构化知识提高问题解决能力的策略。

例1 一颗质量为m的子弹以v0的初速度射入静止在光滑水平面上的木块，射入木块的深度为s，质量为M的木块发生的位移为L，用“三条主线，六大规律”剖析运动过程中的情况，如图2所示。

从力与运动的观点看：子弹在阻力作用下做匀减速运动；木块在摩擦力（动力）的作用下做匀加速运动，最后两物体一起做匀速运动。

从功与能量的观点看：阻力对子弹做的功等于子弹动能的减少；动力对木块做的功等于木块动能的增加；阻力对系统做的功等于系统动能的减少，即系统内能的增加。

从动量与冲量的观点看：阻力对子弹的冲量等于子弹动量的减少；动力对木块的冲量等于木块动量的增加；系统动量守恒。

针对一个问题进行多角度分析，既巩固了知识体系，又能通过问题的解释和解决提升核心知识的运用能力，从而使核心知识结构化。这种对典型问题的多途径解释和解决，能够将核心知识高质量结构化，让学生核心素养的发展清晰可见。

例2 如图3所示，质量为M、倾角为θ的足够长的斜面放置在光滑水平面上，质量为m的物块以速度v0从斜面底端滑上斜面，尝试解决以下问题：①若斜面固定，物块与斜面间的动摩擦因数为μ，讨论物块能回到出发点的条件（滑动摩擦力约等于最大静摩擦力）；②满足①问的条件下，若在斜面底端固定一个弹性挡板，求物块在斜面上经过的总路程，以及物块向上运动时间t和向下运动时间t之比；③若斜面光滑且不固定，求物块到达斜面最高点时离斜面底端的高度以及物块再次回到斜面底端时的速度。

解决以上问题需要学生调用多个物理规律（图4）。解决问题的过程如同一个金工学徒利用各种不同的金工工具加工一个机械产品，在此过程中，各种物理概念和物理定律被当作解决问题的工具，每一次的认知操作都会让学生对规律和概念的认知上一个台阶。更重要的是，学生学会了如何挑选合适的解决问题的工具（使用哪个物理规律），什么时候需要不同工具之间搭配（比如，是动量守恒定律，还是牛顿运动定律和动能定理结合）去解决。

通过这样的学习过程，物理概念和物理规律才会真正转化为解决问题的能力，而能力的提升也会提高学生用物理知识去解释现象、解决问题的信心和意愿，最终内化为核心素养。

2 解决方法结构化

我们应将帮助学生逐步学会“结构性思维”看成“结构化教学”的一个重要目标。学生结构性思维水平越高，将所学自觉应用到各类问题解决的能力也会越强［3］。物理学家解决问题的基本思路：把实际问题简化、纯化，即通过建构物理模型把它转化为典型的物理问题，再用数学工具解决问题，如图5所示。

与物理学家不同，学生面对的往往不是真实的问题，而是脱离于实际问题的非情境化试题。命题者有意在其中结合了特定知识点的考查，希望学生运用特定的物理模型解决问题。若学生无法准确分析、判断出对应的模型，常有“猜不中出题人的意图”“题目也没看懂”之感，而若是在老师的帮助下抽象出非情境化的物理模型，很多学生就有能力解决。因此，学生习惯于解决非情境化的问题，教师要引导学生建构从情境化至非情境化的桥梁，也即物理模型。

模型作为一种解决问题的思想和方法，在科学教育中被广泛使用，新课标将模型建构作为科学思维的一个重要维度。把真实问题转化为物理模型的能力是物理学科的核心能力。物理模型建构能促进认知发展，提高学习效果。

为此，在日常教学中，应该强调以问题解决为目标的意识，帮助学生充分熟悉问题所对应的知识点和物理模型的建构过程。高三复习时，教师要通过真实问题解决培养学生的物理模型建构能力；利用相似问题，提升科学分析、论证能力；增加假设条件，培养学生重构物理模型的能力。引导学生分析解决物理问题的过程可归纳为如图6所示的思维流程。

（1）细线断裂时，转盘的角速度ω0大小是多少？

（2）说明细线断裂后这些小球的落地位置。

这是个实际问题，我们需要考虑以下几个问题：研究对象怎么取？小球做圆周运动的圆心在哪里？什么力提供向心力？细线断裂后这些小球做什么运动？从什么角度去看小球落地的位置？诸多问题千头万绪，学生往往不知从何处切入。但如果从培养学生物理模型建构能力的角度考虑，就需要学生从更高的角度思考，从而解决问题。

此题中，虽然有很多个小球，但应能发现每个小球都是等价的，所以也就不难联想到等效模型——圆锥摆（图8）。圆锥摆的运动也是本题小球的特征。此两步，分析特征条件，联想近似模型，也是学生破题的宝刀。再分析题目条件与圆锥摆模型是否存在差异？通过比较可知，小球圆周运动的半径应考虑转盘的半径R。这样，对于熟悉圆锥摆模型的学生来说，应该就胸有成竹了。结合侧视受力分析（图9），进一步画好俯视模型（图10），再运用数学工具，问题就能快速、正确地解决。可见，符合题意的模型建构，并非从零到一的“无中生有”，而是借助新旧模型比较、从一到二的“模仿+创新”。如果能持之以恒，学生模型建构的能力会明显增强，物理思维结构会进一步优化，运用模型解决问题就会得心应手。

例4 如图11所示，扫描隧道显微镜减振装置由绝缘减振平台和磁阻尼减振器组成。平台通过三根关于O'O''轴对称分布的相同轻杆悬挂在轻质弹簧的下端O，弹簧上端固定悬挂在O'

（1）平台静止时弹簧的伸长量Δx；

（2）t=0时，每个线圈所受到安培力F的大小；

（3）在0～t1时间内，每个线圈产生的焦耳热Q；

（4）在t1～t2时间内，弹簧弹力冲量I的大小。

课堂上，教师要有意识地帮助学生建立解决问题的思维结构图示（图14）。从图示中我们可以看到，要解决物理问题，学生大致要经过三个思维过程：第一步为物理建模。根据实际情况把问题中的原始情境模型简化为一个或多个我们熟悉的理想化物理模型，例如本题中就可以把“扫描隧道显微镜减振装置”抽象为“竖直弹簧振子”和“辐向磁场”两个物理模型。第二步为知识与模型的匹配。物理知识和模型的对应，需要根据实际情况把需要用到的物理规律与理想化物理模型对应起来。比如本题中，要解决第（1）小问需要对应胡克定律，而后续的问题分别需要对应动量定理、法拉第电磁感应定律等物理定理和规律。第三步为数学运算。根据模型与对应的已知信息，把物理规律书写成数理方程，并通过计算解决问题。

3 认知迁移结构化

结构化教学的根本宗旨是培育学生知识迁移能力、学习能力和问题研究能力，提升学生的科学思维品质和解决问题的能力，并能够在陌生情境中利用所学知识解决新问题，让学生从“学会”转向“会学”，直到“慧学”。实际问题的解决方案往往与呈现的情境和条件有关，不同的条件选择不同的方案（方法）。教学中，可以以学生熟悉的问题为载体，让学生利用多种方法分析解决问题，然后在此基础上作出变化，让学生前后对比，对所选方法是否合理进行科学论证，进而确定解决新问题的方法。这个过程能有效提高学生实际问题的解决能力。如解决同一个问题：一物体从静止开始沿固定的光滑斜面运动到底端，如图15三种板块模型图所示，求解物体到达底端的速度大小。运用三大规律，从力与运动的关系、功能关系、动量与冲量的关系三个不同的视角都能解决，体现了不同规律的等价性。

假如修改上述问题：把光滑斜面改为固定的光滑曲面，求解物体到达底端的速度大小；或把上述光滑斜面改为置于光滑水平地面上的光滑曲面，求物体到达底端的速度大小。可以追问学生以上问题三大规律是否都能适用，以此说明规律会有适用范围。要引导学生通过重新回顾基本解题过程，从物理学的维度形成关于物质、运动、能量和相互作用的基本认识，使得物理学概念和规律在教学过程中得以系统化，培养学生熟练运用物理知识和方法解释自然现象和解决实际问题的能力。同时，把以上问题按其内部联系组成一个整体的认知结构，在学生头脑中形成完整的知识结构和方法应用体系，真正实现方法、能力的正迁移，由此提升结构化迁移的能力。

例5 如图16所示，光滑弧形滑块P锁定在光滑水平地面上，其弧形底端切线水平，小球Q（视为质点）的质量为滑块P质量的一半，小球Q从滑块P顶端由静止释放，Q离开P时的动能为Ek1。现解除锁定，仍让Q从滑块P顶端由静止释放，Q离开P时的动能为Ek2，Ek1和Ek2的比值为多少？

相同规律在不同情境上的应用，本质上就是知识的迁移。可以肯定的是，让学生在更多的模型中使用规律解决问题，学生对规律的认识将更加深入，所以这是一种正向迁移。更重要的是，要让学生习惯把规律迁移到更多的模型中，而每次迁移都会在学生的认知中形成一幅类似于图17的属于自己的新图示，大量的认知图示支撑学生创造新的解决方案。

4 结 论

在物理教学实践中，聚焦结构化策略，以学科核心知识为统领，使获得的知识形成系统化、层次化的完整的知识结构体系，以提升学生的学科学习能力。为了实现上述目标，高中物理复习时，以真实问题情境为载体，建构合理的物理模型，进行规范的物理分析，规范学生解决物理问题的思维流程，优化解决物理问题的方法，着力于活化物理思维结构；提高学生科学思维和科学探究能力，增强解决问题的能力，着重于形成结构化学习能力，提升高中物理复习的效能感，培养学生的学科核心素养。

参考文献：

［1］祁宁宁，胡红杏.结构化教学：内涵、价值与实施策略［J］.西北成人教育学院学报，2022（1）：49-54.

［2］中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版）［S］.北京：人民教育出版社，2018.

［3］郑毓信.从“整体性教学”到“结构化教学”［J］.教育视界，2021（29）：4-9.