基于概念圖的單元知識結構化方法*
——以高中物理“原子結構”單元為例

趙 健

(甘肅省金塔縣中學 甘肅 酒泉 735300)

傳統的課時主義教學理念是以教材編排的既定順序線性展開教學，學生獲得的知識是碎片化的，知識在腦海中呈現單點結構，記憶后容易丟失，知識點間容易混淆.同時，知識處于惰性狀態，不利于知識的提取和再現，造成變通和遷移困難.將碎片化的“知識”按照其內在的邏輯關系整合成有結構的模塊，通過整合促進知識在腦海中的歸并湮滅和漸進分化，獲得整合性認知，有利于物理觀念的培養.學生將物理知識轉化為物理觀念后，知識在腦海中呈現多元、關聯結構，容易激活.激活的知識有利于靈活變通或遷移到新的情景中，學生具備了運用物理知識解決問題的能力，實現了知識意義的自我建構，“素養”便得以形成.其中結構化的知識是物理核心素養形成的關鍵，這就是當前大力倡導“單元設計”的緣由.

單元是將與某一主題相關的知識組織在一起構成的，一般分為教材單元和經驗單元.教材單元是該學科領域內的專家以系統化的學科知識為基礎，學科框架為模式編寫的知識單元，具有較強的整體性、系統性、科學性，不建議輕易打亂，適宜新課教學時采用；經驗單元是以學生的生活、學習實踐為基礎，認知模式為框架來設計和組織的，往往需要跨章節、跨模塊組織主題單元，對教師的經驗和能力要求較高，一般在高考專題復習或項目教學時采用.無論采取哪一種單元形式，設計者都要從全局的高度整體考量單元教學.我國著名的課程與教學論專家鐘啟泉教授指出：“基于核心素養的單元設計是撬動課堂轉型的一個支點，這已成為一線教師必須直面的嚴峻挑戰.”[1]當前，基于整體主義的單元教學設計已經成為教學設計的發展趨勢.

概念圖作為一種有效組織和表征知識的工具,它通常是將某一主題的核心概念置于頂層或中間，將一般概念置于下層或周圍，然后用連線將相關的概念或命題連接,連線上標明兩個概念之間的連接詞.概念、連線和連接詞是概念圖3個基本的組成結構,概念、命題、交叉連接和層級結構則是概念圖的4個基本圖表特征[2].概念圖非常適宜作為一種整體化的單元教學設計工具，利用圖示的方法將單元內的知識點相互關聯，實現隱性知識顯性化，知識結構清晰化，思維過程程序化，便于呈現知識的全貌.本文以“原子結構”單元為例，簡要說明基于概念圖的單元知識結構化方法時需要關注的3個方面，以期為基于整體的單元教學設計提供參考.

1 解讀學科課程標準 確立單元教學觀念目標

學科課程標準是單元設計的主要依據，在確立單元教學觀念目標時具有方向標作用，它規定了學科的課程性質、課程目標、內容目標、實施建議等，掌握了課程標準才能做到全局在胸，把握整體.

關于“原子結構”，課程標準的內容要求是：

(1)了解人類探索原子及其結構的歷史.

(2)知道原子的核式結構模型.

(3)通過對氫原子光譜的分析，了解原子的能級結構.

教學建議是：查閱資料，了解華人科學家在粒子物理領域中的杰出貢獻[3].

通過分析關于這一主題的課標內容和教學建議不難發現，這一部分對必備知識和關鍵能力的要求并不高，處于了解和知道的Ⅰ級要求，主要通過了解人類對原子結構模型的迭代建構歷史，培養學生的問題意識和責任意識，激發科學探究的興趣；通過對陰極射線、α粒子散射實驗、氫原子光譜的研究，培養學生的證據意識，樹立實事求是的科學態度和發展的(科學)哲學觀，最終形成物質有結構、有能量的物質觀念.

2 解析學科教材內容 確定單元核心概念 繪制概念圖

學科教材內容是課程標準的具體化，是學科專家、學科教學專家、課程專家和一線教師集體智慧的結晶，教材編寫時以學科大概念為核心，按照知識發展的歷史和知識的內在邏輯順序組織，同時兼顧本學段學生的認知規律和學習規律，具有結構化、系統化、課程化的特點.教材的功能和地位毋庸置疑，但教材以章節的形式線性呈現教學內容，弱化了核心概念的統攝作用，大量的一般概念、規律、原理淹沒了核心概念，概念之間的邏輯聯系部分斷裂，知識結構若隱若現，需要教師解析教材時站在全局的高度理解教材的編寫意圖，以單元教學的觀念目標為出發點，運用逆向思維，對教材進行二次開發，聚焦核心概念，還原知識結構.具體操作程序如下：

(1)研讀教材內容，列出概念一覽表

關于“原子結構”，基本概念及知識點有陰極射線、電子、西瓜模型、α粒子散射實驗、核式結構模型、原子結構、光譜、線狀譜、連續譜、發射光譜、吸收光譜、氫原子光譜、基態、激發態、軌道量子化、量子數、能級、躍遷、頻率條件、氫原子能級圖、玻爾原子模型、電子云……

(2)概念及知識點排序，確定核心概念

本單元其他概念和知識點都是為建立原子結構模型服務的，所以核心概念確立為“原子結構”，本單元一般概念的提出遵循人類認識原子結構的發展歷史，可以按歷史順序排列.

(3)建構概念圖，還原知識結構

概念圖的建構不必拘泥于固定的模式，要充分發揮自己的想象力和創造力，用具象的圖示方法將該單元的知識結構描繪出來，要求概念的上下位關系明確，知識結構清晰，核心概念突出，概念呈現全面，概念間的聯系廣泛、緊密.可以根據需要添加或刪除概念.

“原子結構”概念圖示例如圖1所示.

圖1 “原子結構”概念圖

3 分析學生的認知心理層次 設計學習進階路徑

學習者的知識、認知、心理水平是教學設計的起點，物理觀念目標是教學的終點，從起點到終點的學習旅程就是學習進階路徑.學習科學將學生的能力進階過程劃分為4個階段：

(1)無意識無能力階段.學習者不知道自己要學習什么，不知道自己在相關領域知道什么和不知道什么.

(2)有意識無能力階段.學習者知道自己要學習什么(獲得問題意識)，由于不具備相關領域的知識和技能，不能解決相關問題，但有較強的求知欲.

(3)有意識有能力階段.學習者知道自己要解決的問題是什么，能有意識調用學到的相關知識去解決簡單問題(獲得必備知識)，但缺乏靈活性和控制感，認知容易超負荷.

(4)無意識有能力階段.學習者將學到的物理知識內化為物理觀念，獲得自動化的模式識別能力(獲得關鍵能力)，潛意識狀態下自動調用相關知識解決問題，具備解決復雜問題的能力(核心素養形成)，認知負荷減輕.

在單元教學設計中，教師圍繞單元教學目標結構化組織學習材料，形成由簡單到復雜，由低級到高級的材料序列.設計時要明確各材料所對應的能力發展層級和具體表現，便于學習過程中教師依據診斷結果及時調整材料的內容及呈現方式，在循序漸進中實現概念的進階[4].

下文以“原子結構”為例，以表格(表1)的形式呈現單元學習過程設計的內容，包括基于學習科學的能力進階層級和對應各層級的知識內容安排、素養發展規劃等等.

續表1

4 結束語

綜上所述，基于概念圖的單元知識結構化方法是行之有效的.在具體的教學設計過程中，教師要樹立結構意識、功能意識、能量守恒意識、力與運動意識，在這4種意識的引領下，使學生養成從全局的高度考慮問題的習慣；具體的教學實施中培養學生“有依據思考”的理性精神、實事求是的客觀態度和勇于探索世界的能力信念，促進他們物理學科核心素養的形成與發展.