大概念在中學物理教學的實施路徑

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摘要:基于大概念的中學物理教學是實現有效教學、落實物理學科核心素養的重要途徑．篩選物理學科大概念可以從學生前概念分析、確定學生“最近發展區”、注重學生知識的遷移能力及熟悉物理課程標準四個要素展開;具體可通過“以大概念為主題的單元教學設計”來實現物理學科大概念的教學;最后根據“增值評價”的方式來評價以大概念為主題的教學實施效果．

關鍵詞:物理學科;大概念;概念篩選;單元主題教學;增值評價

物理學科大概念可以提升教師和學生對學科本質的把握，有助于教學方式的轉變，有利于物理學科核心素養的落實．那么，如何實現物理學科大概念在物理教學中的實踐?本文將通過“概念篩選—單元主題教學—增值評價”三個步驟來實現物理學科大概念在教學中的實踐．

1概念篩選

誠然，對大概念篩選的研究很多，因物理隸屬于科學，這里主要以哈倫在《科學教育的原則和大概念》中提煉科學大概念的方法為主．首先考慮的是兒童的前概念，并認為“必須要以兒童的概念作為起點，以進展到更為科學的概念，并與兒童的經驗擴展相適應［1］．”所以在篩選大概念時，首要考慮的是如何改變學生的前概念，逐漸擴展到能解釋更廣范圍的大概念．比如高中物理必修一中的“速度”概念，學生的前概念中只有“速度是路程與時間的比值”這一定義，沒有“單位時間內物體發生的位移與所用時間的比值”這一定義．當講完“速度”概念，很多學生會在前概念中停留很長時間才會轉變，所以這時候要考慮如何讓學生從初中對“速度”的前概念中跳出來，圍繞“速度”這一大概念群設計教學，進而更好地學習“平均速度”“瞬時速度”“平均速率”“瞬時速率”等概念．另外，物理學科大概念不是無限大，而是在學生的“最近發展區”內．學生建構大概念的過程，是一個循序漸進的過程，不斷發現“最近發展區”，學生從一個“最近發展區”到另一個新的“最近發展區”，大概念就是這樣不斷生成［2］．比如人教版高中物理“運動和相互作用”，共分四個章節．第一章“運動的描述”，主要介紹運動學中“質點”“位移”“速度”“加速度”等基本概念和最基礎的實驗“用打點計時器測速度”．這里最重要，也最難的概念便是“加速度”，學生的認知系統里從來沒有出現過這個概念，運動狀態也變得復雜起來，不再是初中所講的直線運動或勻速直線運動，因而要研究學生的“最近發展區”，以“加速度”這一大概念為主題組織單元教學，在學完“牛頓運動定律”為主題的大概念群后，學生自然就明白“加速度”的內涵更為深刻．再次，使用什么樣的標準有利于提煉物理學科大概念?在《科學教育的原則和大概念》中提到:1．能夠遷移應用到校外生活當中;2．能夠在現實生活當中做出有利于健康、環境及能源的決策;3．能夠解答現實生活中有關科學方面的問題，并產生愉悅之情;4．有人文底蘊，如反映科學史上的成就［1］．因而，提升學生對物理知識的遷移能力是首要任務，而這也符合物理學科大概念具有可遷移性的特點．比如“能量”這一概念，高中不僅僅要知道“能量”“能量守恒定律”，合上教材，離開學校，在日常生活中也應該會用“能量守恒定律”解釋人與自然、人與社會的普遍規律，知道過度破壞環境會破壞人與自然之間的和諧共生．除此之外，還應該了解物理學史上，是誰首先提出了“能量”“能量守恒定律”，是在哪種背景下提出這些概念的，是為解決什么問題而提出的，如果教師以這樣的問題群建構大概念，學生不僅能深刻領會這些概念，還會掌握這種方法，使得教學達到事半功倍的效果．最后，要提煉物理學科核心素養還要加強對物理課標的研讀．《普通高中物理課程標準(2017年版)》是統領高中物理教學的尺規，不僅對高中物理教學達到什么樣的目標有一定的要求，對每個章節教哪些知識，做哪些實驗都有更為細化的要求．另外，新版課標還研制了學業質量標準以及物理學科核心素養水平劃分，對教學給了較為細致的評估標準．因而，在篩選物理學科大概念時除了考慮學生的前概念、“最近發展區”及篩選標準外，還應考慮物理課程標準．如此，基于大概念的物理教學才能真正有利于學生的發展．

2以物理學科大概念為主體的單元教學設計

教學設計專家格斯塔弗森(K．L．Gustafson)指出，教學設計是用以描述包括分析教學內容、確定教學方法、指導實驗和修改以及評定學習的整個過程［3］．瑞奇(R．Richey)認為，教學設計是為了便于學習各種大小不同的學科單元，而對學習情景的發展、評價進行詳細規劃的科學［4］．可見，格斯塔弗森是從過程的角度對教學設計進行定義，與瑞奇根據系統的特性描述教學設計的定義有所不同．我國學者認為，教學設計指“對整個教學系統的規劃，是教師教學準備工作的組成部分，是在分析學習者特點、教學目標、學習內容、學習條件以及教學系統組成部分特點的基礎上統籌全局，提出教學具體方案，包括一節課進行過程中的教學結構、教學方式、教學方法、知識來源、板書設計等［5］．”可見，教學設計就是為了整個教學活動而繪制的教學藍圖．通過教學設計，教師可以對教學活動的基本過程有整體的把握，可以根據教學情境需要和教學對象的特點確定合理的教學目標，實施可行的評價方案，從而保證教學活動的順利進行［6］．教學設計分為宏觀、中觀和微觀三個層面:宏觀設計指一學期或一門課的教學計劃;微觀設計指一節課的教案;中觀設計指一個單元或一個模塊，是上承宏觀設計中的課程標準，下接微觀設計中的教案間的橋梁［7］．以往的教學缺乏對一個單元或一個模塊的中觀設計的重視，因而在教學過程中存在宏觀和微觀之間斷層的現象，造成學生所學零散瑣碎．物理學科大概念可以整合物理內容，從知識、方法及思想和精神層面建構知識結構．因此，高中物理教師應該重視以物理學科大概念為主題的單元教學設計，具體如圖1所示．前面提到提煉物理學科大概念的方法，確定物理學科大概念是首要步驟．然后，按照物理學科大概念確定教學主題．比如以滬科版教材高中《物理》選修3－1中的“磁場”為例．首先，我們要分析磁場中所涵蓋的物理小概念，這里主要分析課標中的要求、教材的邏輯結構及呈現方式、學生認知系統有關磁場的前概念及學生的“最近發展區”．然后根據這些小概念，提煉“磁場”中的大概念．本研究認為有兩個大概念，一是“磁場”的物質性;二是用實驗的方法認識磁場．也就是說，這部分有兩大主題，第一是讓學生認識到“磁場”的物質性，可以通過查閱資料，了解古代科技史對“磁場”相關概念的提出引申到現代“磁場”的應用，進而擴充至第二個主題“用實驗的方法認識磁場”．根據“磁場”的兩個物理學科大概念，結合課標提出本單元的課程目標，進而設計單元教學設計;再結合符合學生認知發展的教學方法具體到教學實施當中;最后通過多元評價綜合評估并進行反思，不斷修正教學目標．如此反復，經過教材和學情分析、提煉物理學科大概念;以物理學科大概念為主題設計單元教學目標;通過教學實施、學生總結、心得交流等步驟評價和反思教學．進而修改單元設計，方能有效地完成本章的單元教學任務．

3以增值評價來促進物理學科大概念的落實

教育評價是依據一定的教育目標，通過使用一定的技術和方法對各種教育活動、教育過程和教育結果進行科學判定的過程［6］．教育評價主要有學生評價、教師評價及學校管理評價等幾個領域．其中，學生評價為教育評價的主體．隨著時代的發展，學生評價不再以單一的紙筆測驗為主要評價工具，而趨于多元評價方式．2020年10月13日，中共中央國務院印發了《深化新時代教育評價改革總體方案》，要求堅決克服唯分數、唯升學等頑瘴痼疾，積極探索促進學生全面發展的多元評價方法［8］．增值性評價是指通過追蹤研究設計，收集學生在一段時間內不同時間點上的標準化測驗成績;基于學生自身測驗成績的縱向比較，并考慮其他不受學?；蚪處熆刂频囊蛩貙W生成績的影響(如學生的原有成績水平、人口學因素、家庭背景信息以及學校周圍地區的經濟發展水平等)［9］．該評價最早由美國學者詹姆斯科爾曼在1966年向美國國會提交了一份題為《關于教育機會均等性的報告》(簡稱“科爾曼報告”)，其研究結論引發了世界范圍內關于學校效能評價的爭論后而引起注意．美國田納西大學的兩位統計學家威廉·桑德斯(WilliamSanders)和羅伯特·麥克萊恩(RobertMcLean)于1988年，提出了采用學生成績數據來評價教師的增值評價法，即桑德斯模式(theSandersModel)［10］．至此，增值評價法開始在學界持續推進．增值評價使用多種水平模型對數據進行統計分析，并將上述因素對學生成績的影響與學?；蚪處煂W生成績的效應分離開來，追蹤學生在一段時間內學業上的變化，考查學?；蚪處煂W生學業成績影響的凈效應，進而實現對學?；蚪處熜茌^為科學、客觀的評價［11］．因而，增值評價首先注重學生的全面發展，破除了“唯分數”為主的教學評價方式，注重學生學習“輸入—過程—輸出”的過程，強調變量指標的一致性;其次，增值評價有利于教育公平，對資源分配不均衡的區域、民族學校的學生統籌兼顧，多元評價學生的發展，兼顧學生的個性差異;第三，增值是一種標準，增值評價是對學生在入校前后接受一段時間教育后，不同方面素質進步程度差異性的價值判斷．因而，可以把增值評價理解為一種多元的評價方式．物理學科大概念的建構過程是一個復雜的過程，綜合了課標、教材、學情等多方面因素．在教學過程中，以大概念為主題的單元教學，涵蓋知識、方法、思想和精神等．因而評價不能僅僅通過紙筆測驗來評定教學的好壞，用“增值評價”的方法來評估以物理學科大概念為主題的單元教學是一種較為合理的評價方式．首先，要提出以物理學科大概念為主題的單元教學評價目標．具體可參考物理學科核心素養學業質量標準及學生德、智、體、美、勞全面發展目標，評價目標要注重學生所在區域資源差異及學生自身的個性差異．其次，確定評價主體及對象．過去，評價學生的主體主要有學校和教師，對象則理所應當是學生．增值評價則考慮到家長和社會對學生的評價，通過家校聯合的方式進行多元評價．比如教師可通過對家長訪談的方式，考查學生在社會生活當中，是否能將學校所學知識遷移應用到現實生活當中．第三，評價指標及量表的構建．以物理科學大概念為主題的單元教學是否比普通教學模式更有利于學生的發展，則需要通過研制評價指標和量表來評定．教師以物理學科大概念為一級指標，以小概念為二級指標，從知識、方法、思想和精神及對這些指標的遷移應用角度評價學生，具體可通過觀察、訪談、月考、工作日志及家長訪談等多種方式制定評價指標，并確定量表．

4結束語

新世紀以來，互聯網尤其是人工智能的問世使世界發生了深刻的變化，社會知識更替加速，社會對人才的訴求更加多元，教育的使命更加注重人的發展，繼而更加注重“以人為本”和“立德樹人”的理念．如何落實學生的核心素養是每位課程專家、一線教師亟待解決的問題，而以物理學科核心素養為主題的單元教學設計則為解決這一問題提供了新的思路，學?？梢院脱芯吭盒：献髟O計以物理學科大概念為主題的“探究專題”，如物理學與新型能源、物理學與傳統文化的融合等．然而，本研究僅僅從學理上分析了物理學科大概念的價值及實施路徑，但以物理學科大概念為主題的單元教學是否能達到預期的教學效果，則需要設計完整的單元教學設計且付諸實踐，并研制基于物理學科大概念為主題的單元教學設計評價指標體系和量表來測評才足以證明這一舉措的有效性，這將是本研究后續深入的重心．

作者：關亞琴 單位：西南大學科學教育研究中心