基于中學物理核心概念的有效教學策略研究

白 璐 白少民

(延安大學物理與電子信息學院 陜西 延安 716000)

基于中學物理核心概念的有效教學策略研究

白 璐 白少民*

(延安大學物理與電子信息學院 陜西 延安 716000)

隨著國際上對核心概念的普遍關注，核心概念教學已經成為一種趨勢.在中學物理教學中，概念教學是非常重要的一部分，核心概念教學更是概念教學的重中之重. 通過對基于核心概念的概念圖教學策略、探究實驗教學策略、物理學史教學策略、核心提問教學策略的闡述，探求中學物理核心概念教學的有效策略，尋找核心概念教學與高效課堂整合的切入點，期望對促進教師圍繞核心概念組織教學有所幫助，真正實現當前教育所提倡的有效教學.

中學物理 核心概念 教學策略

1 核心概念教學背景分析及概述

1.1 研究背景

在如今知識爆炸的時代，人們在教學中更加關注“少而精”的教育教學理念，圍繞學科核心概念進行課堂教學成為國際科學教育界關注的熱點. 美國在2011年頒布的《K-12科學教育框架》和在2013年頒布的《新一代K-12科學教育標準》中，都強調在科學教育中要重視核心概念的教學，提出科學教育要聚焦于有限的核心概念. 美國地平線研究組通過對優質課堂的研究，發現幫助學生理解學科的核心概念也是一個重要的特征[1]. 英國、加拿大、澳大利亞等國的教育家們也都認同核心概念在物理課堂教學中的重要性，研究并制定了新的物理課程標準[2].

新一輪課程改革已經進行了十幾年，新的教學方法、教學策略、教學模式等層出不窮，但是也逐漸出現了許多弊病，例如在概念教學中，有的教師直接給定義，讓學生通過記憶背誦的方式識記概念，沒有講清概念的本質及其與概念知識之間的聯系，忽視概念教學的重要性，既浪費時間，又使得教學目標不明確[3]. 我國新課程標準中明確提出了物理概念的教學，物理概念總領著每一個物理原理和規律的建立. 物理核心概念作為物理學科的主干部分，有著舉足輕重的地位和作用. 物理核心概念是學好物理的關鍵，所以重視物理核心概念的教學是非常必要的，而高效的教學策略可以大大提高教學的有效性，因此，對核心概念的教學策略研究是非常必要的，可以為高效課堂教學提供新視角，為一線教師課堂教學提供參考.

1.2 國內外核心概念教學研究現狀

當前，國外學者對核心概念的研究主要集中在核心概念的定義、篩選標準、梳理方法和教學的重要性等方面. 對于核心概念的定義，不同的學者有著不同的定義.赫德(Hurd)認為，核心概念是學科結構的主干部分，在眾多的概念和原理中，它們最能展現學科圖景[4]. 戴伊(Day)認為，核心概念是某個知識領域的中心，能夠得到廣泛應用并且禁得住時間的考驗[5].費德恩(Feden)認為，核心概念是一種概念性知識，這種知識的理解和運用不受其周邊或非本質信息所左右[6].埃里克森(Erickson)認為，核心概念是位于學科中心的關鍵性概念、原理或方法，具有持久性和遷移性[7]. 對于核心概念的篩選標準，美國教育家赫德提出篩選核心概念標準為：

(1)可表達科學中最主要觀點和體現科學思維的概念；

(2)能夠解釋很多自然現象的概念；

(3)在教學中廣泛運用到各類情境中的知識，且可用來解釋日常生活中遇見的問題；

(4)可以幫助學生構建更高階的思維，不僅僅局限于本學科的知識結構，還能夠應用于其他學科的概念建構；

(5)能夠體現人類智慧的結晶[8].

美國《新一代K-12科學教育標準》也提出篩選核心概念的4個標準，滿足其中兩條或以上的概念才能被稱為核心概念，標準如下：

(1)在多個學科中都具有重要性，或在某個學科中能起到組織作用的知識；

(2)為理解晦澀難懂的概念或解決問題提供有效手段；

(3)能夠用科學的知識解決個人關心的生活問題，或者感興趣的生活經驗；

(4)可以漸進地、層次式地教給更多的年級的學生，而不是單純的固定只教給一個學段的學生[9].

我國在物理概念教學方面研究較早，物理概念教學的著作較多，如王沛清先生的《物理概念教學》，李忠、齊淑靜的《物理學概念教學研究》，董春雨、王玉成的《物理基本概念的演變》等，對物理學概念的發展變遷、教學及教學中的問題等進行了總結和分析，結合教育學、心理學知識，對物理概念教學的重要性、特點、要求及常見問題等方面進行了大量的研究，對物理概念教學具有很好的指導作用. 學科核心概念論文主要集中在4個方面：

(1)不同學科內容核心概念的梳理. 張穎之、李紅菊通過對多個國家課程標準的比較，分別梳理了從小學到高中都認為比較重要的《遺傳學》和《生態學》的核心概念，并用陳述句進行了表述；

(2)不同版本教材中核心概念的差異比較. 張迎春、李高峰對5個不同版本的高中生物學教材《穩態與環境》的核心概念的差異進行了比較，發現5個版本的核心概念在語詞、定義、定義中的限定、內涵與外延、呈現方式5個方面存在差異；

(3)圍繞核心概念進行教學設計. 李雪佳闡述了以核心概念為中心的化學教學設計，該設計的重點是以概念為中心的知識結構的體系分析，并以具體教學事例說明如何開展核心概念教學及優勢；

(4)基于核心概念的學習進階. 范增通過對人教版高中物理教材的分析，和對高中一線物理教師的調查，最終確定高中物理11個核心概念，并建構了相應的學習進階.

我國高中生物課程標準中已經明確提出核心概念，我國小學科學課程標準修訂版中提到核心概念應該遵循的原則：

(1)科學學習中最基本、最應該廣為接受的知識；

(2)小學生能夠掌握的知識；

(3)能夠幫助兒童解釋身邊的自然、社會現象的知識；

(4)適合于科學探究教學的內容[10].

該標準從物質科學、生命科學、地球科學等領域選取了24個核心概念作為統領小學科學課程的知識.

1.3 核心概念教學策略研究的意義

在如今知識爆炸的時代，如何讓學生在有限的時間學到更多的知識，已成為眾多教師追求的目標. 隨著國際上對核心概念的普遍關注，核心概念教學已經成為一種趨勢. 教學策略是達到教育目標的手段，是教師教育經驗的總結，是系統性的行為. 傳統的概念教學中，教師多以灌輸的方式對概念進行講解或通過習題學習概念，不講究教學的策略，學生單純的記憶概念內容，對概念的本質理解不深，時間一久，往往需要重新記憶，既浪費學生時間，又使得教師的教學沒有意義，如何選擇有效的教學策略就顯得尤為重要. 巴甫洛夫曾說過：“教學方法是很重要的，方法上的前進會引領著科學前進，而我們的眼界、見識會隨著方法的進步而不斷的拓展，見識到從未見識的世界和事物”[11]. 隨著對學生學習影響因素的研究，教師了解學生學習困難的癥結所在，制定相應的有效教學策略，有利于提高物理概念教學的效率，有利于促進學生對物理知識的掌握. 因此，對教學策略的研究，可以給一線教師提供比較系統的核心概念教學建議，期望對促進教師圍繞核心概念組織教學會有所幫助，真正實現當前教育所提倡的有效教學.

2 基于中學物理核心概念的有效教學策略

2.1 基于核心概念的概念圖教學策略

概念圖，又稱概念地圖，是美國康奈爾大學諾瓦克(Novak)和高文(Gowin)基于奧蘇貝爾有意義學習理論在20世紀60年代提出的，直到80年代這一概念名詞才被確定. 概念圖，是由概念和關系標簽組成，是一種可以把命題網絡中相關概念關系形象表達出來的結構化圖形[12].通俗地講就是將概念和概念之間、概念和事實用帶箭頭的線條和連接詞組合起來，從而反映一定的知識結構關系.

概念圖作為一種教學策略，沒有嚴格的繪制流程，但是大致步驟是一樣的.

(1)確定概念圖所圍繞的核心概念.在具體教學或學習中，根據所教或所學過的知識的范圍，確定核心概念；

(2)羅列相關概念.圍繞核心概念，可以使用頭腦風暴或其他方法，盡可能多地羅列出所教或所學過的概念，篩選并分類；

(3)確定所列概念的排列順序和關系.例如，可以采用基礎概念——基本概念——重要概念——核心概念的方法，明確概念與概念之間的邏輯關系；

(4)建立概念圖.根據概念之間的邏輯關系，建立具有一定層級的知識的概念圖；

(5)檢查并修正概念圖.隨著知識學習的不斷深入，會逐漸暴露出原概念圖在廣度與深度上的不完善，所以需及時進行補充和修正.

在圍繞核心概念組織教學時，概念圖教學策略是一種很重要的教學策略，它能簡潔地勾勒出相關物理概念之間的關系，是科學概念體系的重要表現形式.從概念圖的繪制流程中，我們發現核心概念是通過層級結構逐漸清晰地展現在我們眼前，這是概念圖一個明顯的優點. 在物理教學過程中，教師要清楚每個物理概念的內涵和外延，引導學生掌握這個概念的上位概念、下位概念和組合概念，讓學生在學習核心概念時，將其所涵蓋的概念清晰地構建出來，促進新舊概念的整合，使學生從系統的層面上來掌握概念，從而實現對知識的整體把握. 但是需注意的是概念圖教學策略一般不適合新概念的學習，一般在章節小結或復習時才使用.

2.2 基于核心概念的探究實驗教學策略

探究實驗教學是將探究式與實驗教學有效結合起來的一種實驗探索活動. 我國全日制義務教育物理課程標準要求：“在教學中，應注重采用探究式的教學方法，讓學生經歷科學探究過程，學習科學研究方法，培養其探索精神、實踐能力以及創新意識等.”[13]我國普通高中物理課程標準要求：“高中物理課程應促進學生自主學習，讓學生積極參與、樂于探究、勇于實驗、勤于思考.通過多樣化的教學方式，幫助學生學習物理知識與技能，培養其科學探究能力，使其逐步形成科學態度與科學精神.”[14]

在探究實驗中，核心概念是實驗組織的主線，是提高學生科學素養的重要基礎. 對核心概念的理解可以促進學生進行有效探究，幫助學生形成探究能力，構建知識網絡[15].基于核心概念的探究實驗教學策略大體步驟如下：

(1)分析實驗內容，確定核心概念.根據探究實驗知識的范圍，從相應的教學內容中梳理確定核心概念；

(2)分解核心概念，細化下位概念.核心概念具有一定的概括性，需根據概念之間的層次性和關聯性，將其細化為更具體的下位概念；

(3)分析影響因素，設計實驗方案.教師引導學生分析影響實驗的因素即下位概念，并思考如何將這一下位概念轉變為可操作的實驗步驟；

(4)分析實驗現象，建構概念圖.觀察實驗現象、記錄，根據有關概念對實驗現象做出解釋，并試圖做出本探究實驗概念圖；

(5)創設新情境，促進知識遷移.學生在完成探究實驗時，教師要創設新的情境讓學生將所學的知識進行遷移.

探究實驗是物理學科學習內容的重要組成部分，教學策略在課堂內的恰當運用，是提高物理探究實驗教學效果的前提. 基于核心概念的物理探究實驗改變了以往教師“講實驗”、“背實驗”的尷尬現象，同時改善了學生被動接受事實性知識的境地，突出了新課標以“學生為中心”的教育理念，使得學生學會主動遷移所學知識，從而使學生的理解能力上升到抽象的、概念性的層次.教師在教學中可以根據要探究的物理問題創設合適的情境，讓學生在觀察和體驗后發散思維，萌發出科學問題，促進學生對核心概念的理解，提高學生的科學探究的能力和科學素養.

2.3 基于核心概念的物理學史教學策略

物理學史，主要指的是物理學產生和發展的歷史，它研究物理學概念、規律、理論和思想的產生、演化過程. 對于物理學史的關注，也是課程標準的要求之一. 我國全日制義務教育物理課程標準要求：“了解物理學及其相關技術發展的大致歷程，知道一些重要的物理學家的事跡與成果，了解歷史上一些重要的物理實驗及其對科學進步與社會發展的影響.”[13]我國普通高中物理課程標準要求：“初步了解物理學的發展歷程，關注科學技術的主要成就和發展趨勢以及物理學對經濟、社會發展的影響.”[14]物理學史教育越來越受到我國教育界的重視.

物理學中核心概念的建立，都要經歷從不知到知的過程，在教學過程中適當穿插一些物理學史資料的內容，既可以讓學生了解與相關概念形成有關的物理學史，又可以明白概念出處. 物理學史在中學物理教學中沒有特定的章節內容，教師需在教學過程中合理地從多個方面滲透物理學史的相關內容.

(1)分析內容，確定核心概念；

(2)篩選、整合與核心概念相關的歷史；

(3)課堂事例，學習歷史；

(4)科學思考，感受探索過程；

(5)歸納總結，建構概念.

中學物理教學中，物理學史教育是不可缺少的一部分. 在教學實踐中，教師利用物理學史來加深學生對核心概念的理解，不僅使其對核心概念的形成、發展過程有了解，而且對蘊含其中的科學方法、思想以及科學家們為了達到目標不斷探索求真的科學精神等有全面的收獲. 對激發學生的學習興趣，培養學生質疑能力，提高學生的科學素養和人文素養等方面都有重大作用.

2.4 基于核心概念的核心提問教學策略

概念與概念之間、核心概念與下位概念之間，都存在著一種邏輯關系，都是通過問題連接起來的，問題的答案指向核心概念，我們把這種問題稱為核心問題，課堂的重點就是回答核心問題. 核心提問策略是在創設一定教育情境的基礎上，教師提出或引導學生發現并提出本節課的核心問題，師生圍繞核心概念展開教學，通過具有啟發性的提問及教師針對學生回答的追問，引發學生深入思考，探究要學習的內容的一種課堂提問策略[16].

課堂提問是在教學中教師最長采用的一種方法，“核心問題”是教師通過對教材、學情、教學目標等的分析，把握教學的重難點的問題，精心設計的聯系概念與概念之間關系的問題. 核心問題的主要目的不是要求學生記住知識，而是為了引導學生思考學習內容，從而建構核心概念. 核心問題要具備以下特點：

(1)緊扣教學的重、難點和關鍵的問題；

(2)開放型問題；

(3)具有啟發性和探索性.

在物理概念學習中，學生形成概念基礎的是學生對所學物理問題的感性認識.在感性認識的基礎上，通過問題與問題之間的聯系，使這些問題與核心問題構成一個有機的整體，層層深入，引導學生深入系統的學習概括歸納出核心概念. 對于初學者來說，他們對概念的理解往往是趨于表面化的，這就需要教師在教學過程中采用不同的方法策略，深化對概念的理解，這是一個復雜而漫長的過程. 課堂所有的教學活動都是為了幫助學生回答核心問題的，當學生回答了這些核心問題，就能對核心概念有相對良好的理解.

3 總結

“有效教學”是針對當前實際教學中學生和教師負擔重、壓力大而提出的實際問題. 有效教學是一種現代教學理念，關注教學的有效性，提倡教學方式的多樣化，是高效的教學. 中學物理教學中，概念教學是非常重要的一部分，核心概念教學更是概念教學的重中之重. 學生在學習物理核心概念的過程中，存在著各種各樣的的困難，要求教師在實際教學過程中，要善于使用、結合具體教學內容選擇合適的教學策略，使其很好地為核心概念的建構服務. 而對于每一種問題，其對應可用的解決策略有很多，教師可以根據具體的教學目標、概念特征、自身因素、學生特點等來靈活選擇教學策略，以促進學生對核心概念的有效學習，真正實現當前教育所提倡的有效教學.

1 Weiss, I. R. & Pasley, J. D. What is high-quality instruction.Educational Leadership, 2004: 61

2 劉晟,劉恩山.核心概念在理科教學中的地位和作用——從記憶事實向理解概念的轉變.教育學 報,2010,6(1): 57～61

3 吳茜.初中生物學核心概念教學的問題與對策研究：[碩士學位論文].長春：東北師范大學,2013.2～3

4PaulDehartHurd.NewDirectionsinTeachingSecondarySchool.Chicago:RandMcNally&Company. 1971.247

5NationalCouncilofTeachersofMathematics.PrinciplesandStandardsforSchoolMathematics.Reston,VA:Author,2000

6 普萊斯頓·D·費德恩, 羅伯特·M·沃格爾. 教學方法——應用認知科學，促進學生學習.王錦,等譯. 上海:華東師大出版社, 2006.462

7H·林恩·艾利克森. 概念為本的課程與教學.蘭英，譯.北京：中國輕工業出版社,2003

8 張穎之,劉恩山.核心概念在理科教學中的地位和作用.教育學報，2010(2):57～60

9NationalResearchCouncil.AFrameworkforK-12ScienceEducation：Practices，CrosscuttingConcepts，andCoreIdeas.Washington.D.C.:TheNationalAcademiesPress,2011.34

10 葉善專.關于小學科學課程標準科學知識內容修訂的思考.hltp://nsse.handsbrain.com/article.php/175,2009-12-13

11 胡衛平.科學概念在教學中思維能力的培養.中國教學學刊,2004(9):44～46

12JosephD.Novak&D.B.Gowin.LearningHowtoLearn.England:CambridgeUniversityPress. 1984.15

13 中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準(實驗).北京：人民教育出版社，2003.3

14 中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準(實驗).北京：人民教育出版社，2003.3

15 王銘志,陳秉初,周陽.基于核心概念的生物學探究實驗研究.中學生物學,2011,27(1):10～11

16 李麗. 初中物理概念教學中核心提問策略研究：[碩士學位論文].曲阜:曲阜師范大學, 2008.14

白璐(1988- )，女，在讀研究生，研究方向為物理課程與教學論.

指導老師：白少民(1959- )，男，碩士，教授，研究方向為量子光學、物理課程與教學論.

2016-09-09)