摘 要：交流和學(xué)習(xí)的本質(zhì)是不同的個(gè)體利用大腦中的圖式進(jìn)行對話而產(chǎn)生的信息交換過程.學(xué)生學(xué)習(xí)的根本任務(wù)是改變原有認(rèn)知.教和學(xué)的前提是“教師圖式”和“學(xué)生圖式”存在交集，教和學(xué)的結(jié)果是改變學(xué)生認(rèn)知的范圍和程度.圖式是教和學(xué)的連接點(diǎn)，學(xué)校課堂教學(xué)追求共性的教學(xué)效果.學(xué)生潛在的知識水平、學(xué)習(xí)品質(zhì)、學(xué)習(xí)能力不同，從而導(dǎo)致“學(xué)生圖式”的構(gòu)建結(jié)果同中存異.教師研究個(gè)體和群體“物理圖式”的異變過程，研究“學(xué)生圖式”建立和變化過程中的個(gè)性和共性是“物理圖式教學(xué)”取得成功的關(guān)鍵.文章深度分析“學(xué)生圖式”的類型并揭示其成因，提出以經(jīng)驗(yàn)心智模型為教學(xué)起點(diǎn)的“物理圖式教學(xué)”的范式及策略.

關(guān)鍵詞：物理圖式;經(jīng)驗(yàn)心智模型;學(xué)習(xí)進(jìn)階;有效教學(xué);物理圖式教學(xué);教學(xué)策略

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1008-4134（2021）08-0017-07

基金項(xiàng)目：廣東省教育科研“十三五”規(guī)劃課題“核心素養(yǎng)導(dǎo)向的初中物理課例研究”（項(xiàng)目編號：2019YQJK332）;廣東省教師繼續(xù)教育學(xué)會“十三五”教育科研規(guī)劃青年教師發(fā)展專項(xiàng)課題“初中物理教學(xué)圖式教學(xué)研究”（項(xiàng)目編號：QNJSKT00810）;東莞市教育科研“十三五”規(guī)劃課題“初中物理圖式教學(xué)研究”（項(xiàng)目編號：2017GH305）.

作者簡介：孫偉河（1983-），男，黑龍江人，本科，中學(xué)一級教師，研究方向：圖式教學(xué)研究、實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究、科學(xué)方法教育、科技創(chuàng)新教育研究.

基礎(chǔ)教育改革有兩句口號：中小學(xué)的教育改革“教師事關(guān)重大”，中小學(xué)的教育改革“最終發(fā)生在課堂上”.課堂上，教師教學(xué)形式和教學(xué)內(nèi)容的有效度直接決定基礎(chǔ)教育改革目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)程度.

在物理學(xué)科的教和學(xué)中，“物理圖式”是教和學(xué)的內(nèi)容要素，是學(xué)生新、舊知識之間的“生長點(diǎn)”和“聯(lián)系點(diǎn)”.教師研究物理圖式，是保證教、學(xué)行為有效性的必經(jīng)之路.本文通過對“物理圖式教學(xué)”進(jìn)行研究，為一線教師達(dá)成精準(zhǔn)教學(xué)的高效度提供一種理論依據(jù)和實(shí)踐方案.

1 圖式是交流認(rèn)知的素材

人對客觀事物形成的認(rèn)識是以圖式的方式存在并固化到大腦中.人以圖式為組塊，構(gòu)成認(rèn)知的經(jīng)驗(yàn)系統(tǒng).交流和學(xué)習(xí)就是不同個(gè)體大腦中的圖式進(jìn)行對話并產(chǎn)生交互作用.合理的圖式，是學(xué)習(xí)者個(gè)體的經(jīng)驗(yàn)系統(tǒng)與新的知識進(jìn)行有效“對話”的前提.

人無法對客觀事物進(jìn)行系統(tǒng)、完整的感知，對客觀事物的認(rèn)識總和概念本身相區(qū)別，也并非真實(shí)的客觀事物本身.不同的人對同一個(gè)客觀事物建立起認(rèn)知后會形成特定的、不同的圖式.圖式包含人對客觀事物必要特征的認(rèn)知，也包含因?yàn)檎J(rèn)知方法、既往經(jīng)驗(yàn)、認(rèn)知態(tài)度、觀測技術(shù)、掌握材料是否豐富等差異對客觀事物產(chǎn)生特殊的認(rèn)知結(jié)果，因此，圖式總存在著共性和差異.

圖式來源于客觀事物并表征了某類別事物一系列表征中的必要特征，這些必要特征構(gòu)成群——“必要特征群”，然后把它定義成為概念.除了必要性，圖式還具有特殊性、階段性、迭代性以及動(dòng)態(tài)變化等特征.它的形成是漸進(jìn)式的容錯(cuò)、修正、變化發(fā)展的過程，也是不連續(xù)的階梯式變化的過程.認(rèn)知過程中的圖式產(chǎn)生三個(gè)梯階的變化：“經(jīng)驗(yàn)心智模型”“概念模型”“科學(xué)模型”[1].

每個(gè)人對客觀對象構(gòu)建出的特征群，往往與“必要特征群”不完全吻合，因此，學(xué)生的學(xué)習(xí)和交流過程，就是在交互圖式、完善圖式、修正圖式的進(jìn)階過程.

2 物理圖式教學(xué)

在物理教學(xué)中，圖式往往在教師和學(xué)生的互動(dòng)中生成.由此，可派生出幾個(gè)概念.物理圖式：所有的學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)物理時(shí)對物理學(xué)的規(guī)律、概念、作用等認(rèn)知的階段性狀態(tài).教師圖式：教師對學(xué)習(xí)材料認(rèn)知的圖式.學(xué)生圖式：學(xué)生對學(xué)習(xí)材料認(rèn)知的圖式.教學(xué)圖式：對學(xué)生圖式從迷思狀態(tài)進(jìn)階到科學(xué)認(rèn)知過程的系列教學(xué)措施和教學(xué)手段的總和.物理圖式教學(xué)，就是指教師遵循“物理圖式”的異變、進(jìn)階規(guī)律，以“物理圖式”的改變?yōu)榛窘虒W(xué)范式的教學(xué)行動(dòng).

學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)決定學(xué)習(xí)結(jié)果的品質(zhì).教師將圖式理論運(yùn)用于物理課堂教學(xué)中，不僅能夠解決教和學(xué)的問題，因?yàn)檠芯课锢韺W(xué)習(xí)中的圖式，便相當(dāng)于研究教與學(xué)的核心;而且通過對圖式進(jìn)行深入研究和應(yīng)用，促進(jìn)教和學(xué)從形式層面走向認(rèn)知領(lǐng)域.只有這樣，發(fā)展學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)因素才具備前提.學(xué)生在學(xué)習(xí)物理知識過程中所產(chǎn)生的物理圖式，是物理學(xué)科教和學(xué)的思維產(chǎn)物，也是解決教物理、學(xué)物理中產(chǎn)生的問題的直接作用對象.

學(xué)生的圖式可以通過訓(xùn)練得到.筆者基于圖式理論的教學(xué)策略研究發(fā)現(xiàn)：圖式是一種髙級教學(xué)策略.國外最為典型的研究是對專家和新手在解決物理問題時(shí)產(chǎn)生的差異進(jìn)行研究.專家與新手的區(qū)別在于他們解決自己擅長領(lǐng)域中的問題時(shí)所用的圖式不同.顯然，圖式教學(xué)能促進(jìn)教師和學(xué)生思維的提升，改變教學(xué)的結(jié)果和品質(zhì).由此，確立圖式在教和學(xué)關(guān)系中的角色定位后，物理圖式教學(xué)的施教策略也隨之明確.

從前期的教學(xué)實(shí)踐中，筆者歸納出學(xué)生圖式有三個(gè)層次的典型問題[2]：“語言圖式構(gòu)建不健康”“內(nèi)容圖式不充分、缺失、不可信、虛化替代”“形式圖式缺乏、錯(cuò)誤”;學(xué)生圖式有典型的四個(gè)方面問題：“知識結(jié)構(gòu)問題”“方法結(jié)構(gòu)問題”“策略結(jié)構(gòu)問題”“學(xué)習(xí)支架工具問題”.針對特定的問題，教師采用的教學(xué)圖式也應(yīng)當(dāng)不同.以經(jīng)驗(yàn)心智模型為教學(xué)起點(diǎn)的“物理圖式教學(xué)”，抓住學(xué)生圖式問題的原點(diǎn)，抓住學(xué)生圖式問題的癥結(jié)，解決問題，以達(dá)成精準(zhǔn)教學(xué).基于上述分析，筆者認(rèn)為：圖式教學(xué)的策略包含以下幾種類型.

2.1 幫助學(xué)生建立新的物理圖式

圖式知識的運(yùn)用受到語言知識的限制.“形式圖式”只有在具備一定“語言圖式”“內(nèi)容圖式”的基礎(chǔ)上才有效.在以探究原因或找規(guī)律為類型的物理題目中，控制變量法的格式就是學(xué)生解題的必要形式圖式：（1）當(dāng)……一定（相同、不變）時(shí)，……越大，……越大（小、強(qiáng)、明顯等）;（2）當(dāng)……一定（相同、不變）時(shí)，……與……成正比（反比）.學(xué)生在答題時(shí)，只需要找出所有相關(guān)的物理量，然后進(jìn)行邏輯判斷，明確哪個(gè)是原因，哪個(gè)是結(jié)果，幾個(gè)原因影響幾個(gè)結(jié)果，題目自然就迎刃而解.于是，這個(gè)高效的形式圖式深入地扎根在我們的課堂教學(xué)中，學(xué)生的解題方式也因此從被動(dòng)變成主動(dòng).但是，怎么填“形式圖式”的“空”，卻是較為棘手的問題.題目中涉及的信息和學(xué)生大腦中的 “語言圖式”“內(nèi)容圖式”“形式圖式”之間存在著類似數(shù)據(jù)線接頭和插口的關(guān)系，學(xué)生只有將二者對接好，問題才能得以解決.

例題1 （2010 廣東省 18題）在探究“滑動(dòng)摩擦力大小跟哪些因素有關(guān)”中從圖1中乙、丙兩組數(shù)據(jù)比較，你能得出的結(jié)論是：.

透過問題的表面，抓住問題的本征含義，該問題的解題圖式無非屬于尋找“相同點(diǎn)、不同點(diǎn)”的問題類型范疇.“相同點(diǎn)”“不同點(diǎn)”都可能成為影響某一結(jié)果的原因.所有的結(jié)果必須借用一定的測量工具或者儀器進(jìn)行顯示.因此學(xué)生在解題時(shí)首先要找到測量工具（效果顯示器），順藤摸瓜就可以找到研究對象.我們的策略是找到所有涉及到的“相同點(diǎn)”和“不同點(diǎn)”，通過尋找“測量工具（測量結(jié)果）”，觀察“不同點(diǎn)”是否對“研究對象”產(chǎn)生影響，也就是尋找造成“不同結(jié)果”的原因究竟是否是這個(gè)“不同點(diǎn)”.

因此，解決探究類問題的策略就是首先從辨識圖式、逐層分解圖式開始，分三個(gè)層次展開——“語言圖式”——讀“圖”識“物”，將圖片、圖像、數(shù)據(jù)中反應(yīng)的信息抽象成對應(yīng)的物理量;“內(nèi)容圖式”就是尋找潛在的“相同點(diǎn)”“不同點(diǎn)”“測量工具（測量結(jié)果）以及對應(yīng)的物理量”;“形式圖式”有兩點(diǎn)：（1）“不同點(diǎn)”是否對“測量工具（測量結(jié)果）”產(chǎn)生影響.若結(jié)果相同，無影響;結(jié)果不同，有影響.（2）邏輯結(jié)構(gòu)與語言組織形式，即“當(dāng)…越…越…”結(jié)構(gòu).

顯然，圖中的“相同點(diǎn)”是：毛巾面——抽象成對應(yīng)物理語言——接觸面（粗糙程度），“不同點(diǎn)”是：重物不同——抽象成對應(yīng)物理量——壓力（不是重力、質(zhì)量，因?yàn)槟Σ亮Πl(fā)生在接觸面之間，而接觸面之間談不上“重力”“質(zhì)量”），“測量工具”彈簧測力計(jì)——關(guān)聯(lián)到對應(yīng)物理量——力——滑動(dòng)摩擦力.測量結(jié)果——示數(shù)不同，“不同點(diǎn)”對“測量工具（測量結(jié)果）”產(chǎn)生影響.邏輯結(jié)構(gòu)與語言組織形式表達(dá)為，當(dāng)“相同點(diǎn)” 一定（相同、不變）時(shí)，“不同點(diǎn)”越大，“測量結(jié)果”越大（小、強(qiáng)、明顯等）;在量化的多組數(shù)據(jù)下，當(dāng)“相同點(diǎn)”一定（相同、不變）時(shí)，“測量結(jié)果”跟“不同點(diǎn)”成正比（反比）.

顯然，在掌握“語言圖式”“內(nèi)容圖式”“形式圖式”后，答案便自動(dòng)生成為“當(dāng)接觸面粗糙程度一定時(shí)，壓力越大，滑動(dòng)摩擦力越大”.如果學(xué)生的答案寫成“當(dāng)接觸面粗糙程度一定時(shí)，質(zhì)量越大，滑動(dòng)摩擦力越大”.倘若把滑動(dòng)摩擦力和質(zhì)量關(guān)聯(lián)在一起，就反映出學(xué)生圖式中內(nèi)容圖式產(chǎn)生缺失或者出現(xiàn)錯(cuò)誤.

教師幫助學(xué)生建立有邏輯意義的、必要的語言結(jié)構(gòu)或者形式圖式并引導(dǎo)學(xué)生加以運(yùn)用，雖不能解決所有相關(guān)問題，但學(xué)生會具備初步的思考方向和一般的解題方法，可最大限度地消除“不會動(dòng)筆”的現(xiàn)象，這對學(xué)生學(xué)習(xí)、教師教學(xué)都有一定好處，無疑比就題論題、獨(dú)木不成林的教學(xué)方法高效得多.

復(fù)雜的結(jié)構(gòu)或不熟悉的知識可能成為學(xué)生理解文字、提取信息、分析題意的障礙.學(xué)生在掌握“控制變量法”這個(gè)高級的形式圖式后，理解問題就不會囿于對單一知識點(diǎn)是否深刻理解.如此，解決未知問題的實(shí)際能力便得到有效提升.例如，初中階段沒有學(xué)習(xí)加速度這一物理量，但在不涉及“加速度”核心理解的問題上，形式圖式便會發(fā)揮巨大的作用.

例題2 （2005 內(nèi)蒙古包頭 24題）小明和小靜同學(xué)在研究變速運(yùn)動(dòng)中物體速度變化快慢（單位是m/s2）跟物體所受外力以及物體質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，做了大量實(shí)驗(yàn)，其中一次列表如下.

（1）由表1可得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論：;

（2）由表2可得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論：.

根據(jù)控制變量法思想，對照題干，首先找出邏輯“空位”相關(guān)物理量“質(zhì)量”“受力的大小”“速度變化快慢”，再根據(jù)表格中呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)變化規(guī)律，很容易確定出答案為：

（1）當(dāng)質(zhì)量相同時(shí)，物體所受外力越大，物體速度變化越快.

（或當(dāng)質(zhì)量相同時(shí)，物體速度變化快慢跟物體所受外力大小成正比）

（2）當(dāng)物體所受外力相同時(shí)，物體質(zhì)量越大，物體速度變化越慢.

（或當(dāng)物體所受外力相同時(shí)，物體速度變化快慢跟物體質(zhì)量大小成反比）

當(dāng)然，常見的形式圖式還有科學(xué)探究的七個(gè)步驟、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的結(jié)構(gòu)構(gòu)成、對比的分析方法等等.

2.2 幫助學(xué)生在適當(dāng)?shù)木毩?xí)中激活、發(fā)展已有的物理圖式

題目和問題的意義并不在其本身，而在于解決者解讀圖式的過程之中由解決者所賦予的意義.不同的人就同一問題會根據(jù)自己獨(dú)特的“圖式群”解讀出不同的意義.學(xué)生之所以對同一個(gè)問題做出五花八門的答案，究其本質(zhì)在于學(xué)生所掌握或運(yùn)用的圖式存在著較大的不同、偏差甚至錯(cuò)誤.

例題3 （2010 廣東省 18題）如圖2所示，在探究“滑動(dòng)摩擦力的大小與哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)中，請你根據(jù)小明這三次實(shí)驗(yàn)情況設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表格.

此題目在廣東省各個(gè)地市的得分率普遍偏低，學(xué)生答題形式“豐富多彩”，究其原因是缺乏必要的形式圖式.該形式圖式要素為：（1）所有相關(guān)的物理量都占據(jù)一列，一個(gè)都不能少.（2）找普遍性規(guī)律的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)次數(shù)至少3次.（3）體現(xiàn)控制變量法思想（見表3）.

因此，根據(jù)題目給出的信息，找出相關(guān)物理量——“接觸面的種類”“壓力”“滑動(dòng)摩擦力”，在表格中表達(dá)出控制變量法的思想，答案可確定為表4的形式.

學(xué)習(xí)者解決好這個(gè)問題，便等于收獲解決一類問題的法寶——“形式圖式”，同時(shí)深化對影響滑動(dòng)摩擦力因素之“內(nèi)容圖式”的理解.“圖式是一種有組織的知識結(jié)構(gòu)，它涉及人對某一范疇的成員所具有的典型特征及關(guān)系的認(rèn)識.圖式是抽象的，它為相互聯(lián)系的觀念留有“空位”，當(dāng)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)該范疇中新的成員時(shí)，便能按圖式捕捉關(guān)鍵信息并填入這些空位”[3].

學(xué)生的能力在體驗(yàn)過程的感受中形成.教師應(yīng)當(dāng)循序漸進(jìn)地教學(xué)，則需要通過其他相同表征的典型問題對已形成的解題圖式進(jìn)行激活和強(qiáng)化.如“研究液體內(nèi)部壓強(qiáng)大小跟液體的密度和深度的關(guān)系”時(shí)，學(xué)生運(yùn)用表格表征問題的“形式圖式”，對兩種知識類比遷移，初步設(shè)計(jì)表格見表5;在教師的指引下，為了方便直接記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將表格做出必要的調(diào)整，變換后的形式見表6;物理學(xué)科強(qiáng)調(diào)“簡潔美”，為簡便起見，表格合并變化成表7.

至此，表格設(shè)計(jì)類問題的“形式圖式”表征在學(xué)生大腦中已經(jīng)得到初步建立，教師接著通過典型習(xí)題強(qiáng)化、發(fā)展已有圖式.“學(xué)習(xí)者理解一類問題的本質(zhì)特征，以及解決此類問題的方法，形成解決此類問題的圖式”[4].學(xué)生頭腦中的“形式圖式”越多、越完善，則被調(diào)用的可能性越大，調(diào)用的速度越快，解題質(zhì)量也越高.當(dāng)然，教師在日常的物理教學(xué)中也不妨采用盡可能多的形式圖式，運(yùn)用過程性的變式教學(xué)，加強(qiáng)學(xué)生對每一種物理圖式的建構(gòu)、理解和掌握.

2.3 幫助學(xué)生形成有辨識力的物理圖式

邏輯遷移現(xiàn)象，常常造成學(xué)生混淆不同的學(xué)習(xí)內(nèi)容.考試針對的對象常常反映在各個(gè)知識、過程、方法等 “內(nèi)容圖式”上.教學(xué)中“形式圖式”的效能固然強(qiáng)大，但卻不是萬能的，更不可替代“內(nèi)容圖式”的教學(xué).教師在幫助學(xué)生區(qū)分和辨別各種相關(guān)“解題圖式”過程中，必須提防“成熟圖式范式”教學(xué)產(chǎn)生的負(fù)影響.

例題4 如圖3所示，兩位同學(xué)在水平路面上推動(dòng)底部墊有圓木的木箱做勻速直線運(yùn)動(dòng).以下分析正確的是

A.在木箱下墊上圓木是為了增大摩擦力

B.木箱受到推力的合力大于它受到的摩擦力

C.木箱受到的重力與地面對它的支持力是相互作用力

D.木箱受到的重力與地面對它的支持力是一對平衡力

“相互作用力”是一個(gè)典型的內(nèi)容圖式干擾項(xiàng).“相互作用力”和“平衡力”的主要相似點(diǎn)在于“大小相等、方向相反、作用在同一直線”上，兩者的區(qū)分主要在于“是否是同一個(gè)受力物體”“2個(gè)還是3個(gè)研究對象”上，還體現(xiàn)在“同時(shí)性”等方面，當(dāng)然，在初中階段不做過多探討.教師在教學(xué)中經(jīng)常強(qiáng)調(diào)“同一個(gè)受力物體”的是“平衡力”“2個(gè)研究對象”的是“相互作用力”“3個(gè)研究對象”的是“平衡力”.學(xué)生借助頭腦中已建立的解題圖式和解題經(jīng)驗(yàn)對“是否是同一個(gè)受力物體”“2個(gè)還是3個(gè)研究對象”兩條標(biāo)準(zhǔn)對D選項(xiàng)進(jìn)行判斷：“木箱受到的重力、木箱受到支持力”同一個(gè)受力物體，“木箱、重力（地球）、地面（地面）”3個(gè)對象.按照上述分析，顯然，D選項(xiàng)是正確的.教師在教學(xué)上只重視“形式圖式”的“解題圖式”，輕視結(jié)合“內(nèi)容圖式”的教學(xué)行為十分危險(xiǎn)，其理念也是錯(cuò)誤的.因此，學(xué)生已具備的解題圖式只能成為方法，而不能成為信條，無獨(dú)立思想地刻板套用.

“木箱受到的重力與地面對它的支持力是一對平衡力”這個(gè)選項(xiàng)幾乎每次都是標(biāo)準(zhǔn)答案的選項(xiàng)，在這里便是錯(cuò)誤選項(xiàng).學(xué)生錯(cuò)在忽略分析問題的情境，此處的支持力——“直接施力物體”是圓木而不是地面;錯(cuò)在對“大小相等、方向相反、同一直線、同一物體”的“形式圖式”機(jī)械掌握，“只分析選項(xiàng)、不結(jié)合題意”.

當(dāng)然，更可怕的教學(xué)類型還有“死記硬背概念、公式”，只教“語言圖式”不教“內(nèi)容圖式”的“文科教師教理科”的現(xiàn)象，“多、快、好、省”式“考什么，講什么”的功利化的教學(xué)態(tài)度和教學(xué)方法.具有“辨識力”屬性的圖式教學(xué)，從根本上抵制諸如 “老師說過只要這樣做就對了”的怪誕教學(xué)事件發(fā)生.

D選項(xiàng)對傳統(tǒng)教學(xué)中的解題圖式進(jìn)行無情的挑戰(zhàn).綜上探討，從一定意義上講，考試中的陷阱和教學(xué)中的應(yīng)試，就是在“考”和“教”兩種模式下，對各自的圖式進(jìn)行不斷較量、磨合.因此，解題圖式的發(fā)展和變化，便成為促進(jìn)教師教學(xué)不斷改革的動(dòng)力源，也就是利用考試指導(dǎo)教學(xué)的引導(dǎo)性之所在.

2.4 采用立體式交互式的圖式教學(xué)加固知識之間的關(guān)系強(qiáng)度

建構(gòu)主義理論認(rèn)為知識結(jié)構(gòu)是網(wǎng)狀的、立體的.學(xué)生學(xué)習(xí)是利用原有的概念和命題去為新的概念以及概念之間的關(guān)系建構(gòu)意義.例如：串、并聯(lián)電路的電流、電壓特點(diǎn)是研究復(fù)雜電路的基礎(chǔ)，學(xué)生如果沒有這個(gè)知識作為固著點(diǎn)，將失去學(xué)習(xí)后面歐姆定律、功能電路、動(dòng)態(tài)電路等內(nèi)容的根基.從教學(xué)論和方法論的角度分析，“小步子教學(xué)”漸進(jìn)式“一邊走、一邊鞏固”的教學(xué)策略，更符合學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn).因此，教師高效的教學(xué)設(shè)計(jì)必須是過程性變式的教學(xué)設(shè)計(jì)，必須考慮教學(xué)內(nèi)容的連續(xù)性和變換性，尤其在章節(jié)教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)和重點(diǎn)環(huán)節(jié)上發(fā)展出足夠用的內(nèi)容圖式來應(yīng)對各種可能性和不確定性.這樣，知識的連接從一條鎖鏈變成多條鎖鏈，從一張網(wǎng)變成多張網(wǎng)，從一層網(wǎng)變成多層網(wǎng)互通互聯(lián)，內(nèi)容圖式的相互關(guān)聯(lián)強(qiáng)度得到增加.當(dāng)然，這也揭示出為什么“題海戰(zhàn)術(shù)”會在一定程度上對提高學(xué)生的考試成績有效.

基于上述分析，教師有效的教學(xué)設(shè)計(jì)必定是多個(gè)角度、多個(gè)層面、多重意義三個(gè)維度進(jìn)行考量.學(xué)生的知識體系交互聯(lián)接點(diǎn)越多、越牢，新知識的學(xué)習(xí)效果就越好，而“多角度”“多層面”的強(qiáng)化過程，就是建立三角形，擴(kuò)大支撐面增加知識體系穩(wěn)定性的過程，就是“抹膠水”“綁繩子”的加固過程.所以，有效的課堂教學(xué)設(shè)計(jì)不能是孤立的，而是多節(jié)課交互作用的綜合結(jié)果.圍繞同一個(gè)中心問題，在新授課、復(fù)習(xí)課、習(xí)題課等不同的課程類型中，教師可以采用“物理圖式教學(xué)”追求更多可能的邏輯方式、展現(xiàn)形式來展開教學(xué).

例如，在“牛頓第一定律”的教學(xué)中，我們采取如下方式，對知識結(jié)構(gòu)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化.

2.4.1 新授課——教學(xué)設(shè)計(jì)

“協(xié)同—有序”探究模式 —— 探究牛頓第一定律

問題：實(shí)驗(yàn)問題，測量小車從斜面同高度運(yùn)動(dòng)到許多不同平面上的距離.

獨(dú)立：學(xué)生自由實(shí)驗(yàn)，得到多組不同的數(shù)據(jù).

信息：教師統(tǒng)一要求，按距離遠(yuǎn)近將數(shù)據(jù)排序.

協(xié)同：學(xué)生按要求進(jìn)行排序工作.

結(jié)果：學(xué)生發(fā)現(xiàn)新規(guī)律，阻力越小，小車運(yùn)動(dòng)距離越遠(yuǎn).進(jìn)一步分析推出規(guī)律——系統(tǒng)思維，無序到有序（正向強(qiáng)化內(nèi)容圖式）.

教師將“力可以改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)”演繹成研究“阻力對滑行距離的影響”，引導(dǎo)學(xué)生基于部分實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)進(jìn)行推理，進(jìn)而理解“牛頓第一定律”的形成過程，掌握新的科學(xué)方法——理想實(shí)驗(yàn)法.再通過“真空不能傳聲”實(shí)驗(yàn)，鬧鐘在真空罩中的聲音逐漸變?nèi)?，進(jìn)行對比和類比，加深學(xué)生對推理和理想實(shí)驗(yàn)法的理解.

復(fù)習(xí)課，一改新課設(shè)計(jì)簡單明了、目的明確的設(shè)計(jì)原則，著重分析為什么實(shí)驗(yàn)要這樣做以及這樣做的合理性，進(jìn)一步強(qiáng)化新知識的同化、順應(yīng)和平衡過程.

2.4.2 復(fù)習(xí)課——教學(xué)設(shè)計(jì)

問題轉(zhuǎn)換探究模式——探究牛頓第一定律

問題：運(yùn)動(dòng)物體不受力時(shí)如何運(yùn)動(dòng)？

困難：現(xiàn)實(shí)中不存在，無法研究.

問題轉(zhuǎn)換1：水平方向不受力如何運(yùn)動(dòng)？

問題轉(zhuǎn)換2：水平方向不受阻力如何運(yùn)動(dòng)？

問題轉(zhuǎn)換n：水平方向阻力越來越小如何運(yùn)動(dòng)？——轉(zhuǎn)換思維.

實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)：設(shè)計(jì)斜面實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)，得出結(jié)論（逆向加固內(nèi)容圖式）.

“學(xué)以致用”“知識來源于生活、指導(dǎo)生活”是新課改不遺余力的教學(xué)目標(biāo)導(dǎo)向.在習(xí)題課上，教師可以通過生活化的例子，加深學(xué)生對新知識的意義建構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)化內(nèi)化，使學(xué)生感受到知識不是枯燥的，知識可以解決生活中實(shí)際問題.復(fù)習(xí)課可以針對“為什么要研究”進(jìn)行意義構(gòu)建，圍繞“怎么去研究”推進(jìn)課程程序，使新知識牢固地和原有知識和方法體系融為一體，實(shí)現(xiàn)高效教學(xué).

2.4.3 習(xí)題課——教學(xué)設(shè)計(jì)

“假說—演繹—情景再現(xiàn)”探究模式——探究牛頓第一定律

問題：剎車突然壞了，向前滑行到停下的距離受什么影響？

收集實(shí)例：剎車壞前行駛的初速度、地面的種類、地面是否濕潤——?dú)w納推理.

形成假說：分析歸納形成假說.

滑行距離跟初速度、接觸面的粗糙程度有關(guān)——?dú)w納推理.

問題轉(zhuǎn)換：大小不同的阻力對水平方向上運(yùn)動(dòng)的距離有什么影響？

實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)：用小車從斜面上同一高度靜止下滑到不同水平面上，模擬實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)是否發(fā)生——模擬重現(xiàn).

結(jié)論：實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與猜想一致，說明假說正確，得出結(jié)論（檢驗(yàn)內(nèi)容圖式）.

2.5 采用切合教學(xué)對象目標(biāo)人群最近發(fā)展區(qū)的物理圖式組織教學(xué)

維果茨基的“最近發(fā)展區(qū)”理論認(rèn)為：兒童有兩種水平，一種是現(xiàn)實(shí)所具有的實(shí)際水平，叫現(xiàn)實(shí)水平;一種是達(dá)不到、需要在教師的指導(dǎo)下才能達(dá)到的水平，叫潛在水平;兩種水平之間所存在的空間叫“最近發(fā)展區(qū)”.由此出發(fā)，良好的教學(xué)內(nèi)容，其目標(biāo)設(shè)定必然在解決問題的實(shí)際水平和潛在水平之間，然后通過學(xué)生獨(dú)立解決和學(xué)業(yè)求助相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo).最恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)目標(biāo)設(shè)定，才是學(xué)生最合理的知識生長點(diǎn)，才能成為學(xué)生知識進(jìn)一步生成的“支架”.缺乏相對應(yīng)的“支架”，認(rèn)知問題表現(xiàn)為“內(nèi)容圖式”存在盲點(diǎn).而無明確目標(biāo)的、對學(xué)生有過高目標(biāo)期待的教學(xué)預(yù)設(shè)，往往也會造成教學(xué)的失敗或無效.

例題5 （2010 廣州 14題）（1）托里拆利測量大氣壓強(qiáng)值實(shí)驗(yàn)如圖4所示，當(dāng)時(shí)的大氣壓強(qiáng)等于mm高水銀柱所產(chǎn)生的壓強(qiáng).

從考試的統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，這個(gè)題的得分率很低.我們不禁反思傳統(tǒng)的大氣壓強(qiáng)教學(xué)——是否進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)？做了;是否觀看錄像？看了;是否進(jìn)行理論分析？分析多次.為什么還會出現(xiàn)這么嚴(yán)重的問題？筆者通過與學(xué)生反復(fù)研討后，發(fā)現(xiàn)典型錯(cuò)誤的解題思路（學(xué)生圖式現(xiàn)狀）.

a.物理圖式：直接背答案——標(biāo)準(zhǔn)大氣壓數(shù)值760.

錯(cuò)誤類型：停留在機(jī)械的語言圖式層面.

b.物理圖式：課本上“托里拆利實(shí)驗(yàn)”最初的結(jié)果是760，那么，只要是托里拆利實(shí)驗(yàn)結(jié)果就一樣.

錯(cuò)誤類型：內(nèi)容圖式錯(cuò)誤.

c.物理圖式：750+10=760（集中錯(cuò)誤），750+20=770，750+10+20=780.

錯(cuò)誤類型：不正確或不完善的內(nèi)容圖式.

筆者通過反思教學(xué)不難發(fā)現(xiàn)，學(xué)生圖式建立不正確的原因在于不理解大氣壓怎么拖住水銀柱，進(jìn)而影響托里拆利實(shí)驗(yàn)后面的“在哪里拖住”“為什么能拖住”等等的一切分析，最終阻礙知識的正確內(nèi)化.毫無疑問，這是一個(gè)典型的“內(nèi)容圖式”建立過程存在盲點(diǎn)造成的低效教學(xué).當(dāng)然，教師利用“內(nèi)容圖式”教學(xué)存在多個(gè)選擇時(shí)，宜選擇更為“低位”的教學(xué)圖式，這樣無疑可以幫助更多的學(xué)困生實(shí)現(xiàn)其學(xué)業(yè)的發(fā)展.

我們能否針對“內(nèi)容圖式盲點(diǎn)”設(shè)計(jì)能夠產(chǎn)生“直觀的作用效果”的教學(xué)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生相信大氣壓會對水銀柱產(chǎn)生一個(gè)向上拖的力？基于以上分析，我們設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生可以“眼見為實(shí)”.

（1）將試管內(nèi)裝滿水，倒置在燒杯內(nèi)，放入真空罩，用真空抽氣泵抽氣，試管內(nèi)液面下降，如圖5所示.

（2）打開閥門，向真空罩內(nèi)放入空氣，恢復(fù)外界大氣壓強(qiáng)環(huán)境，試管內(nèi)再次充滿液體，如圖6所示.

結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得出結(jié)論：（1）玻璃管中液柱產(chǎn)生向下的壓強(qiáng)，水從玻璃管中流出來，使燒杯中的水面上升.（2）大氣壓作用在燒杯中的水面使之下降，將液體填入剛被抽成“真空”的玻璃管中.圖7再現(xiàn)托里拆利實(shí)驗(yàn)的一個(gè)場景，水銀槽中水銀液面不升也不降.則恰恰說明液柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)和大氣壓強(qiáng)相等.如此，學(xué)生便理解大氣壓強(qiáng)可以通過水銀面產(chǎn)生向上的壓強(qiáng)托住試管內(nèi)的液體，再比較p汞柱和p0的大小關(guān)系，托里拆利實(shí)驗(yàn)難點(diǎn)便分解成相對應(yīng)的幾個(gè)可以“理解”的“支架”，降低學(xué)生理解的難度，學(xué)生“跳一跳摘到桃”，使新知識更易接受.

物理是建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的學(xué)科，學(xué)科性質(zhì)決定實(shí)驗(yàn)教學(xué)的必要性和重要地位.實(shí)驗(yàn)教學(xué)最大特點(diǎn)就是以“動(dòng)作化的現(xiàn)象”顯示物理量的存在.教師合理預(yù)設(shè)實(shí)驗(yàn)步驟，通過特定的“動(dòng)作承載體（效果顯示器）”，揭示物理量的存在和作用，就可以成為分析問題的“有力支撐（內(nèi)容圖式）”.顯然，遵循圖式教學(xué)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)有效性的關(guān)鍵.有效實(shí)施實(shí)驗(yàn)教學(xué)，在恰當(dāng)?shù)牡胤讲鸾饨虒W(xué)難點(diǎn)，建立合適的針對新知識的“內(nèi)容圖式”生長點(diǎn)，不失為突破教學(xué)難點(diǎn)的一個(gè)重要手段.

反思2010年廣州中考物理，我們感慨：如果沒有恰當(dāng)?shù)摹皟?nèi)容圖式”做支撐，當(dāng)課堂有效性降為0時(shí)，不僅“傳遞—接受”教學(xué)方式是機(jī)械的、無意義的，就算“活動(dòng)式教學(xué)”，擁有再多的活動(dòng)表現(xiàn)形式，再花式的教學(xué)手段，都不可能幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)有意義的學(xué)習(xí)，所有的課堂教學(xué)都成為徒勞.而針對“內(nèi)容圖式”教法的變革，其核心是必須針對學(xué)生圖式中內(nèi)容圖式的“盲點(diǎn)”“錯(cuò)點(diǎn)”和“瘦點(diǎn)”實(shí)施教學(xué)手段，讓學(xué)生獲得可依附的、更穩(wěn)定的、更好的知識生長點(diǎn)，獲得“支架”來開展教學(xué).

當(dāng)然，物理學(xué)科作為一種典型性的綜合性學(xué)科，物理圖式與其他學(xué)科圖式之間存在交融.學(xué)科之間的交融亦模糊能夠拓展物理圖式的邊界.

3 “物理圖式教學(xué)”提升課堂教學(xué)的有效性

新教師——學(xué)習(xí)圖式教學(xué)，骨干教師——模仿圖式教學(xué)，名師——?jiǎng)?chuàng)造、創(chuàng)新圖式教學(xué).“學(xué)圖式”，教師掌握知識聯(lián)系的本質(zhì)，就獲得解決“學(xué)生如何才能真正學(xué)會、學(xué)到”這一教學(xué)問題的工具、策略和方法，提高教師的教學(xué)能力;“用圖式”，指導(dǎo)并改進(jìn)教師的教學(xué)實(shí)踐，極大地優(yōu)化教師教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)系統(tǒng);深入研究圖式，“評圖式”“建圖式”，又反饋于教學(xué)，使教師不斷豐富、改進(jìn)教學(xué)策略，形成良性循環(huán)，有利于學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，促進(jìn)新課程改革堅(jiān)實(shí)、有效地落實(shí)到課堂教學(xué)中，提高教學(xué)的有效性，實(shí)現(xiàn)學(xué)生學(xué)和教師教的“雙贏”[5].

參考文獻(xiàn)：

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[2]孫偉河.以“物理圖式”為線索的科學(xué)方法教育教學(xué)研究[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2016，45（18）：17-19.

[3]呂俊君.問題圖式在物理習(xí)題教學(xué)中的應(yīng)用[J].物理通報(bào)，2019（S2）：18-22.

[4]陳剛，舒信隆.問題圖式在物理問題解決教學(xué)中的應(yīng)用[J].課程·教材·教法，2009，29（07）：57-61.

[5]劉國良.論圖式理論在物理教學(xué)中的應(yīng)用[J].物理教師，2006（12）：1-3+22.

（收稿日期：2021-01-20）