［摘要］ 開(kāi)展指向核心素養(yǎng)的教學(xué)，要以完善認(rèn)知結(jié)構(gòu)為抓手，以大概念為引導(dǎo)，促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的完善。大概念所發(fā)揮的作用在于引領(lǐng)，即教師在提煉出本節(jié)內(nèi)容的大概念之后，讓學(xué)生圍繞大概念生成更多的小概念，于是大、小概念之間就可以形成有機(jī)的聯(lián)系，促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的生成與完善。本文以人教版初中物理“分子熱運(yùn)動(dòng)”教學(xué)為例，從宏觀現(xiàn)象與微觀解釋兩個(gè)層面出發(fā)，嘗試建立物理現(xiàn)象與物理知識(shí)之間的聯(lián)系，從而使學(xué)生的認(rèn)知表現(xiàn)出基本的、與初中學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)相匹配的“物理現(xiàn)象—物理知識(shí)”結(jié)構(gòu)。

［關(guān)鍵詞］ 初中物理；大概念；認(rèn)知結(jié)構(gòu)；知識(shí)建構(gòu)

過(guò)往，由于客觀存在的應(yīng)試壓力，初中物理教學(xué)往往囿于知識(shí)講授與運(yùn)用而難以達(dá)到更高階的層次。《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》

（以下簡(jiǎn)稱“新課標(biāo)”）的頒布，使得進(jìn)入課改深水區(qū)的初中物理教學(xué)，在物理學(xué)科核心素養(yǎng)的引導(dǎo)下駛上了學(xué)科教學(xué)高質(zhì)量發(fā)展的“快車道”。同時(shí)，廣大初中物理教師也應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，物理學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展不能完全脫離知識(shí)本身，只有在知識(shí)建構(gòu)的過(guò)程中讓學(xué)生完善自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，物理學(xué)科核心素養(yǎng)才能真正落地生根。

一般認(rèn)為，傳統(tǒng)的初中物理教學(xué)重知識(shí)的灌輸而輕認(rèn)知結(jié)構(gòu)的完善。根據(jù)新課標(biāo)，教師開(kāi)展初中物理教學(xué)的起點(diǎn)應(yīng)當(dāng)鎖定在認(rèn)知結(jié)構(gòu)之上。由此可見(jiàn)，初中物理教學(xué)的基本任務(wù)之一就是讓學(xué)生形成物理知識(shí)的結(jié)構(gòu)化體系，掌握學(xué)習(xí)物理的科學(xué)方法，提高處理實(shí)際問(wèn)題的能力。要想打破傳統(tǒng)初中物理教學(xué)的窠臼，就要有相應(yīng)的理論作為引導(dǎo)。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，大概念可以給初中物理教學(xué)帶來(lái)新的方向和路徑，讓物理教學(xué)在大概念的引導(dǎo)之下，促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的生成與完善，從而促進(jìn)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培育。

下面，以人教版初中物理九年級(jí)全冊(cè)第十三章“內(nèi)能”第一節(jié)“分子熱運(yùn)動(dòng)”教學(xué)為例，探討基于大概念的初中物理認(rèn)知結(jié)構(gòu)教學(xué)。

一、提取大概念，確定教學(xué)目標(biāo)

以課時(shí)為單位的章節(jié)教學(xué)反映了傳統(tǒng)教學(xué)的線性思維，其背后是教材所呈現(xiàn)的物理知識(shí)邏輯。學(xué)習(xí)心理學(xué)的相關(guān)理論表明，學(xué)科知識(shí)內(nèi)在的邏輯體系與學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)并不是完全對(duì)應(yīng)的，尤其是當(dāng)學(xué)科知識(shí)基于自身的結(jié)構(gòu)而呈現(xiàn)出相應(yīng)的表現(xiàn)順序時(shí)，學(xué)生的思維是否圍繞這一邏輯而展開(kāi)，則有待商榷。

以“分子熱運(yùn)動(dòng)”為例，通過(guò)分析學(xué)情發(fā)現(xiàn)，大部分學(xué)生對(duì)分子、原子概念的認(rèn)識(shí)相對(duì)不足，有些學(xué)生雖然在生活中的某些場(chǎng)合聽(tīng)說(shuō)過(guò)分子或原子的概念，但這些相對(duì)于“分子熱運(yùn)動(dòng)”知識(shí)建構(gòu)的要求仍然顯得微不足道。因此，在幫助學(xué)生學(xué)習(xí)這一知識(shí)時(shí)，教師要從宏觀現(xiàn)象與微觀解釋兩個(gè)層面，來(lái)幫助學(xué)生建立物理現(xiàn)象與物理知識(shí)之間的聯(lián)系，從而讓學(xué)生的認(rèn)知表現(xiàn)出基本的、與初中階段學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)相匹配的“物理現(xiàn)象—物理知識(shí)”結(jié)構(gòu)?；谶@一思路，首先需要提取本課的大概念。

研究教材發(fā)現(xiàn)，教材依次給出的知識(shí)點(diǎn)有“物質(zhì)的構(gòu)成”“分子熱運(yùn)動(dòng)”“分子間的作用力”等。其中，“物質(zhì)的構(gòu)成”主要講的是分子（原子）及其大小，“分子熱運(yùn)動(dòng)”主要講的是擴(kuò)散現(xiàn)象及一切物質(zhì)的分子都在不停地做無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)（熱運(yùn)動(dòng)的定義），“分子間的作用力”主要講的是分子間存在的引力和斥力。這樣的編寫思路，其實(shí)已經(jīng)反映出“分子熱運(yùn)動(dòng)”這部分知識(shí)的要點(diǎn)，教師對(duì)于教學(xué)順序的安排也就有了依據(jù)。那么，學(xué)生在學(xué)習(xí)“分子熱運(yùn)動(dòng)”時(shí)，具體的思維過(guò)程應(yīng)該是怎樣的呢？是否一定要按教材的順序逐步建構(gòu)知識(shí)呢？過(guò)往大量的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)表明，結(jié)果往往是否定的，這也就意味著，初中物理教師要想促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的生成與完善，就要在教材的基礎(chǔ)上，針對(duì)學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)對(duì)教學(xué)進(jìn)行優(yōu)化。此時(shí)，運(yùn)用大概念理論，就可以獲得新的

啟發(fā)。

對(duì)于大概念引領(lǐng)下的教學(xué)，通常認(rèn)為科學(xué)大概念是基于科學(xué)事實(shí)基礎(chǔ)的，同時(shí)又超越科學(xué)事實(shí)的，將科學(xué)方法、科學(xué)思想、科學(xué)觀念抽象概括并用語(yǔ)言表達(dá)出來(lái)的觀念性認(rèn)識(shí)。據(jù)此，“分子熱運(yùn)動(dòng)”中最為明顯的概念是“分子”和“熱運(yùn)動(dòng)”，前者初中學(xué)生不太熟悉，而后者則更加陌生，所以這一概念并不適合作為大概念。如果將這一概念簡(jiǎn)化一下，變成“分子運(yùn)動(dòng)”，適當(dāng)削弱物理專業(yè)的意味，而更多地體現(xiàn)生活意味，如此，學(xué)生理解起來(lái)就更為順利。此時(shí)，學(xué)生可以憑借大腦中已有的“分子”概念，再疊加前面所學(xué)的“運(yùn)動(dòng)”知識(shí)，幫助自己加深對(duì)本節(jié)知識(shí)的認(rèn)識(shí)。這一認(rèn)識(shí)不一定符合嚴(yán)格物理意義上“熱運(yùn)動(dòng)”的概念。在學(xué)生學(xué)完本章知識(shí)，形成認(rèn)知結(jié)構(gòu)之后，可以由“運(yùn)動(dòng)”轉(zhuǎn)換為“熱運(yùn)動(dòng)”，這一過(guò)程看似“走了彎路”，實(shí)際上更加符合初中生的認(rèn)知發(fā)展水平，因而不會(huì)影響學(xué)生的學(xué)習(xí)效率及效果。教學(xué)實(shí)踐也表明，以“分子運(yùn)動(dòng)”作為大概念來(lái)引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)本章知識(shí)，還可以讓學(xué)生直接形成一定的想象，即在大腦中通過(guò)想象構(gòu)建與“分子的運(yùn)動(dòng)”相關(guān)的圖景。這些內(nèi)容在后續(xù)的學(xué)習(xí)過(guò)程中無(wú)論是被證實(shí)還是被證偽，對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)都是一手的、寶貴的學(xué)習(xí)資源，可以幫助學(xué)生從認(rèn)知的不平衡走向認(rèn)知的平衡。

二、規(guī)劃學(xué)習(xí)路徑，促進(jìn)知識(shí)建構(gòu)

大概念統(tǒng)攝下的初中物理教學(xué)，是實(shí)現(xiàn)有效學(xué)習(xí)、落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)培育的重要途徑。提煉學(xué)科大概念可從以下三個(gè)維度入手：基于學(xué)科視角，聚焦學(xué)科本質(zhì)；基于課程標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)學(xué)科教材；基于學(xué)生發(fā)展需求。按照這一要求，可以發(fā)現(xiàn)對(duì)于“分子熱運(yùn)動(dòng)”的教學(xué)來(lái)說(shuō)，相應(yīng)的學(xué)習(xí)途徑應(yīng)當(dāng)是讓學(xué)生在分析、概括分子熱運(yùn)動(dòng)宏觀現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，尋找相應(yīng)的微觀解釋，并在此過(guò)程中嘗試將宏觀現(xiàn)象與微觀解釋對(duì)應(yīng)起來(lái)。

這樣的教學(xué)思路可以幫助學(xué)生形成相應(yīng)的物理觀念，培養(yǎng)科學(xué)思維。而且，在現(xiàn)象分析與原因解釋的過(guò)程中，學(xué)生具身體驗(yàn)科學(xué)探究的過(guò)程，可以讓自身的認(rèn)知結(jié)構(gòu)更加完善。整個(gè)過(guò)程中，大概念所發(fā)揮的作用是引領(lǐng)，即大概念并非直接告訴學(xué)生答案，而是引導(dǎo)學(xué)生圍繞大概念去生成更多的小概念。于此，大、小概念之間形成有機(jī)的聯(lián)系，讓學(xué)生逐漸理解相對(duì)抽象的物理學(xué)知識(shí)，最終建立并完善本節(jié)內(nèi)容的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。可以說(shuō)，概念之間的聯(lián)系越緊密，認(rèn)知結(jié)構(gòu)也就越完善。

通過(guò)大概念完善學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，主要任務(wù)就是借助“分子的運(yùn)動(dòng)”，幫助學(xué)生初步認(rèn)識(shí)“分子動(dòng)理論”。初中階段對(duì)這一概念并不做特別要求，但要想深入理解“分子熱運(yùn)動(dòng)”的內(nèi)涵，實(shí)際上就需要“分子動(dòng)理論”的內(nèi)容作為鋪墊。此時(shí)，學(xué)生已經(jīng)明確了本節(jié)課的學(xué)習(xí)任務(wù)就是理解“分子的運(yùn)動(dòng)”，因而在這一大概念的引領(lǐng)下，相應(yīng)的學(xué)習(xí)活動(dòng)就可以圍繞“物質(zhì)是由大量分子構(gòu)成的”“一切物質(zhì)的分子都在不停地做無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)”“分子之間存在引力和斥力”這類小概念來(lái)進(jìn)行。如此，宏觀現(xiàn)象與微觀解釋之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系也在學(xué)生對(duì)于小概念的認(rèn)識(shí)與理解中逐漸建立，并成為完善學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的“助推器”。

三、落實(shí)大概念教學(xué)各環(huán)節(jié)活動(dòng)

明晰了教學(xué)思路后，教師要對(duì)大概念教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)及其活動(dòng)進(jìn)行梳理。對(duì)于“物質(zhì)是由大量分子構(gòu)成的”這一認(rèn)識(shí)，主要是從“小”這一角度來(lái)切入。教師可以引導(dǎo)學(xué)生先復(fù)習(xí)長(zhǎng)度單位，幫助學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)清宏觀世界里“米”“厘米”等單位的大小，然后將之與分子直徑的數(shù)量級(jí)10-10米進(jìn)行比較，學(xué)生就可以對(duì)分子的大小形成初步認(rèn)識(shí)。在此基礎(chǔ)上，教師引導(dǎo)學(xué)生借助與宏觀世界的相同比例關(guān)系的兩個(gè)物體，如地球與乒乓球的比較，從而對(duì)分子的大小做出較為準(zhǔn)確的判斷，再經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的邏輯推理，可以形成“物質(zhì)是由大量分子構(gòu)成的”這一認(rèn)識(shí)，并且明確即使小如生活中的一?；覊m，也是由大量分子組成的。

對(duì)于“一切物質(zhì)的分子都在不停地做無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)”這一認(rèn)識(shí)，教學(xué)中的主要挑戰(zhàn)在于讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到“分子在運(yùn)動(dòng)”“不停地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)”。從學(xué)生思維的角度來(lái)看，這兩個(gè)認(rèn)識(shí)的形成具有進(jìn)階特征，教師可以將教學(xué)的重點(diǎn)放在前一個(gè)層面。具體而言，首先，教師將教材中所展示的擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)演示給學(xué)生看，同時(shí)讓學(xué)生自己去尋找原因。此時(shí)，學(xué)生可能會(huì)做出多種猜想，但最終的指向一定是“分子在運(yùn)動(dòng)”。而且，一些實(shí)驗(yàn)題目當(dāng)中也經(jīng)常出現(xiàn)“哪種液體或氣體應(yīng)該放在上面”之類的問(wèn)題。通過(guò)將這些題目與本課所學(xué)內(nèi)容有機(jī)結(jié)合，學(xué)生很容易就能想到，無(wú)論是哪種氣體或液體放在上面，只要最終氣體是均勻混合的，就可以說(shuō)明分子在運(yùn)動(dòng)。然后，教師可以聯(lián)系物理學(xué)發(fā)展史，向?qū)W生投影物理學(xué)史上分子被發(fā)現(xiàn)的微視頻，在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)，讓學(xué)生大腦中的認(rèn)知結(jié)構(gòu)更加符合認(rèn)知發(fā)展邏輯。最后，對(duì)于“不停地”和“無(wú)規(guī)則”運(yùn)動(dòng)的概念，可以借助問(wèn)題來(lái)調(diào)動(dòng)學(xué)生的思維：物質(zhì)的擴(kuò)散是因?yàn)槲覀冏鰧?shí)驗(yàn)才有的嗎？生活中還有其他擴(kuò)散現(xiàn)象嗎？分子的運(yùn)動(dòng)有章可循嗎？問(wèn)題鏈的提出可以鍛煉學(xué)生的多元思維，進(jìn)一步完善學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

對(duì)于“分子之間存在引力和斥力”，教師要認(rèn)識(shí)到這是本節(jié)內(nèi)容教學(xué)中的一大教學(xué)難點(diǎn)。為此，教師可以借助交互式電子白板等先進(jìn)技術(shù)的加持，演示“鉛柱緊壓后結(jié)合起來(lái)”實(shí)驗(yàn)，可以讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到“分子之間存在引力”。當(dāng)課堂教學(xué)推進(jìn)到中后段，學(xué)生已經(jīng)建立起對(duì)本節(jié)內(nèi)容的初步認(rèn)知后，生活中的一些同類現(xiàn)象又會(huì)讓學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容產(chǎn)生質(zhì)疑，如“兩只手緊壓在一起怎么沒(méi)有結(jié)合在一起”之類的問(wèn)題，這就是我們常說(shuō)的課堂教學(xué)“預(yù)設(shè)與生成”之間的差異，考驗(yàn)著教師的解釋能力。同樣，當(dāng)“分子之間存在斥力”這一結(jié)論呈現(xiàn)在學(xué)生面前時(shí)，學(xué)生又會(huì)提出“一個(gè)人的兩只手是不是永遠(yuǎn)無(wú)法接觸”之類的問(wèn)題，需要教師結(jié)合分子之間相互作用力的產(chǎn)生條件做出合理的解釋。

四、教學(xué)總結(jié)與反思

“分子熱運(yùn)動(dòng)”這一節(jié)內(nèi)容在整個(gè)初中物理知識(shí)體系當(dāng)中相對(duì)來(lái)說(shuō)并不是重點(diǎn)，但無(wú)論是從學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)的角度來(lái)說(shuō)，還是從物理學(xué)科核心素養(yǎng)培育的角度來(lái)說(shuō)，都不能忽視其重要性。由于這一節(jié)內(nèi)容涉及的概念和規(guī)律相對(duì)較多，宏觀現(xiàn)象與微觀解釋之間的對(duì)應(yīng)并不是線性的，因此傳統(tǒng)的教學(xué)方式配上相當(dāng)數(shù)量的練習(xí)題，往往很難讓學(xué)生形成完整的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，最多只是零散的物理知識(shí)與相關(guān)習(xí)題之間的有限關(guān)聯(lián)。顯然，這樣的教學(xué)效果無(wú)助于完善學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，也無(wú)益于培育學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

綜上，反思“分子熱運(yùn)動(dòng)”的教學(xué)實(shí)踐，認(rèn)知結(jié)構(gòu)化有助于疑難問(wèn)題的解決和思維品質(zhì)的提升。作為初中物理教師，基于核心素養(yǎng)進(jìn)行教學(xué)，要以學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的完善作為出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)，要以大概念作為促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)生成與完善的“助推器”。這樣，才能保證知識(shí)在學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程中真正得到建構(gòu)?；诖蟾拍畹某踔形锢碚J(rèn)知結(jié)構(gòu)教學(xué)可以幫助學(xué)生提升物理學(xué)習(xí)品質(zhì)，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到物理學(xué)科的學(xué)習(xí)不只在于記住一些概念或規(guī)律，還要在自己的大腦中形成概念、規(guī)律和實(shí)例之間高度關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)，真正培育物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

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