學習進階理論下高三物理二輪復習教學框架構建與應用

董友軍　朱建山　王磊

基金項目：廣東教育學會“十四五”教育科研重點課題“基于學習進階的高中物理教學設計實踐研究”（編號：GDESH14002）。

摘 要 學習進階理論是提升課堂教學效率、促進學生核心素養發展的有效理論。學習進階理論下的高三物理二輪復習教學框架由“教師價值區”和“學生發展區”組成，其中“教師價值區”包括研究高考、創設情境、建構網絡、提煉模型和精選習題活動，“學生發展區”包括畫出導圖、定性分析、定量解答、總結思路和評價真題活動。基于學習進階理論的發展層級，結合上述的高三物理二輪復習教學框架，文章構建了高三物理二輪復習教學實踐路徑，并通過以“帶電粒子在電場中的運動”為例，引導教師合理應用高三物理二輪復習教學框架。

關鍵詞 核心素養；學習進階；二輪復習；教師價值區；學生發展區

中圖分類號 G633.7

文獻標識碼 A

文章編號 2095-5995（2022）08-0068-04

一、引言

對于高三物理教學，學校一般會安排兩次循環復習教學：第一次循環復習教學會根據教材目錄順序進行，旨在幫助學生理解和鞏固知識點，建立知識線狀結構，這常稱為“一輪復習”；第二次循環復習教學會根據高考命題導向進行，旨在幫助學生建立知識塊之間的聯系，構建知識網狀結構，這常稱為“二輪復習”。在實際中，很多高三物理教師對二輪復習教學缺乏深入理解和具體規劃，主要體現在以下三點：第一，將二輪復習教學“一輪化”。一些物理教師開展二輪復習教學如同開展一輪復習教學，多注重知識教學的全覆蓋，而少注重知識之間的聯系，從而造成二輪復習教學效果不佳，學生解題能力沒有得到實質提升。第二，將二輪復習教學“題海化”。在二輪復習教學階段，部分物理教師沒有系統研究高考命題方向，過于注重收集模擬試題讓學生練習，這樣的教學的本質就是題海戰術，雖消耗了學生大量時間，但卻降低了學生學習效率。第三，二輪復習教學“被動化”。在開展二輪復習教學時，一些物理教師沒有充分調動學生分析高考試題、總結解題思路的積極性，師生之間缺少思想交流、觀點碰撞，從而造成學生對知識的學習遷移應用不足。

基于以上高三物理二輪復習教學中存在的問題，本文以學習進階理論為指導，嘗試構建高三物理二輪復習教學框架，并以“帶電粒子在電場中的運動”為例，引導高三物理教師對二輪復習框架進行應用，從而提高教師復習教學效率，提升學生解決問題能力，實現對學生核心素養的培育。

二、學習進階理論概述

“學習進階”目前受到國際教育科學的廣泛關注，該理論被譽為提升學生學習效率的靈丹妙藥。^[1]關于學習進階的內涵，目前比較權威的定義是由

美國教育委員會提出，即指“對孩子們在一個較大的時間跨度內學習和研究某一主題時所遵循的連貫的、逐漸深入的思維路徑的描述”^[2]。我國一些學者持有相類似的觀點，如劉恩山教授把它定義為“對學生在各學段學習同一主題概念時所遵循的連貫的、典型的學習路徑的描述”^[3]。

學習進階的要素包括進階起點、進階水平、進階終點、進階變量和測評工具（如圖1）。進階起點指學生現實情況，包括學生已有知識、思維能力、前概念等。進階水平指學生預期學習表現，是進階起點通向進階終點的臺階。進階終點指教學目標，當前主要是指發展學生物理學科核心素養。進階變量指核心概念和關鍵能力。測評工具是針對進階教學的評價試卷。進階起點、進階水平和進階終點共同組成了教學通路，并受進階變量、測評工具的影響，這樣就使每一節獨立的課都與學科核心概念實現了整合，從而讓每一節課都能發展學生的核心素養。

針對學習進階，郭玉英等人提出學生認知發展具有五個層級^[4]：（1） 經驗，即學生具有尚未關聯的零散事實；（2）映射，即學生建立事實與術語之間關系；（3）關聯，即學生建立術語與多個事實關系；（4）系統，即學生從系統角度協調變量關系；（5）整合，即學生有學科觀念與跨學科概念。從以上五個層級看出，學生的認知發展經歷從零散到系統、從具體到抽象、從簡單到復雜的過程。為了便于教師理解與應用，筆者把發展層級轉化為圖示（如圖2）：經驗對應兩個零散點，映射對應一個零散點連接一個零散點，關聯對應一個零散點連接多個零散點，系統對應一個平面，整合對應一個立體。

用學習進階理論指導高三物理二輪復習教學，符合學生學習路徑的特點，不僅有助于教師將零散知識進行整合，還可以增強學生知識遷移能力，幫助學生形成物理觀念，發展科學思維，增強學生解決問題的能力。

三、高三物理二輪復習教學框架構建

教師整合物理知識，引導學生主動學習，體現教師教學的價值，筆者把這樣的教學活動稱為“教師價值區”。學生理順物理知識相關邏輯，應用物理知識解決實際問題，實現思維發展，筆者把這樣的教學活動稱為“學生發展區”。“教師價值區”與“學生發展區”相互融合，共同形成高三物理二輪復習教學框架。

“教師價值區”包括教師的五個活動：研究高考、創設情境、建構網絡、提煉模型和精選習題。研究高考指教師需要研究《普通高中物理課程標準》《中國高考評價體系》《中國高考評價體系說明》以及高中物理教科書、近三年高考物理試卷。創設情境是指教師需要把二輪復習教學與實際生活情境聯系起來，讓學生從生活情境中發現問題，并用物理知識解決問題，從而激發學生思考，培養學習興趣。建構網絡是指教師建構二輪復習教學物理知識網絡，讓學生明白二輪復習教學內容在整個物理知識體系中的位置，了解其他物理知識與二輪復習教學內容之間的聯系。提煉模型是指提煉出物理模型或典型案例，教師可以把二輪復習教學內容融入這些模型或案例中，通過對模型或案例的講解，不僅能讓學生理解物理知識，還能讓學生掌握解題方法。精選習題是指教師根據自己對高考的研究，精心挑選高考真題或符合高考物理試題特征的習題讓學生訓練，培養學生的解題能力。

“學生發展區”包括學生的五個活動：畫出導圖、定性分析、定量解答、總結思路和評價真題。畫出導圖是指學生借助思維導圖畫出二輪復習教學內容與其他相關物理知識之間的聯系，理順物理知識之間的邏輯結構，明確物理知識之間的直接和間接關系。定性分析是指學生用物理知識對教師創設的生活情境進行定性分析，了解各個物理量之間的聯系，分析物理量的變化情況。定量解答是指學生應用物理知識對教師提煉的物理典型案例或提供的習題進行定量解答。總結思路是指學生解答完成教師精選的習題后，總結出解答物理習題的一般解題思路，培養學生知識遷移能力。評價真題是指學生主動去分析高考試題特征，對高考試題做出自己的評價，這有利于學生把握高考命題方向和高考試題特征，實現從被動學習變為主動學習。

四、高三物理二輪復習教學框架應用

分析發現，學習進階的五個層級與“學生發展區”的五個活動具有一一對應關系：二輪復習教學以一輪復習教學的物理基礎知識為教學起點，根據教師創設的生活情境，學生應用一輪復習教學物理基礎知識進行定性分析對應“經驗”層級；要求學生畫出二輪復習教學物理知識思維導圖，建構知識網絡，對應“映射”層級；根據教師提煉的物理模型，學生用一輪復習的物理基礎知識進行定量分析，對應“關聯”層級；學生完成教師精選的習題后，對習題進行比較分析，總結出解決此類問題的一般解題思路，對應“系統”層級；在解答完成教師精選的習題后，站在高考命題者的視角，對高考真題進行評價，把握高考命題方向，掌握高考試題特征，對應“整合”層級。基于學習進階理論的發展層級，并結合上述的高三物理二輪復習教學框架，筆者構建了高三物理二輪復習教學實踐路徑（如圖3）。下文將根據該教學實踐路徑，以“帶電粒子在電場中的運動”為例，具體闡述如何運用高三物理二輪復習教學框架。

1.經驗層級：創設問題情境，促使定性分析

師生活動：教師創設情境問題——“在光滑的水平面上，有一個帶正電粒子M（電量為q，質量為m）靜止在A點，請問加怎樣的電場，才可以使M運動到B點？”學生回答：“先把A、B點連成一條直線，再在AB直線A點的左側加入帶正電的點電荷，則M從A點沿直線AB做變加速直線運動，可以使M運動到B點”。“先把A、B點連成一條直線，再加平行直線AB、方向由A指向B的勻強電場，則M從A點沿直線AB做勻加速直線運動，可以使M運動到B點”。“先過A點畫一條水平直線，過B點畫這條水平直線的垂線，這兩條直線的交點為C點，再加平行直線AC，方向由A指向C的勻強電場，即M由A點沿AC做勻加速直線運動，當M運動到A、C點之間的D點時，撤去原勻強電場，立即加平行直線BC、方向由C指向B的勻強電場，即M由D點做類平拋運動，可以使M運動到B點”。“先過A點畫一條水平直線，過B點畫這條水平直線的垂線，這兩條直線的交點為C點，再加平行直線AC、方向由A指向C的勻強電場，即M由A點沿AC做勻加速直線運動，當M運動到C點時，撤去原勻強電場，立即在線段BC的中點E加帶負電粒子，則M從C點開始做勻速圓周運動，可以使M運動到B點。”

設計意圖：教師創設情境問題，可以促使學生定性分析帶電粒子、電場、運動之間的關系，既可以了解學生對基礎知識的掌握程度，又可以了解學生應用基礎知識的能力，還可以培養學生的發散思維。同時，把物理問題融入生活情境，可以讓抽象的物理問題具體化、生活化，既培養學生學習物理的興趣，又培養了學生解決實際問題的能力，進一步發展了學生物質觀念、運動與相互作用觀念等物理觀念。

2.映射層級：建構知識網絡，理順邏輯關系

師生活動：教師提前一天布置作業，“請同學們畫出帶電粒子、電場、運動之間的邏輯關系思維導圖”。上課前，教師檢查學生各自完成情況，并對完成比較好的學生進行點評鼓勵。上課時，教師一邊展示帶電粒子、電場、運動之間的邏輯關系網絡圖，一邊向學生解讀各個知識之間的邏輯關系：帶電粒子有電荷q，電荷q周圍存在電場E和電勢φ；帶電粒子在電場中受到電場力F作用，電場力F讓帶電粒子產生加速度a，經過一段時間使帶電粒子有速度v、發生位移x；帶電粒子因電勢而具有電勢能EP；電勢差uAB把電場E與電勢φ聯系起來；電場力通過做功WAB把位移x、速度v、電勢差uAB、電勢能EP聯系起來。在教學時，教師應提醒學生把自己畫的思維導圖與教師畫的知識網絡圖進行比較，并提出自己的疑問或建議，促進學生進一步思考，實現思維發展。

設計意圖：學生先自己畫出思維導圖，再與教師建構的知識網絡進行對照，促使學生與教師進行交流和思想碰撞，幫助學生認識自己所建知識結構的不足，并理順知識之間的邏輯關系，這有利于學生知識遷移，加深知識理解，提升學生解題能力，從而培養學生科學推理、科學論證等科學思維。

3.關聯層級：提煉物理模型，強化知識遷移

師生活動：教師展示帶電粒子在電場中的加速模型、偏轉模型，并要求學生先畫出帶電粒子運動軌跡，然后寫出每段運動軌跡滿足的物理規律。

模型1——帶電粒子在電場中加速

例1.如圖4所示，已知帶電粒子質量m、電量q、初速度v₀和兩極板間電壓u、距離d，求帶電粒子末速度v。

例2.如圖5所示，已知帶電粒子質量m、電量q、初速度v₀和兩極板間電壓u，內極板半徑為r、外極板半徑為R，求帶電粒子末速度v。

模型2——帶電粒子在電場中偏轉

例3.如圖6所示，已知帶電粒子質量m、電量q、初速度v₀和兩極板間電壓u、距離d、板長L，求帶電粒子末速度v。

設計意圖：教師引導學生建構帶電粒子在電場中運動的物理模型，可以提高學生解題能力。同時，教師應要求學生養成“先軌跡，后規律”的解題習慣，即先畫出運動軌跡，后寫出軌跡對應的物理規律，并引導學生總結出物理計算題的三種解題思考方向：（1）功能方向，即應用功能關系、動能定理、機械能守恒定律、能量守恒定理、摩擦生熱等，寫出物理方程；（2）動量方向，即應用動量定理、動量守恒定律，寫出物理方程；（3）運動方向，即應用勻變速直線運動、類平拋運動、勻速圓周運動、運動分解與合成規律，寫出物理方程。以上教學過程既可以培養學生模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新等科學思維，又可以讓學生獲得物理問題解決思路，養成良好的解題習慣，從而促進知識遷移，提升解題能力。

4.系統層級：解答高考真題，總結解題思路

師生活動：教師精心挑選三個高考真題，分別是2021年全國卷第12題、2021年河北卷第14題和2021年廣東卷第14題。為了突出復習重點，保留與帶電粒子在電場中運動相關問題讓學習練。

學生做完三個高考真題，教師引導學生對解答過程進行回顧，總結出解答高考真題的一般思路：（1）認真審題，畫出運動軌跡，把已知量、求解量、隱含量標注在軌跡上；（2）確定研究對象，對研究對象在所有運動軌跡上進行受力分析；（3）針對不同軌跡，從功能關系、動量關系、運動關系寫出物理方程；（4）代入數據，算出結果；（5）回顧解答過程，對結果進行檢驗。

設計意圖：從2021年開始，廣東省物理高考實行自主命題，所以教師無法對廣東省高考真題進行縱向比較，只能對2021年高考真題進行橫向比較，從而挑選了河北卷和全國卷相關真題，并按照從易到難的順序排列，讓學生真切感受高考真題的難易度與特點。教師引導學生總結解答高考試題的一般思路，有利于學生從容面對高考真題，同時還有助于學生形成從物理學視角解決實際問題的觀念，以及培養學生用物理模型、物理規律進行科學推理的科學思維和認真嚴謹、沉著冷靜的科學態度。

5.整合層級：評價真題特征，把握命題方向

師生活動：教師引導學生從高考真題的字數、材料、圖像、數值、字母、對象、受力、過程、維度、關聯、難易等方面去分析高考真題特征（如表1）。學生通過分析總結出廣東省高考真題主要特征有：（1）試題情境化，即試題與生活實際聯系緊密，且與情境深度融合；（2）思考模型化，即去情境化，學生需要把情境還原為物理模型，根據已經學過的物理模型去思考；（3）解答分段化，即需要把整個運動過程分解為多段，寫出滿足每一段的物理定律。

設計意圖：讓學生自己分析歸納高考真題特征，有利于學生認識高考真題特點，正確把握物理高考命題方向，從而變被動學習為主動學習，提高物理學習的主動性、針對性。以上教學過程既可以訓練學生分析歸納能力，培養學生科學思維，又能讓學生養成分析總結習慣，有利于培養學生良好的學習態度。

（董友軍，北京師范大學廣州實驗學校，廣州 510700；朱建山，光明區馬山頭學校，廣東 深圳 518106；王磊，陜西省教育科學研究院，西安 710003）

參考文獻：

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[2]NATIONAL RESEARCH COUNCIL. Taking science to school：learning and teaching science in grades K-8[M].Washington，D.C.：The National Academies Press， 2006：146.

[3]劉晟，劉恩山.學習進階：關注學生認知發展和生活經驗[J].教育學報，2012（2）：81-87．

[4]郭玉英，姚建欣. 基于核心素養學習進階的科學教學設計[J].課程·教材·教法，2016（11）：64-70．

責任編輯：謝先成