基于大概念的物理習題教學的設計

摘? ?要：文章針對新一輪課程改革背景下物理習題課堂活力不足與課程育人的迫切要求之間的矛盾，探索初中物理大概念習題課的設計策略，以幫助學生生成物理學科核心素養。

關鍵詞：大概念；習題課；核心素養；思維

當前，世界教育競爭空前激烈，必須意識到人才培養的重點是素養的提升，這也是《義務教育物理課程標準（2022年版）》修訂最大的突破。習題課作為物理教學中的常見課型，在鞏固物理知識，培養學科核心素養方面具有重要作用。可是在一線教師中仍存在“有啥題講啥題，能講多少算多少”的錯誤觀念，教學目標、教學策略、教學目標達成度等都缺乏預先設計，讓學生失去了對物理知識的興趣和求知欲，更談不上實現育人目標。所以在習題講評時，也應該堅持素養導向，不只是關注具體的知識點小目標，還要關注更大格局的素養目標[ 1 ]。未來的教學設計提倡教師提取大概念，合理規劃課時，設計有明確學習主題的習題課，主題內分級呈現，層層遞進，主題間相互關聯，各有側重[ 2 ]。大概念是學習的生長點，可以幫助學生形成正確的物理觀念、發展科學思維、鍛煉實驗探究能力、培養科學態度和責任。

1? 認識大概念

教育學家赫德認為，組成科學課程中的概念和原理應該能夠展現當代學科圖景，是學科結構的主干部分，可稱之為核心概念[ 3 ]。大概念的形式不局限為某個概念或者某個原理，還可以是學科思想方法或者學科模型等，它具有持久價值。學者們用魔術貼、衣架、透鏡、建筑材料等隱喻體現大概念的核心位置和作用[ 4 ]。比如在奧斯特實驗中通電導體對周圍的小磁針有力的作用，“力的作用是相互的”“力是改變物體運動狀態的原因”是大概念，可以借二者推導出磁體對通電導體也應該有力的作用，物理學史上奧斯特實驗即是發明電動機的理論基礎，可見大概念指導我們理解、遷移和創新。雖然提取大概念是教師感到困難的，但是大概念是連接“學校的學習”和 “真實的生活”的重要抓手，實現在學校里學的東西能夠應對未來生活的目的，大概念教學應是新一輪課堂轉型的重要議題。長期以來，令教師沮喪的是師生在中考指揮棒下，不得不大量去刷題以便獲得專家結論，但是學生卻沒有建立專家思維，在解決真實問題時仍然不能自信地、正確地、靈活地理解和運用知識[ 5 ]。雙減背景下減量提質，實施指向大概念的教學，是一個嶄新的思路。

2? 大概念在發展物理核心素養上的作用

未來的人才工作和生活都需要專家思維而非專業知識。認知心理學上專家和新手面對真實問題時的重要差異之一：前者是大概念思維，而后者是小概念思維，前者善于尋找知識間的內在聯系，善于對知識進行高層次的概括，善于用大觀點思考問題，善于提出一般性的問題，更為關注解決問題的思想和通法[ 6 ]。

2.1? 幫助學生形成物理觀念

物理觀念是物理概念和規律在頭腦中的提煉和升華，是解釋自然現象和解決問題的基礎[ 2 ]。比如“二力平衡條件”是一個重要原理，利用它能設計測重力、測滑動摩擦力等，具有更高抽象程度的是“力是改變物體運動狀態的原因”，這是統攝前者的學科大概念，居于學科中心位置，可以用來分析受力情況與運動狀態之間的關系，可分成很多具體情況。由此形成了解決力學問題的大觀點，直指問題的本質，而不會被一些表面現象干擾。比如圖1中，人站在沿斜向上方向勻速直線運動的電梯上，分析人的受力情況。學生容易受運動方向干擾，根據直覺經驗以為會有一個斜向上的力，但大概念思維不會受表面現象干擾，而是利用力與運動的關系，分析得出人受力平衡，即合外力為零，支持力與重力二力平衡，以大觀點解小問題，又快又準確。

2.2? 幫助學生發展科學思維

科學思維品質是物理教學的重要素養目標，大概念教學指導尋找到解決問題的思想和通法，培養批判性思維。俗稱的“刷題”通過大量的練習，讓思維形成條件反射，屬于淺層學習，但如果遇到真實的復雜的情境，未必能夠順利遷移，但是如果實施大概念教學，滲透學科思想方法，則情況大不相同。比如測密度、測電阻、測電功率等實驗，常常會出現“替代法”或者“轉化”的思想[ 1 ]，大可不必把所有可能的情況都練一遍，甚至死記硬背，極其浪費精力，只要抓住“替代法”或者“轉化”這一大概念和基本公式和一些相關的知識即可。

2.3? 幫助學生發展實驗探究能力

引導學生確定問題，設計實驗方案，如何控制變量，如何測量指定的物理量，實驗記錄表格應該如何設計，如何分析數據，這些每個實驗都會遇到的問題是普遍性的，實驗思維也可以認定為是大概念思維。比如“比較不同物質的吸熱本領”的實驗，應該如何解決“吸收熱量的多少是通過什么反映的”“為什么要用相同的熱源”，培養學生能用多樣化手段分析處理問題的能力，形成正確的物理實驗思維方式。

2.4? 幫助學生培養科學態度和責任

新修訂的課標強調立德樹人，科學態度和責任的培育是課程的價值重要方面。大概念是課堂與生活的連接，抽象與具體的連接。大概念的“大”，不僅僅是其在學科中的核心地位，而且表示其具有很強的遷移價值，大概念讓校內學習走向未來生活，它把物理知識和實際生活緊密相結合，熱愛自然、保護環境、遵守科學倫理、民族自豪感等等情感得以升華。比如當前的中考試卷中，很多題目是我國航天事業、深潛事業、高鐵交通、衛星通信技術等有時代氣息的情境，而這些都與運動和相互作用、能量等物理學科中的大概念有緊密關系。

3? 基于大概念的物理習題教學的設計策略

3.1? 概念模型課滲透學科思想的顯性教育

設計基于大概念的概念模型課側重使學生學會從物理學視角認識客觀事物的本質屬性、內在規律及相互關系，從而形成正確的物理觀念。

示例1： “物質的特性知多少”，針對密度、比熱容、熱值、電阻等，學生對這些物理量的內涵、公式理解應用很容易出錯，因此可以歸納比值定義法在物理學中的應用，為什么要引入這個物理量？這個比值定義的實質是什么？反過來比可不可以？問題鏈引導學生思考這些物理量對于材料的意義，讓學生領悟學科思想的重要性，還可以將其遷移到非物質特性的物理量如速度、壓強、功率等概念。學有余力的班級也可以拓展一下定義式和決定式的區別。

3.2? 方法技巧課融入物理解題通法指導

設計基于大概念的方法技巧課側重使學生形成質疑、批判、發散科學思維能力與品格，能從不同角度思考物理問題，并提出創造性的見解。

示例2： “特殊方法測量”，應對千變萬化的特殊法測量問題，可以采用“歸納-演繹”的思維方式，由具體例子總結出“替代法”“轉化”的物理解題通法，使學生能夠將題目上升到抽象的模型，再演繹出眾多的習題解決方法。如以圖2中裝置所示，已知物體質量、物體還沒浸入液體中和浸沒液體（但不接觸容器底部）中后天平平衡時的讀數，測物體的密度，由密度公式出發，物體的體積V是較難知的物理量，沒有量筒直接測，實驗操作都是為了轉化目標求V，用V替代V，及浮力推導公式F=ρgV的變形和相關力學知識得解，這種“轉化”“替代法”的解題思想在中考試卷中很常見，同理可以用在測電阻、測電功率的特殊測量的題目中，達到以不變應萬變的效果。

3.3? 實驗探究課培養物理實驗思維

設計基于大概念的實驗探究課側重使學生能使用不同方法和手段分析、處理實驗數據，描述并解釋探究結果和變化趨勢。

示例3： “電學實驗復習專題”，探究電流與電壓、電阻的關系的實驗和伏安法測電阻、測小燈泡的電功率的實驗有很多相同操作之處，可以進行對比歸納。除此之外，還有很多實際實驗中遇到的問題，比如圖3電路圖，其中對于定值電阻（或者小燈泡）兩端電壓如何調節，經常會有定值電阻阻值較大導致電壓表無法調至所需電壓值，涉及此問題的類似題目五花八門，中考中非常常見，而且是作為壓軸問題出現，對此要引導學生透過現象看本質，學會從串聯電路的分壓關系實驗入手，結合歐姆定律得出的分壓定律==，圍繞此推導式可以解決很多疑問，比如如何測量大阻值電阻阻值等。

3.4? 綜合應用課實現素養全面提升

設計基于大概念的綜合應用課側重強化和提升學生對物理規律方法的綜合運用能力，培養學生形成學科高級思維和處理復雜物理問題的能力。

示例4： “自制密度計”一課結合項目式理念創新設計復習課，不僅能夠調動學生的學習興趣，而且在能實現大概念推動深度學習的功能。“從生活走向物理，從物理走向社會”，通過引導學生梳理浮力概念、阿基米德原理、物體的浮沉條件等后，自制密度計，對生活中常見的液體如鹽水、可樂、牛奶進行測量。實驗時遇到一些困難可以討論如何改進。進一步思考如何增大量程，如何提高精確度，為什么有的會斜傾，有的會沉底等，以上均圍繞本章的核心概念展開，綜合分析能力和創新能力得到培養。

學科素養的整合性決定了教學內容的系統性和結構化，圍繞大概念教學已成為基本共識，因此要系統規劃習題課的課時，讓不同課型與習題課銜接，規劃好認知邏輯使之符合學生的認知規律，從而為核心素養的培育服務。在評價方面，也可以結合過程性評價和結果性評價，讓學生及時得到反饋，落實對大概念學習的掌握，最終實現核心素養的提升。

參考文獻：

［1］ 陳宗榮.實施大概念學習 提升科學思維品質〔J〕.福建基礎教育研究，2022（4）：20-23.

［2］ 中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準（2022年版）〔S〕.北京：北京師范大學出版集團，2022：2，4，5.

［3］ 盧霞.以大概念教學促進初中物理深度學習：以初中物理“浮力”單元教學設計為例〔J〕.中學物理，2021（12）：25-27.

［4］ 劉徽.“大概念”視角下的單元整體教學構型：兼論素養導向的課堂變革〔J〕.教育研究，2020（6）：64-77.

［5］ 珀金斯.為未知而教，為未來而學〔M〕.杭州：浙江人民出版社，2015：35.

［6］ 鄭青岳.從大概念角度看專家思維的特點〔J〕.中學物理，2020（12）2-4.