基于經驗學習的初中物理概念教學策略

江蘇蘇州市吳江區運河實驗初級中學（215221）盛建國

物理概念和規律無疑是物理教學中最基本的內容，讓學生理解掌握這些概念和規律則是物理教學中重要的顯性教學任務，概念的建構更是物理教學的基礎和關鍵。物理概念的自主建構作為教學理念雖已為廣大一線教師認同，但初中物理概念教學現狀卻不容樂觀。對于密度、比熱容、壓強和浮力等較為抽象、復雜的概念的教學，依然存在著引入突兀、內涵不清、方法不明、運用不活等問題。基于經驗學習的物理概念教學策略，重點優化從直接經驗到科學概念的思維過渡，立足直接經驗的起點，著力學生科學思維的培養，值得物理一線教師深入研究和學習。

一、初中物理概念教學存在的問題

從科學概念建構的一般流程和基本策略來看，物理概念教學應重點解決四大問題：一是“為什么？”，即明白建立概念的目的，解決學生的學習需求問題；二是“是什么？”，即知道概念的本質屬性，明確其內涵特征；三是“怎么做？”，即知道如何定義概念，把握其中的科學方法和科學思想；四是“怎么用？”，即概念的運用，重點是知道在實際情境中如何靈活運用所習得的概念解決相關問題。以此對照當前初中物理概念教學現狀，發現存在以下問題。

（一）概念空降式引入，意義不清

許多時候，教師引入的概念比較簡單，學生不清楚為什么要引入這個概念，沒有形成強烈的學習需求，教學效果自然不佳。例如，在密度的教學中，教師常常從鑒別物質引入，然后就讓學生去探究物體的質量和體積之間有什么關系。這似乎是一種由終至始的設計思路。作為已經掌握密度概念的教師，當然知道可用密度鑒別物質種類，同種物質的物體其質量與體積的比值是相同的。但對學生而言，為什么要測這些物體的質量和體積，而且還要求其比值，他們并不清楚，這主要是因為對概念的意義不清楚。他們被動執行實驗方案，缺少學習需求，而教師的教學邏輯性也不強。

（二）內涵直白式告知，本質不詳

同樣在密度的教學中，當教師通過實驗數據分析，發現“同種物質的物體的質量與體積的比值相同，而不同物質的物體的質量與體積的比值則不同”時，常常就此告知學生：這個比值就反映了物質的某種性質，我們用密度來表示。學生對于密度究竟反映了物質的何種屬性仍然不甚明了，對于密度反映了物質的疏密程度（致密度）這一概念本質未能真正揭示，自然無法理解和掌握密度概念。

（三）定義公式化呈現，方法不明

物理概念的定義方法往往蘊含著科學方法和科學思想，而教學中教師常常簡單地出示公式完成教學。例如，密度的定義就采用了典型的比值定義法，這是初中物理概念的一種常見定義方法。學生對比值定義法的理解常常停留在公式中比值的形式上，對于比值形式背后是“科學比較必須統一標準”的物理意義并不明確。比值定義法和控制變量法的本質都是科學比較，而科學比較的前提就是統一標準，比值定義法是在定義概念時用數學比值的方法實現了定量的標準統一（統一到：單位體積、單位質量、單位時間等）；而控制變量法則是在探究物理量的關系時實現定性的標準統一（統一到：相同體積、相同質量、相同時間等）。對概念教學中出現的定義公式，要盡量明確相應科學方法的意義。

（四）應用習題化重復，運用不活

應用概念是概念建構的重要環節，但在我們的概念教學的應用環節中，概念應用常常固化和簡單化為重復性的習題教學，從例題到習題，從簡單到復雜，就是缺少應用概念解決真實問題的有效訓練。這導致學生解決物理化問題優于解決實際問題，更換復雜的實際情境后，往往不知所措，習得的知識性經驗未能內化上升為問題解決的策略性經驗，不會靈活應用所學概念解決實際問題，于是多數學生往往又重新回到僅憑直覺和生活經驗做出簡單判斷的情況，出現了經驗運用的退化現象，說明學生并未真正完成科學概念的自主建構。

二、經驗學習理論引入物理教學的可行性

（一）經驗學習與經驗學習圈理論

經驗學習始于19 世紀末杜威、勒溫和皮亞杰等人對“經驗”在學習中重要作用的研究，逐步發展到“基于經驗的學習”，直至“經驗學習”的提出（如圖1）。其中哈佛大學教授大衛·庫伯提出了著名的“經驗學習圈”模型，他認為任何學習都應遵循由四個階段構成的經驗學習圈（如圖2），包括“具體經驗”“反思性觀察”“抽象概念化”“積極實踐”，并在不斷循環中實現螺旋上升。美國于1973 年成立了“美國國家經驗教育學會”，迄今已舉辦36 屆國際年會，出版了《經驗教育》期刊。經驗學習理論積淀百年，對世界教育影響很大，被廣泛應用于醫護培訓等成人實訓教育中，但是目前在基礎教育領域中應用甚少，相關研究也多局限于對庫伯經驗學習圈理論的學習解讀和理論研究，在初中物理教學中的應用基本為空白。

圖1 經驗學習百年發展歷程

圖2 庫伯經驗學習圈

（二）經驗學習圈理論與初中物理教學高度契合

經驗學習圈理論強調從具體經驗出發，經過“反思性觀察”和“抽象概念化”形成科學概念，進而在“積極實踐”中應用所學概念解決問題，這與科學概念建構的一般流程和四個教學環節不謀而合，更與初中物理倡導的“從生活走向物理，從物理走向社會”的課程理念如出一轍，高度契合。初中物理教學的學科特點和初中生身心發展特點決定了初中物理教學必然是以創設生動有趣的具體情境，使學生獲得豐富的感性認識和直接經驗為起點，在此基礎上以問題引領思維的發展，在手腦并用的科學探究活動中實現概念的自主建構和規律的自主發現，最后在學以致用的實踐應用中鞏固和深化對概念、規律的理解，培養解決問題的能力，全面提升科學素養。

因此，將經驗學習引入初中物理教學有充分的理論依據與合理預期，可期望以此優化教與學方式，實現從經驗到概念的螺旋上升，優化課程實施，形成新的教學策略和教學樣態。

三、基于經驗學習的初中物理概念教學策略

經驗學習圈理論與初中物理概念教學的基本理念都強調“從直接經驗到科學概念”的學習路徑。但在創設情境獲得直接經驗后，如何從直觀化、表象化、碎片化的直接經驗上升到理性的科學概念，實現由感性認識到理性認識的飛躍，經驗學習圈理論卻未有明確說明。基于此，筆者在初中物理教學實踐中總結出以下三種基于經驗學習的教學策略。

（一）從表象性經驗感知走向整體性科學認知，彰顯教學邏輯

在浮力概念的教學中，教師通過創設情境喚醒學生對浮力的原有經驗（學生對水中物體受到浮力有豐富的生活經驗），但這種經驗往往是表象性的感性認知，需要進一步在思辨性的問題討論與事實驗證中厘清概念的內涵與外延，逐步形成對浮力概念的整體理性認知，從而上升到理性的科學概念。這里，基于“三問三探”（疑問，一探究竟；反問，再探求證；追問，三探求真。）的問題教學法能彰顯教學邏輯，促進學生的思維走向深入，不失為從經驗到概念的有效教學策略。

以浮力概念教學為例，基于學生知道水中的乒乓球因為受到浮力而上浮，這一事實為經驗起點，教師可以通過“疑問、反問和追問”展開后續的概念教學。

師（疑問）：水中的乒乓球因為受到浮力，所以上浮，那么在水中下沉的石塊是否受到浮力？

（大部分學生認為也受到浮力，但也有不同意見。）

師（反問）：如果說下沉的石塊也受到浮力，那么如何用彈簧測力計設計實驗來驗證呢？

（學生小組討論，自主設計實驗，總結形成稱重法測浮力的結論。）

師（追問）：浸沒的物體受到浮力，那么部分浸沒的物體是否受到浮力？如何用實驗事實來驗證你的觀點？你覺得浮力的大小和什么有關？

分析：在教師疑問、反問的引領下，學生自主設計了用稱重法測浮力的實驗，測出了水中物體受到的浮力，教師進一步追問：僅部分浸沒的物體是否受到浮力？學生自然想到仍然用稱重法測浮力的實驗予以證實，而在驗證實驗的過程中就很自然地發現部分浸沒的物體所受浮力比完全浸沒時小，思維活動又自然聚焦到浮力的大小和哪些因素有關的探究。“三問三探”彰顯問題邏輯，引領實驗探究，使概念教學承上啟下，自然順暢。

（二）從模糊的經驗描述走向嚴謹的科學探索，引入科學方法

在壓強概念的教學中，教師可以先設計一個趣味體驗活動——“紙杯輕功表演”，讓學生上講臺來表演“輕功”（站在一次性紙杯上卻不把紙杯壓扁）。教師先讓學生猜測哪位同學表演成功的概率會比較高，學生自然推選體重較輕的女同學，在通過增加腳下紙杯的數量最終獲得成功后，教師又讓班內最重的男同學上講臺來，讓大家想辦法讓他也表演成功。通過這樣的趣味活動，豐富了學生的直接經驗，學生從一次性紙杯被壓扁的事實中獲得了壓力作用效果的直接感知，對于影響壓力作用效果的因素也在事實經驗的支持下有了初步的猜想，為后續壓強的概念教學打下了堅實的基礎。但此時學生對壓強的概念仍是一種模糊的經驗感知和經驗描述，在隨后的實驗設計、驗證猜想環節中，教師必須重視科學方法的引入，隨后的實驗教學重點不在實驗操作，教師要充分利用前面的趣味實驗活動激活學生思維的教學功能，充分發揮學生的主動性，讓學生自主設計實驗方案，小組展示實驗設計，自主評價實驗設計，自主提煉出控制變量法，真正把握科學方法的內涵，厘清為什么要控制變量，控制什么變量，觀察什么變量，獲得什么結論，從模糊的經驗科學走向嚴謹的科學實驗。科學方法與科學思想是物理學科的核心素養，是物理學科的精華，其教學至關重要。

（三）從定性的經驗分析走向定量的數學推演，運用數學工具

在基于經驗學習的密度概念教學中，教師可將學生的生活經驗作為學習起點，從比較物體的輕重入手，問學生：鐵和木頭誰重？石頭和棉花誰重？學生基于生活經驗自然回答：鐵比木頭重，石頭比棉花重。教師出示一根小鐵釘和一個大木塊，再問：這根鐵釘和這個木塊，誰重？很明顯是木塊比鐵釘重。由此引發思維沖突，引出問題。

問題1：我們平時所說的鐵比木頭重、石頭比棉花重指的是什么？

分析：學生認真思考后開始意識到這里有物體和物質的區別，平時所說的鐵比木頭重指的是兩種物質的區別。

問題2：那么在什么條件下，鐵肯定比木頭重，石頭肯定比棉花重？需要加什么條件？

分析：引出科學比較必須統一標準的問題，學生根據經驗可以回答“體積相等時”。

問題3：要統一體積相等并不一定要把鐵和木頭加工至體積相等，可以采用數學上的統一方法，即用比值的方法，用質量除以體積。（引導學生測量鐵釘和木塊的質量與體積，并求其比值。）

分析：測量并計算后發現鐵釘的質量體積比值大于木塊的質量體積比值，此結論與學生原有生活經驗相符，“鐵比木頭重”得到了事實支持。進一步分析：該比值反映了什么呢？小鐵塊質量小，為什么比值卻比大木塊大？如果換成大鐵塊和小木塊呢，該比值大小如何？我們需要對多種物質，用更多物體來進行實驗，尋找更多事實證據（多次測量，求更多物質組成物體的質量體積比值）…… 隨后發現只要是同種物質，該比值相等，不同物質一般不等。質量和體積的比值反映了物質的某種性質，疏密程度。

圖3 密度概念教學流程圖

在上述教學流程中（如圖3），教學從學生原有的樸素經驗入手，以“鐵比木頭重”的生活經驗為起點，通過揭示生活經驗的不嚴謹、不科學，進而引出科學比較需要統一標準，由此引入數學工具：比值定義法。這樣的教學既遵循了學生的認知規律，又找準了學生學習的經驗起點，更重視了數學工具（比值法、比值定義法）的重要作用。學習路徑關注了“任務、經驗、方法和應用”四大關鍵，落實了科學概念教學中“學習需求，概念內涵，定義方法，實踐應用”四個環節，取得了較好的教學效果。

基于經驗學習的初中物理概念教學以學生經驗為起點，以活動任務為引領；以思維沖突激活學習需求；以實踐探究豐富內涵理解；以科學方法規范概念定義；以實踐運用深化概念理解，獲得了較好的教學效果。