促知識內化的學習活動設計研究*

吳彥文

(華中師范大學國家數字化學習工程技術研究中心 湖北 武漢 430079)

李夢鴿 葛 迪 程家洛

(華中師范大學物理科學與技術學院 湖北 武漢 430079)

1 物理學科教學對知識內化的要求

“致知在格物”，物理是一門主要以實驗為基礎來研究物質的基本結構、相互作用以及運動規律的系統性與綜合性并存的自然科學[1].它的教學目標應定位于“將知識內化為物理核心素養”這個基點.因此，“知識內化”就成為中學物理教學重要的研究課題.

就物理學科而言，知識內化就是使教材內容與學生內部原有的結構化知識建立聯系，不斷完善成為新的認知結構，同時促進知識向物理素養的轉化.物理核心素養涵蓋4個要素，分別為“物理觀念”“科學思維”“科學探究”“科學態度與責任”[2]，諸要素又按照對內化的要求縱向劃分為不同層次水平，如圖1所示.

物理核心素養是物理學科人才培養的核心價值體現，這就要求學生在其知識內化過程中，經歷基于物理現象完成實驗探究的物理建模過程，形成推理論證思維，在探究活動中培養科學的態度與責任.

基于此，本文從知識內化視角分析梳理了“物理課程學習”實踐中存在的問題，以促知識內化為核心，進行教學模式設計并進行實證研究，借此提升學生知識內化效果.

2 主要問題與分析

本研究采用網絡問卷調查與訪談的方法對華中師范大學2020級的105位在職公費物理教育師范生及其所教的7 250位學生進行“物理課程學生知識內化現狀”的調研.經過數據統計分析，學生物理學習存在的主要問題如下.

2.1 師生對物理核心素養內化給予的關注和對學習成績的期望不相稱

調查數據顯示，僅有36.77%的學生及47.14%的教師在學習和教學過程中比較關注物理核心素養的提升；23.25%的學生具有較為清晰、系統的知識體系結構；59.45%的學生知識內化層次不高.

針對上述問題，本團隊按照隨機抽樣選取一部分教師進行追蹤訪談，教師表示高中物理學習課業任務比較重，全面發展的素質教育理念在高中并沒有得到深入普及，致使學生知識學習還以成績作為主要判定標準.同時促進知識內化的教學理念沒有全面貫徹在教學設計中，使得學生知識內化還停留在較淺的層面.

因此，教師在教學設計過程中，可以有意識地幫助學生逐步加深物理觀念，運用實驗教學法幫助學生形成科學思維以及科學探究意識，同時在探究中內化所學知識，提升學生知識內化層次.

2.2 學生物理實驗學習效果有待提高

調查數據顯示，76.36%的教師表示教學期間經常帶學生進行物理實驗探究，僅有6.32%的教師很少進行物理實驗教學；同時87.45%的學生認為物理實驗對自己學習有很大的幫助，希望通過實驗加強自己對知識的理解.對上述數據分析得出以下導致物理實驗教學效果差異的原因：某些學校，缺少相應的實驗設備使得實驗教學無法順利開展；同時，中學課程安排緊張，實驗教學安排相對較少等使得物理實驗教學開展受阻.

對此，教師可以利用網上虛擬實驗平臺，如NOBOOK、物理實驗室、手機物理工坊等進行實驗教學，使學生切實了解到實驗的整個過程，直觀感受實驗結論，對物理知識有更加深入的了解和認識.

2.3 教師需要強化學生知識體系結構構建能力

調查數據顯示，67.56%的學生在物理學習過程中，不能建立清晰有效的物理知識結構，僅有13.12%的學生能夠建立邏輯清晰的自我知識結構.

物理學習活動中，學生構建自身知識體系結構的能力有待進一步提高.長期以來，教師以知識點為教學內容，而在學生知識體系構建能力培養方面欠缺系統性培訓；同時學生自身因素也會影響知識體系的構建，如學生理解力水平、總結概括能力等.

因此，教師應采用系統化教學策略引導學生循序漸進地構建自己的知識體系結構，進而培養學生科學的邏輯思維能力，落實物理核心素養教育.

2.4 缺失評價學生學習的有效方式

調查數據顯示，58.96%的學生和68.45%的教師認為現有教學評價不夠全面，不能準確反饋學生學習內化情況.教師在教學過程中，存在過分注重考試成績的量化評價、缺乏對學生物理核心素養的質性評價以及缺少激勵功能等現象.

因此，教師可以充分利用信息化教學平臺學生學習反饋數據進行精準評價，從注重結果轉向注重學生物理學習過程中物理核心素養表現.同時教師還應該注重評價指標的科學性和過程性，動態關注學生學習過程并給予持續激勵性評價，實現學生物理課程學習過程中知識內化過程追蹤.

3 促知識內化的學習活動設計案例

基于對上述問題分析，本研究提出促知識內化的學習活動設計模式，主要包括以下3個部分：課前宏觀整體思考、課中中觀知識構建、課后微觀關聯生成，從這3個階段整體促進學生物理知識內化，如圖2所示.

圖2 促知識內化的學習活動模式設計

3.1 案例設計

本研究以指導公費師范生進行“牛頓第三定律”學習活動設計為案例，如表1所示，分析如何應用改進的學習活動設計模式促進學生宏觀、中觀、微觀層面知識內化的發生.牛頓第三定律是牛頓第一定律和牛頓第二定律的補充，完善了牛頓運動定律的內容.本節課的內容分3個層次，先是作用力和反作用力的概念，接著是作用力和反作用力的關系，最后是作用力和反作用力在生活中的應用.因此基于物理核心素養的教學設計的重點應是學生經歷基于實驗事實獲得牛頓第三定律概念建立的體驗.通過前面物理課程的學習，學生對于相互作用力有了一定的感性認識，需要通過大量的實例來深刻理解作用力與反作用力的具體關系，即理解牛頓第三定律的內容，并學會應用牛頓第三定律解決生活中的相關問題.

表1 “牛頓第三定律”教學過程

3.2 教學效果分析

為檢驗該教學活動設計實例的教學效果，本研究以公費師范生帶的356名高中生為調查對象，探究該活動的學習效果.在進行“牛頓第三定律”教學實踐后，以問卷形式檢測學生物理知識內化能力的變化.問卷數據表明：本課程指導公費師范生設計的促知識內化的學習活動設計對學生知識的內化有一定的促進作用.具體表現在：

(1)在促知識內化的學習活動中，以物理實驗進行情景導入，有利于激發學生探索興趣[3]，這是促進學生形成正確物理觀念的重要途徑；

(2)以物理知識結構體系為學習路徑，引導學生學習系統化，使學生積極參與建立自身知識結構的全過程，可以培養學生科學的思維方式；

(3)依托“進化型”作業將所學物理知識用于解決實際問題，在遷移應用中培養學生科學探究精神，形成科學的態度與責任.

4 促知識內化的學習活動設計的對策與建議

4.1 課前巧設演示實驗進行情景導入

物理虛擬實驗平臺擴展了學生的物理學習空間，使學生可以在具體的實驗操作中加深對物理知識的理解，促進物理觀念內化的發生.在“信息技術與物理課程整合”中，引導公費師范生結合信息技術進行相關教學實踐，例如：借助NOBOOK進行加速度的探究實驗；基于DISLab平臺探究平拋與斜拋運動，引導學生利用手機加速度傳感器軟件居家設計圓周運動裝置，再結合phyphox的centripetal acceleration功能進行數據的收集，并對數據進行處理；利用phyphox軟件測量加速度等.這些實驗教學探究能夠較好地激發學生潛在的物理學習興趣，使得物理觀念內化于心[4].

課前以DIY實驗或虛擬演示實驗導入教學情境，可以將抽象、復雜的物理知識以實際直觀的方式進行呈現[5]，使學生對物理問題的探究過程有深度的體驗感，從而促進學生物理觀念的內化.

4.2 依托知識圖譜技術

運用知識圖譜技術，可從非結構化學習資源中抽取實體、關系等要素，利用可視化技術加強知識的邏輯意義,有利于學生知識結構的系統化，幫助學生完成新舊知識的連接，加速學生實現知識的內化[6],促進學生科學思維方式的發展.經過公費師范生教學實踐相關培訓，大部分教師都能夠有意識地運用知識樹、思維導圖、知識圖譜等方式引導學生完成自身知識結構的構建，從而促進學生物理知識的內化.

在教學實踐案例分享中，公費師范生通過線上學習平臺發布測試，根據反饋數據精準構建用戶畫像，然后采用知識圖譜技術生成基于物理學科知識體系結構的個性化學習路徑.如圖3所示，為公費師范生設計的牛頓運動定律知識圖譜.

在教學的實踐中，引導公費師范生采用知識圖譜方法輔課，有利于學生在分析物理問題過程中逐步建立起真實清晰的物理概念，形成科學思維，從而循序漸進地促進知識的內化.

4.3 布置“進化型”作業

在教學評價反饋中，借助“進化型”作業以跨界、多元、有趣和思維表達為特點，實現評價的多元化、精準化、個性化等特點.這就要求教師要以多元評價、精準反饋、持續激勵為手段，讓學生在完成多元化作業的過程中，在大腦中形成優勢興奮中心，在興之所至中與已有的知識和經驗建立連接，讓思維火花在共享中迸發，完善知識結構.

基于物理學科實踐性特點設計創新實踐型開放作業，將創新實踐型活動與物理作業有效融合，變單調枯燥的書面作業為輕松有趣的實踐活動.通過進化型作業讓學生在動手實踐中內化所學物理知識，深化物理核心素養[7]，同時也促進了教學評價方式的多元化.

可見，核心素養教育背景下，教學評價的核心應定位于學生核心素養的發展.根據多元智力論、構建主義以及后現代主義，教師應用信息技術對學生進行全方位多角度評價，可以對教學過程進行及時的反饋和調節.

5 結束語

核心素養視域下，教學形式是載體，知識內化才是核心.為此本文在對教學中存在的問題進行梳理的基礎上進行了促知識內化的物理學習活動設計并進行實證研究.教學實踐表明：該學習模式使學生通過構建自身知識體系結構循序漸進地完成了從知識認識到知識內化，再到知識升華為物理核心素養的過程，豐富了核心素養視域下的教學模式，實現了課前宏觀整體思考、課中中觀結構建構、課后微觀聯系3階段知識的深層次內化.最后，結合公費師范生課程教學實踐，提出了促知識內化的學習活動設計的對策與建議，以期推動學習活動設計縱向深入發展.

隨著信息化教學手段與教學方式的不斷更迭，本文的研究仍存在著進一步提升的空間.例如：學習平臺可引入知識追蹤模型精確估計學生知識掌握情況進而推薦更有效的個性化學習資源與知識內化路徑；還可以將融合心理學、腦科學的“認知圖譜”引入學生知識體系結構構建中，更好地促進學生知識的內化與物理核心素養的融合.為此，本團隊仍將進一步探索促進知識內化的學習方法.