運用知識圖譜指向核心素養的物理復習課教學設計
——以初中物理力學綜合復習教學為例

薛鈺康

(江蘇省蘇州工業園區星海實驗中學,江蘇 蘇州 215021)

基金項目:本文系江蘇省十三·五教育規劃課題(重點)“聚焦核心素養的初中物理共同體學與教的實踐研究”(批準號:E-b/2016/13)的階段研究成果.

復習是學習知識最基本的要求,復習課在物理教學中有著極為重要的作用.通過良好的復習課教學,既能使學生將零碎的知識條理化、系統化,形成良好的認知結構與思維方式,還能促進學生學會學習,提高學生理性思維、團結協作、問題解決、勤于反思的能力,領略科學與人文的真、善、美.

因此,設計既能有效促進學生知識與能力的提升,又著力發展學生核心素養和關鍵能力的物理復習課,是一件十分有意義的工作,僅此與大家一起交流.

1 知識圖譜——新的教學視角

“譜”在現代漢語詞典上的一個解釋是:按照對象的類別或系統,采取表格或其他比較整齊的形式,編輯起來供參考的書，例如年譜、食譜，還有我們熟悉的曲譜、家譜等,在我國有悠久的歷史.知識圖譜又稱科學知識圖譜,是谷歌公司在2012年首先提出的技術術語,是其打造的搜索引擎的一種新功能，是顯示知識發展進程與結構關系的一系列各種不同的圖形,用可視化技術描述知識資源及載體,挖掘、分析、構建、繪制和顯示知識及它們之間的相互聯系，所以被稱為“像人一樣思考的搜索引擎”,迅速成為知識工程領域的研究熱點.實際上知識圖譜就是用“搜索+知識庫”的方式來重新組織海量網絡數據,是一種知識組織系統,因此,又被圖書情報領域得到重視、研究與應用.有專家提出,知識圖譜本質上是一種語義網絡,是一種組織關聯,知識圖譜的節點就是知識組織中的知識單元,它可以是實體,也可以是公式、算法、學習模型等.知識圖譜基于多維的圖結構有利于表示知識單元之間的關聯,體現了立體化、結構化的知識存儲方式.

近年來,由于知識圖譜的立體、結構、關聯等形象特性類似于人腦思維,又逐漸應用于教育教學領域.陳玉琨先生指出:“知識圖譜在中小學有時也被稱作“知識樹”或知識地圖,它是學科自身邏輯與學生認知發展客觀規律的反映,是教師教學的指南,是安排學習行程的依據”.知識圖譜的關聯性、結構化、立體化和可視化特征對于學生的學習和教師的教學有非常積極的意義和價值.

2 復習課教學——建構知識結構的教學

復習課不是簡單的知識回憶總結過程,學生在一個階段的新授課學習后,學習了一個或多個單元的物理知識,由于授課是一天一天的、分立的,因此每天學習的知識也是比較分散,系統性比較差.有人說過“學生初次接觸到這一學科的知識時,它們在他眼里都是零散的、獨立的信息,就像隨意分散在一條時間軸上的歷史事件的日期.”而且,早期學習的知識內容,由于時間較久產生遺忘較多,這給予學生后期知識的學習、掌握及問題解決時的運用都帶來一定的困難.認知科學的研究表明,只有在掌握了大量事實和基本知識的前提下,學生才能發揮出教師希望他們具備的分析和批判性思維能力.但是,我們知道知識都是相互關聯的,對知識間的關系了解得越清楚,我們才越能夠進行批判性分析和創造性思維.

運用課堂互動構建知識圖譜進行復習,能通過知識與思維相似的方法與途徑,幫助學生深化物理概念的理解,促進概念之間的關聯,有利于學生系統知識結構的形成,加速學生實現知識的鞏固與提高.專家研究表明，對學生或任何一個人來說,真正的挑戰不是把事實和信息塞進長期記憶庫中,而是當我們需要某部分內容,或這部分內容可以幫助到我們的時候,能夠把它提取出來.每次我們從記憶中提取一段信息或經歷,我們就在鞏固從長期到工作記憶的神經通道,在工作記憶中我們可以利用記憶來思考和采取行動.因此,通過運用知識圖譜開展良好互動復習課教學活動,能夠促進學生形成良好的認知結構,提升學生學科核心素養與關鍵能力.

3 “力學綜合”知識圖譜的復習教學設計

實際教學中,如何運用知識圖譜于教學中呢,以一節初三第二輪力學綜合復習課為例,設計如下.

3.1 教學任務

學生在第1輪章節復習的基礎上,初中物理第2輪總復習,要將學生按教材編排初次學習的分散的知識,根據物理學本身的知識體系力、熱、光、電進行統整建構,使學生形成與掌握既符合認知特點又符合物理學理論體系的力學知識體系(知識圖譜),并會運用于問題解決中.

3.2 教學對象

經過一年半多的時間物理學習及首輪復習,初三學生已具備對相關物理概念的初步認識.但是,前面的學習與復習中,由于教材內容的單元獨立性(教材編排是符合學生對應年齡的認知特點),學生具有的知識體系比較散亂,概念之間相互關聯不夠,沒有形成系統的知識結構體系,對知識內容的理解不夠深刻.

3.3 教學目標

學習目標: (1) 在一輪復習基礎上,將概念、規律進行分類、歸納與關聯,形成力學知識的立體結構圖譜,促進對知識的深度理解;(2) 通過實際的問題解決過程,熟練對知識圖譜中相應知識的提取與輸入,達到融會知識,提高力學問題的解決能力.

教的目標: (1) 通過誘思引導,幫助學生搭建力學內容的知識結構圖譜; (2) 設計對應的問題,幫助學生從“新手”向“專家”過渡.

3.4 教學方法

綜合啟發式互動、可視化教學.

3.5 教學過程

(1) 創設情境,提出問題.

問題1:在一輛平穩勻速運動的“和諧號”動車上,你能利用托盤天平(帶砝碼)、量筒來測量小石塊的密度嗎?如何測量?測量出的密度與列車速度有關嗎?

注:把測密度換到列車上進行,主要是改變一下問題情境,激發學生的興趣,進行交流討論,啟發思維,喚醒相關概念知識.這里不談慣性系的問題.

問題2:在這個問題中,包括器材原理等涉及到你學過的哪些物理知識?

注:引導學生回憶.

問題3:離開這個問題,能說說你學過的力學知識包括哪些?能回想完整嗎?

注:讓學生認識知識碎片化記憶不利于掌握和問題解決,誘發要系統整理知識的欲望.

問題4:怎樣比較完整地說清楚學過的力學知識呢?

注:引導歸類分析,從大概念到小概念,尋找聯系,構建結構.

(2) 啟發互動,搭建圖譜.

問題5:老師認為我們學習的力學主要涵蓋了“運動、平衡、功與能、機械”4大問題,你能嘗試思考他們之間有關聯嗎?你能用圖示的方式來呈現?

注:由于學生已有過概念圖和思維導圖的經驗,學生會這樣思考,教師可以給出圖1,引導學生搭建結構,知識關聯,指出其間相互關系的內涵,如圖2.

圖1 結構

圖2 關聯

問題6:那么,運動、平衡、功與能、機械的下一級包含什么呢?

注:這里可以讓學生通過生生互動交流得出,如圖3.

圖3 力學立體知識圖譜(1)

注:進一步的下一級知識結構圖譜,作為課后作業,讓學生畫出.

(3) 知識提取,問題解決.

教師針對搭建的知識結構,及中考復習方向與要求,設計幾個相應問題,進行結構知識的鞏固.

(4) 課堂小結,作業布置.

用立體的知識圖譜更有利于表示各項之間的關聯,例如圖3中,你還可以補充“平衡”、“運動”、“機械”、“功與能”之間的連線上的關聯因子,能夠幫助你打通知識之間的壁壘,促進你學習的深入,即所謂的深度學習.

3.6 教學延伸與評價

結合學生課后作業的反饋,分析與發現學生知識結構圖譜的問題,可以通過下一次課的生生、師生交流完善.實現教學有痕到無痕的對接,使學生形成相對完整的階段性知識圖譜.當然,也要讓學生明確,各自知識圖譜可以是不同的,例如教師也可以形成如圖4的圖譜，關鍵是符合自己的認知和物理知識本身的邏輯即可,而不必是唯一的.但要學會自己分析、歸納,將其畫出來,用直觀的、立體的圖譜表達出你的所知,這樣既便于發現自己存在的問題,又利于知識的深刻理解.

圖4 力學立體知識圖譜(2)

不論何時,讓學生明確這點很重要.建構知識圖譜,可以減輕學生工作記憶的負荷,輕裝上陣,能著力提升學生問題解決的能力.

4 運用知識圖譜提升學生核心素養與關鍵能力

有研究表明，專家的知識體系與初學者的知識體系之前有一個重大差異,即他們對一種概念、事實與技能間的關聯數量與關聯密度不同.在專家的腦中,所有已知事實與信息之間的聯系交織成密集的網絡,而在初學者腦中,這樣的網絡是稀疏的、不完整的.這些聯系的密集程度對于知識的記憶和理解都有影響.當新的事實進入這個錯綜復雜的關聯網絡時,就會牢牢扎根于此,也會更容易在多語境中得到使用.而且由于這些事實與其他大量事實和信息聯系緊密,所以專家比初學者更熟悉如何在其他語境中使用或運用某條事實.運用知識圖譜于復習課教學之中,就是要加速使學生從“初學者”到“專家”這個進程,讓學生在輕負荷的環境下,在師生、生生學習共同體的環境下,通過交流互動、批判反思、質疑創新等方式,形成自己的立體的、關聯的、系統的認知結構,其中包含了文化的因素,包含了自主的因素,包含了合作的因素,提升的是學生學科核心素養與關鍵能力,實施的是真正意義上立德樹人的教學.當然,教學和學習都是一項長期的、持續的活動,師生運用知識圖譜于教學和學習之中也是如此,初期教學時,設計以教師引導為主教學,待學生熟練以后,可以設計讓學生為主的課堂教學.一句話,就是我們設計的可視化教學要讓學生自身的物理知識結構和認知結構豐滿、立體、關聯起來.