初中物理大概念提取的路徑探討

摘要

大概念是落實核心素養的重要抓手，但由于大概念的內隱及抽象等特性，大概念的提取并非易事。為此，結合物理教學實踐，提出從理論書籍閱讀、課程標準解讀、小概念聚合、專家型思維形成、物理方法遷移等五條路徑加以提取，并結合具體物理教學案例條分縷析。

關鍵詞

初中物理? 大概念? 概念聚合? 專家型思維? 物理方法遷移

引用格式

王雄.初中物理大概念提取的路徑探討[J].教學與管理，2022（31）：58-60.

對于什么是大概念，專家們從不同的角度進行了多元概述，大多研究者都沿用英國學者溫·哈倫對科學大概念的定義：“是指可以適用于一定范圍內物體和現象的概念。”[1]權廣仁結合科學大概念及物理學科特點，對物理大概念做了定義：“物理大概念是研究同一類物理問題與物理現象本質特征的概括，是一定認知結構、物理觀念、物理方法、科學態度和精神及價值觀所建構的知識體系。”[2]對于大概念的作用與功能，美國學者格蘭特·威金斯和杰伊·麥克泰格在《追求理解的教學設計》一書中指出，大概念發揮著“概念魔術貼”的作用。由此可見，對于大概念的本質、價值、意義，已得到了廣大教師的認同，大概念對于教學的重要性已不言而喻了。

然而，知道重要性并不代表廣大教師就真正理解并能在實踐中運用大概念。目前教師們面臨的最核心問題是：有哪些路徑可以清晰提取大概念？如果不解決這個問題，大概念的價值就如“鏡中花”“水中月”。

因為大概念內涵的高度抽象性與統攝性，提取它并非易事，需要按照一定的路徑才能進行。基于此，我們結合教學實踐，總結出從理論書籍閱讀、課程標準解讀、小概念聚合、專家型思維形成、物理方法遷移等五條提取大概念的路徑。

一、通過理論書籍閱讀提取大概念

在美國學者懷恩著，彭利平譯的《科學上的五種學說》這本書中，懷恩通過問題與大概念的方式提出了有關科學的五個大概念：原子模型（物理）;元素周期律（化學）;進化論（生物）;板塊構造學說（地理）;大爆炸理論（天文學）。

在大家熟知的溫·哈倫的《科學教育的原則和大概念》這本書中，哈倫提出了14個科學大概念，其中有四個大概念與物理教學有關：不接觸的物體之間也可以產生作用;力能改變物體的運動狀態;宇宙能量守恒;所有物質都由微粒構成。

通過這些與大概念有關的理論書籍閱讀，我們可以直接提取這些大概念。在提取過程中，我們對大概念也有了以下的認知：一是統一性。科學大概念來自對物質世界的終極追問，物理大概念是科學大概念的一部分。同時，物理大概念注重自然科學中的統一概念和原理，引導學生認識自然界的內在統一性。二是抽象性。大概念是通過逐漸剝掉事實的外殼，從而反映事物更為隱蔽、更為本質的東西，是從具體到高度抽象概括的過程，具有較高的抽象性。三是遷移性。因為大概念反饋了事物最本質的特征，可以聯結不同事物，有很強的遷移性。大概念可以在相似性較高的兩事物之間進行“具體→具體”的低通路遷移，也可以在相似性較弱的事物之間進行“具體→抽象→具體”的高通路遷移，體現了良好的遷移性。這些大概念的性質感受于大概念的直接提取之中，又反過來為大概念提取提供一些判斷證據。

二、通過課程標準解讀提取大概念

課程標準是教材編寫、教學、評估和考試命題的依據，體現不同階段的學生核心素養等方面的基本要求。以課程標準為基準，可以全面深刻地提取學科“大概念”。例如《義務教育物理課程標準（2022年版）》中第一次明確提出“物理觀念、科學思維、探究實踐、科學社會責任”為核心素養的四個方面。其中將物理觀念分為“物質觀念”“運動與相互作用觀念”以及“能量觀念”。物理觀念的這種界定方式，類似于國際科學教育中的大概念。基于此，我們可以從物理觀念中直接提取最重要的幾個大概念：物質、運動與相互作用、能量。

三、通過概念不斷聚合提取大概念

顧名思義，概念是通過對事物的概括而形成的一種存在于人腦中的觀念。大概念屬于概念，必然符合概念形成的一般過程，同時“大”有基礎、核心的含義，又有自己獨有的特征。因此，需要我們同中求異，異中求同，在概念學習過程中聚合大概念。

1.自左到右的概念聚合

因為大概念表現的多樣性，國內有專家認為“大觀念”即為“大概念”。并有專家結合物理觀念形成要求，尋求物理觀念（大概念）的形成實踐路徑。例如，浙江師范大學蔡鐵權教授及其團隊通過研究，結合物理概念的形成過程及物理觀念的特殊性，建構了物理觀念（大概念）養成的一般架構[3]（如圖1）。

這一架構中的”物理觀念“即物理大概念。在平時的教學設計中，我們可以以此為基本參考，進行設計與操作。

2.自下而上的概念進階

在學習過程中，大概念聚合常常與學習進階理論結合在一起，通過進階理論組織概念進階，促進大概念的建構，其進階模型主要有三種（如圖2）。

（1）梯子模型。類似于爬梯子，即聚焦于某一知識點或知識結構，步步向上，通過單線式的進階路徑，爬到終點才能完成大概念的建構。

（2）拼圖模型。如拼圖游戲一樣，即聚焦于多個小概念關聯在一起構建大概念，強調概念之間的橫向拓展，但思維卻是進階的。例如在“光運動”大概念聚合中，我們先了解光的直線傳播特點，知道光在同一種介質中沿直線傳播;之后了解平面鏡現象，知道光的反射定律特點;再結合生活透鏡情境，探究光的折射本質。只有在光的直線傳播、光的反射、光的折射等知識都清晰后，我們才會對光的運動有整體的、全面的認識，才能科學地解釋生活中復雜的光現象。

（3）螺旋模型。如練習馬拉松，從短程、半馬到全馬，即聚焦于同一內容，在相同的維度逐漸增大其深度和復雜程度，使學生的思維在學習中不斷螺旋上升。例如關于能量大概念的聚合，小學時，主要讓學生通過自己的直接感知認識一些具體的能量，如風能、電能、光能等，初步知道能量之間可以相互轉化;初中時，同樣是能量大概念，學生對能量的形式有了更多樣性認識，進一步知道了核能、原子能、內能等，并在此基礎上對能量的轉化認識從定性走向部分定量，繼而知道能量轉化與守恒定律;高中時，對于能量大概念能通過定量分析理解能量轉化的關鍵，認知不同形式能量的本質。

需要說明的是，不管是哪一種模型，大概念提取主要有兩個功能。第一，畫像的功能。因為大概念的聚合作用，有利于低位的、碎片的知識不斷整合，從而實現從“知識點”走向“知識結構”這個“種樹育林”的過程，更有利于學生從整體上把握核心，將教學引向深入。第二，導航的功能。在以大概念為核心的知識進階中，從顯性來看，是知識的結構化形成;從隱性來看，這些結構化、關聯性的知識體系之中蘊含著物理方法與物理精神的串聯。他們一起發揮著指南針作用，從而指向學生核心素養的形成。

四、通過專家型思維形成提取大概念

大概念提取的關鍵之一是要形成專家型思維。所謂專家型思維主要體現在兩個方面：一方面他們能從具體的事物中抽象出大概念，體現出高度的歸納能力;另一方面又能將抽象的大概念應用于具體的事物之中，體現出良好的演繹能力。在這個具體——抽象的過程中，需要老師既全局總攬，又要關注關鍵細節，從而能自由地行走在抽象和具體之間，體現了靈活的思維切換力。對比分析，廣大一線教師擁有豐富的具體經驗，對教學的關鍵細節也能如數家珍，但所缺乏的是對關鍵細節之后的不斷追逐、追問、追究，具體表現為有的教師平時交流時滔滔不絕，但真正提煉時卻噤若寒蟬，其原因是缺乏對大概念的揭示、思考、整合，這也是普通教師與專家型教師的最大區別。一般老師的思維更多是自下而上的歸納思維;專家思維更多的是在把握自上而下的演繹思維后，結合一些關鍵細節，在歸納與演繹思維兩者之間自由與靈活轉換。在這個過程中，素養得到提升，大概念也會水到渠成。

五、通過物理方法遷移提取大概念

大概念學習不僅僅是對大概念本身的學習，更是對大概念形成過程中思維、證據、方法的學習。正如溫·哈倫等人所說，“如果教學法并不與大概念的需求銜接，只是建議教學內容應該關注大概念是沒有用的”[4]。大概念不是教師簡單的告知，而應在新舊認知交替中、在師生對話中、在共同探究過程中實現。

在物理教學中，我們常會遇到“黑箱”問題。“黑箱”作為一個科學概念，是指其內部結構尚不能夠或不便于直接觀察，而只能從外部去認識的現實系統。“黑箱法”是研究物理問題的一種重要的科學方法。運用“黑箱法”教學，有利于激發學生學習熱情，鞏固其對物理概念和規律的認識和把握，培養學生的綜合思維能力。但一些學生對“黑箱”問題感到困惑，甚至產生畏難情緒，這就需要從大概念的角度進行理解。

例如，在教學電磁繼電器的知識時，因其內部無法直接看到，教材引入了各種各樣的電磁繼電器的實物圖，之后根據電磁鐵、串并聯電路等已有物理知識，一步步推出內部電路的連接方式，這個過程本質是一個“黑箱”問題。在這個過程中，教師指出，雖然我們不能直接看到電磁繼電器的內部，但卻能根據外部的現象推測內部結構，是因為相信：自然界不存在孤立的事物，所有事物都是相互作用、相互聯系的。更具體地說，確信事物的結構決定功能，功能可以逆向推理結構。

所謂“自然界所有事物都是相互作用、相互聯系的”“結構決定功能”是觀念，也是思想方法，當然屬于大概念的范疇。有了這樣的大概念，我們就可以進行廣泛的遷移。例如：在原子的結構學習中，1911年，英國科學家盧瑟福用帶正電的α粒子轟擊金屬箔，實驗發現多數α粒子穿過金屬箔后仍保持原來的運動方向，但有少數α粒子發生了較大角度的偏轉。在分析實驗結果的基礎上，盧瑟福提出了原子的核式結構模型：在原子的中心有一個很小的原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部的質量都集中在原子核里，帶負電的電子在核外空間繞核運動，就像行星繞太陽運動那樣。原子結構的現代模型就這樣問世了。教師指出：原子的內部看不見，盧瑟福之所以如此篤定，也是因為“自然界不存在孤立的事物，所有事物都是相互作用、相互聯系的”“物質的結構決定功能，功能反過來可以推測結構”等相同大概念的支持。當然有了這種大概念的認知，我們還可以遷移到力學、光學、電學、聲學黑箱甚至超學科的“黑箱”問題。

總之，物理大概念處于學科的中心，它有利于構建知識網絡結構，有助于學習者形成專家型整體思維，有利于知識遷移拓展普適性。同時，大概念內隱于素養、課標、教材、學習過程中，需要我們智慧地提取與確定。結合教學實踐，從理論書籍閱讀、課程標準解讀、小概念聚合、專家型思維形成、物理方法遷移等五條路徑提取大概念，可以為廣大物理教師提供參考，初步解決初中物理大概念的提取問題。在這個過程中，大概念的多元價值已得到滲透與體現。需要說明的是，初中物理大概念的研究是一個博大的課題，其提取路徑必然會有多元，還需要我們在實踐研究中進一步完善。

參考文獻

[1][4] 溫·哈倫.科學教育的原則和大概念[M].韋鈺，譯.北京：科學普及出版社，2011：16，39.

[2] 關亞琴.中學物理大概念研究進展述評[J].物理教師，2021，42（11）：2-6+12.

[3] 蔡鐵權，鄭瑤.物理觀念的內涵、層次和架構——關于物理觀念教育的思考[J].物理教學，2019，41（06）：2-5+70.

*該文為2021年浙江省教研重點課題“雙向·雙核·雙維：指向深度教學的初中科學單元設計研究”（Z2021022）、2021年度浙江省教師教育規劃專項課題“單元視域下初中科學教材‘四序對比研究”（ZX2021154）的研究成果