树立新教材观促物理观念发展 ——单元设计中教材的结构化处理初探
树立新教材观促物理观念发展
——单元设计中教材的结构化处理初探
封玉林
上海市位育中学
摘要：本文介绍“双新”背景下单元设计之教材内容结构化处理的实践探索，依托于教材知识体系与学生认知结构，从全局观视角、知识的结构化、方法的结构化进行教材结构化处理，注重与核心素养目标的整合，落实物理观念的形成。
关键词：教材结构化 单元设计 物理观念
“双新”背景下单元设计的目的在于将“物理观念”、“科学思维”、“科学探究”、“科学态度与责任”等物理学科核心素养的培养落实于教学活动中，这就需要树立新的教材观，实现“教教科书”到“用教科书教”的转变。教材是发展物理观念的土壤，这里的物理观念不单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，更是物理概念和规律等在头脑中的提炼和升华，也是从物理学视角解释自然现象和解决实际问题的基础。“教材”不应是单纯“知识点”的代名词，现代教学论中对“教材”概念的界定突出了三个要素[1]：作为学生知识体系所计划的事实、概念、法则、理论；同知识紧密相关、有助于各种能力与技巧的系统掌握；知识体系与思维体系的密切结合，继而提升学生的学科素养。
将教材内容的结构化是落实新的教材观的重要一个环节。教材内容的结构化指把教材中的知识要素和能力要素按其相互作用、相互联系的方式和秩序组合起来，并划分为不同的部分或归入某种更大的范畴中，进而在头脑中形成良好的知识网络。教材的处理应把握教材的“思路”（知识体系）和学生学习的“思路”（思维体系）来设计教师的教学“思路”（教材的结构化），这里最重要的一环就是教师对教材结构化的理解。乌申斯基说：“智慧不是别的，而是一种组织得很好的知识体系。”布鲁纳也指出：“简单地说，学习‘结构’就是学习事物是怎样关联的。”
在多年的高中物理教学中，笔者发现教材按章节呈现的知识与方法是零散的，学生在学习过程中不能时时把握住教材的脉络，仅仅是走一步看一步，以被动接受为主，并且学生很难自发的建立知识点间的联系与解题方法的迁移，所以需要教师从全局观视角、知识的结构化、方法的结构化进行教材结构化处理，现例举说明笔者的初步探索。
一、 全局观视角：从教材的整体结构入手
在新知识开始前，从整体结构上进行把握，像做“序”一样，先让学生“登高望远”，给予方向感，也能够让教师产生“心中有丘壑”般的从容。所以教师要有全局观，要能从整体上把握教材的知识脉络，弄清本单元教材在全套教材中的地位，搞清学习的基础是什么，又能为哪些后继内容提供基础，注重理顺知识的前引后伸，有目的地引导学生建构自身的知识体系。这就需要改变教师以课时为单位的备课方式，避免知识沦落为孤立散落的“点”，谨防“一叶障目，不见泰山”的狭隘。只有从全局的视角解构教材，才能把教学的阶段性和连续性统一起来。为此适当的调整教材知识的排列顺序，或者改变标题，让它更能体现本章知识的中心线索，利于学生“登高”，同时还能激发学生的求知欲。
【案例一】在“机械能”的教学中，为了避免学生盲目地把力、功和能量混淆，让学生体会不计运动细节的研究思路，笔者在“序”中提到这样一个例子：我们看到树叶的摇动，如何分析呢？依据学过的牛顿定律，我们会对它进行受力分析，想知道力的变化情况，想弄清它的加速度，想知道它的速度如何变化，这当然是很复杂的。现在，我们换一个角度去分析，关心树叶为什么会动，它运动的能量从哪里来？可能是风给了它能量，是风吹动树叶做功的结果。从能量变化的角度去分析物理过程能把许多复杂的问题简化。同时把这章的标题改为“功和能的关系”。在定性讨论了功和能的关系基础上，给出本章研究的总体目录：
功 1动能变化 哪些力的功？
功和能的关系 2 势能变化 哪些力的功？
能 3 机械能变化 哪些力的功？
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这种全局观事实上体现的是研究问题的思路，贯彻整个章节，体现教材的内涵，为应用和形成能量思想打下了伏笔。这种思路在电磁学部分都得到了延续。使学生对电路、电场、磁场中的能量的探究也变得非常顺利。可以说这种“功能关系”的联系贯穿了整个力、热、电、磁，体现了能量思想在整个教材中的核心地位，促使学生形成能量角度分析物理过程的物理思维。
【案例二】在“光的本性”这类章节的教学中，致力于把一章的内容框架勾画出来，先总后分，给学生以居高临下的感觉，使他们能够在整体把握知识发展线索的前提下，掌握知识点、知识点间的关联，产生一种一切尽在手中的感觉。本章开篇一节课课题设为“光本性的认识历程”。
板书设计为：
这种处理体现了科学发展的一般途径：猜想——实验验证——修正发展——再验证。因为其间故事情节设计生动，学生对知识发生、发展的细节非常感兴趣。
二、知识的结构化：从已有的知识结构入手
教师在优化教学内容的过程中，如何摆正教学内容与教材内容的关系的确很重要。教材是学生学习的基础性资源，是重要的教育教学要素，它不仅为教师教学提供了基本的操作框架和步骤，提示了教学方法，也为学生自我学习提供了指引。但是，我们必须承认，教材内容无论多么“教学化”，它都不能简单地与教学内容划等号。教材内容是静态的，它具有相对的稳定性和滞后性，而具体的教学情景是复杂多变的，是动态的，这就需要教师在组织教学内容时根据所教学生已掌握的知识和已具有的认知水平，对教材所呈现的知识内容和知识结构进行选择、整合和加工，讲活教材内容。学习不是被动接受信息刺激，而是主动建构的过程，是根据自己的已有经验，对外部信息进行主动选择、加工，从而获得自己的意义[2]。任何学习都是在学习者已具有的知识经验和认知结构、习得的态度等基础上进行，这种原有知识结构对新的学习的影响形成了知识迁移。人们在接触新知识的时候，更倾向于强化他们原有的思维模式，而不善于在新信息的基础上改变他们原来的思维模式，利用这一点，把新知识嵌入到原有的知识系统或认知能力系统，以旧带新，达到水到渠成的境界。此过程充分尊重学生已有的思维体系，引导学生分析现象，找出本质，找到不同现象间的关联，确实提升解决新问题的能力。
【案例一】在经历高一力学苦战之后,学生好不容易才有了学好物理的感觉，品尝到了“受力分析”带来的分析物理过程的乐趣，此时，进入高二电学部分，又将有一群电场的抽象概念从天而降，使学生摸不着头脑，迷失方向。为了学生能够清晰，我总是要做一番“长篇大论”：
这样的前后关联会使学生轻松起来，他知道，这里没有新方法，只有几个新概念，就象一个写作基本功很好的人遇到了生字、生词，查一下词典后仍可以运笔如飞。经常让学生了解自己和知识之间的方位关系，适时指引、牵引，消除他们对知识的盲目感、茫然感，使他们有一种有章可循的感觉，一切尽在掌握中。
三、方法的结构化：从熟悉的物理情景入手
教材是按知识体系编写的，许多科学思维方法和解决问题的方法在教材中是以隐含的方式出现的，因此教师在教学过程中应自觉挖掘教材中的方法教育因素。这一过程中首先教师要对物理方法有比较系统的理解，其次教师要准确地掌握教材中包含的方法种类。这样教师在知识教学的过程中才能有意识地正确地渗透方法教育，才能引导学生在学习知识的过程中学习方法。这一步关键是教师要重视过程教学，讲清楚知识间的联系，这种过程和联系中充满方法教育因素。比如在分析导体棒切割磁感线产生电动势的原因时可以这样安排：首先从“磁场对电流有力的作用”和“电流是由电荷的定向运动形成的”得出假设：磁场对运动电荷有力的作用；然后通过电子束在磁场中偏转实验验证这一设想的正确性；最后定性研究导体中的自由电子受洛仑兹力定向移动使导体棒两端产生电势差。如此安排内容，将洛仑兹力的研究建立在上节学过的安培力之上，学生更易于接受。把熟悉的物理情景演变，再演变，从图景到条件，多角度的充分变化，使学生的情绪大幅度起伏，接受足够的信息刺激，最后让他们有一份惊喜：原来这些看上去毫无关联的物理情景背后都指向了同样的物理方法，这就是方法结构化的妙处，通过设置情景、问题“链接”、探究“平台”，引导学生尝试探索、调查、实验、合作等环节进行问题的求解，在解决问题过程中，激发学生的问题意识，并生成更多更深刻的问题，激发探究热情，提升对新事件的解决能力。在日常教学中，教师有意识的进行方法结构化的课程设计，重视学生方法迁移能力的培养，避免对知识的死记硬背，实现对知识的贯通转换，从而有利于理解知识本质、构建知识网络。
【案例一】在讨论变力作用下运动问题时的演变：
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基本问题 弹簧振子的运动 电梯事故 跳蹦床的运动图象 蹦极运动
这样的演变，课堂节奏感强，易于抓住学生的心，因为都是由学生熟悉的基本问题、熟悉的方法开始逐步演变的，学生没有突然、生疏、束手无策的感觉，相反，这样的演变，使学生越发具有洞察力，练就了一身化难为易、化繁为简、化纷为一的本领，学生会为自己见多识广、应变自如而激动，而快乐。
总之，在教材再处理过程中，物理教师要紧扣高中生的认知水平，认真研究教材内容，一定要把学生的学习体验和探究愿望放在首位，指导学生将新与旧有机结合、普遍联系、培育眼界、启迪思维，才能有效促进学生物理观念的形成。
[1] 钟启泉.课程的逻辑[M].上海:华东师范大学出版社,2008:298-307.
[2] 董友军,李跃明.凸显知识迁移能力,落实物理核心素养[J].物理实验,2017,37（9）：57-60
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