首页 -> 2006年第4期
论物理教学的异型建构策略
作者：陈克超
教学活动过程的核心是实现学生的自主建构。学生建构的主流是教材中经典的、确定的、常态的、有明确价值追求、永恒的真善美的内容。然而教材内容来源于广阔的社会生活，承载着复杂的文化背景。所以教学活动的设计既要源于教材、又要跳脱教材；忠于教材、又要敞开教材[1]。设计与教材内容的表现方式相反或有差异的内容，打破预设的、程式化的教学设计，实现教学的异型建构，这种新颖的、异常的刺激，给学生带来机遇和挑战，激起学生的探索欲望，激活学生的发散性和创造性思维本性，从而摆脱片面的简单思维，使学生全面认识社会现象的复杂性，客观地理解真实的自然现象。
二、理论依据
学生在学习新知识前，已有的知识积累、认知倾向会对新知识有朴素的理解，这种理解有别于科学含义，这种对某一特定系统的功能部分及相关关系的表征，是学生理解、预测和推理的基础，当原有的心理模型和新的物理系统模型比较，认识到两者的差异，就会产生认知冲突。根据“耗散结构理论”，非平衡是有序之源。我们的思维之所以不断深化，是因为大脑的认识过程中，原来的图式结构的平衡状态被外来刺激所打破，发生了“同化”或更深刻的“顺应”作用，使原来的图式得到充实或改革，达到新的水平和新的平衡。依据完形心理学理论，人的心理活动是一个有组织的整体，人的心理过程本身具有组织和解释作用，人们可以根据对事物完形结构的认识，通过不同情形的刺激、组合，会把一个不完整意义结构当作完整意义来构造，会自动对教材内容加以弥补、活化，使其完形[2]。异型建构教学策略就是利用另类刺激，打破原来平衡结构，发生“同化”作用，充实和强化原有正确的图式，使学生自主地对教材所要求的内容完形，从而达到活化模型建构的目的。这就是异型建构教学策略所要达到的教育价值。
三、异型建构教学策略
策略一：虚构条件，纯正模型建构
虚构是指构造不真实的或不存在的内容，与教材内容表现方式相反或有差异，呈现的不是教材预先设定好的内容，通过参与者的行为和相互作用形式，实现一个充满情感、有审美要求以及预料之外的探险过程。虚构物理条件，表明物理条件变化，物理规律也将变化。虽然这种情况实际上并不存在，但只有以原有物理模型为基础，通过比较、反省，寻求其因果变化特点，从而反过来深化原有物理模型，达到模型纯正化建构目的。
例如：在学习分子力和分子势能后，可以设问：假设分子间的引力比斥力变化快，分子力和分子势能应遵循什么样的规律？学生将积极反馈原有物理规律，是分子引力和斥力都随分子间距离的增大而减小，斥力比引力变化快。新的图式与原有认知发生急剧冲突，激活学生思维，迫使学生进行细致的比较、分析和归纳，以原有物理规律的思维流程为基础，才可以回答出虚构条件下的因果关系。这种异常的冲击，大大激活大脑思维流向，使原有的思维模型得到进一步强化和充实。
策略二：异化条件，固化模型建构
高中物理教材所对应的规律，是极其简化和抽象的模型，这种窄化的理论是在极其窄化的前提条件下得出的，改变了模型简化的条件，这种模型是不成立的。所以异化前提条件，让学生形成使用的模型必须满足前提条件，通过分析、比较各种条件，体验条件提取的思维过程，实现教学活动是过程体验的建构过程。同时探索这种异化条件后物理问题的求解方法，即以原有的正确模型为基础定性分析出结论。
例如：在学习库仑定律后，可设问：如何确定两个半径为Ｒ，带电量为＋Ｑ的小球在相距为３Ｒ时的相互作用力？当两球相距为３Ｒ时，带电小球不能看作点电荷，因而不满足库仑定律。学生就会回想点电荷模型建立的思维方法，回忆库仑定律使用的前提条件，这个过程就是固化模型建构的过程。不满足库仑定律，就不能用库仑定律定量计算，但可以以库仑定律求解的方法为基础，分析出异化条件带来的差异，带电小球由于静电斥力作用，电荷分布就不均匀，电荷中心不在小球的几何中心，将沿着两球球心连线向外移动，即可定性分析出比电荷中心在球心处利用库仑定律的计算值小。
策略三：还原历史探究背景，优化模型建构
物理教材是经典的、优化的自然规律。然而从物理学发展史发现，在得到这种优化的物理规律之前，有众多的物理学家前仆后继地作过有益的探索，探索过程中包含着原始的猜测、假设，得出了结论，可能不是最优化的结论，甚至会出现偏差或者错误。这种偏差或者错误也可能恰好就是学生在探究时的一种元认知，为了有效地削去这种原始心理模型，达到优化建构的目的，必须让学生流入科学探究的实景中，认识产生偏差或者错误的原因，从而正确建构物理模型。
（１）再现历史教训，获取经验
学生在学习探究过程中，最容易发生的错误，也是最难根除的错误，就是以生活经验为基础的元认知错误认识。只有再现易错思维，引入另一明确的可信的相异理论，产生认知冲突，辨析各自的思维特点，以正确理念为依据，削去错误思维的源头，毁灭直觉的错误观点，建立新观念，并对新观念的合理性证明、加工、应用，便可以顺利建构正确物理模型。
例如：在运动和力的关系认识中，著名的学者亚里士多德以生活经验为基础得出力是维持物体运动的原因的结论，这恰好就是学生难以根除的潜意识。通过实验再现这种认识，并与伽利略的理想斜面实验对比，消除错误根源，便可顺利得出力不是维持物体运动的原因。并分析伽利略和笛卡儿的直线运动是以地球表面的弧形线运动意识为基础，就容易理解牛顿第一定律。
（２）还原情境，优化建构
教材引载的内容仅为物理学发展史上沧海一粟，背后埋藏着许多故事，循着科学研究的流向去思维、去探索，才能使学生在掌握科学知识的过程中，优化建构物理模型，同时感受科学探索的精神和方法，虽然众多的探究结论与现有理论相比较有偏差，不能有效地促进物理学的发展，但他们追求过、体验过，科学精神永存。
例如：学习完匀变速直线运动的规律后，可展示：历史上有些科学家曾把在相等位移内速度变化相等的单向直线运动称为匀变速直线运动（现称“另类匀变速直线运动”）。“另类加速度”的定义为A＝Va/V0，其中V0和a分别表示某段位移ｓ内的初速和末速。Ａ＞０表示物体做加速运动，Ａ＜０表示物体做减速运动。而现在物理学中加速度的定义式为ａ＝A＝Vt-V0/t。运用现在运动学理论分析可以看出，“另类匀变速直线运动”的处理方法并不优化。
策略四：探索生活物理，活化模型建构
对于客观现实的生活物理问题，学生找不到可以拿来仿效的原理，也没有现成的经验可以作为指导，只有通过独立思考，不断尝试，利用两个模型的语义上的相似、结构上的对应、实用的相关性进行类比，猜想借用哪个物理原理所对应的方法进行探索[3]。
例如：学过单摆的周期公式后，学生可能对钟摆产生兴趣，如何来研究钟摆的周期呢？引导学生通过定性分析，钟摆不是单摆，可用厚度和质量分布均匀的方木板做成的摆来模拟（这种摆被称为复摆）。运用单摆周期公式的研究思路，先猜想复摆的周期与摆的质量ｍ、振幅Ａ、板长Ｌ有关。通过实验证明复摆的周期仅与板长有关后，进一步猜想摆的摆长与板长有什么关系？猜想摆的摆长是Ｌ或者是Ｌ／２。先定性分析：若悬点到摆的重心Ｃ看作一段细线，线拴在Ｃ处，Ｃ处以下部分的重心离悬点的距离大于Ｌ／２，所以复摆的摆长既不是Ｌ，也不是Ｌ／２，应该大于Ｌ／２。设计实验证明猜想，测量板长为Ｌ的复摆周期的实际值，与复摆看作是摆长为Ｌ或者Ｌ／２的单摆的周期的计算值比较，从而确定复摆摆长的等效值。
当然，异型建构教学策略不是教学活动的主流，但它的异常刺激，可以引导学生积极思考和探索，分析物理过程，对修正物理模型、活化物理模型有重要作用。
参考文献
［１］ 中华人民共和国教育部．普通高中课程标准（实验）．北京：人民教育出版社，２００３．
［２］ 朱曼殊，缪小春．心理语言学．上海：华东师范大学出版社，１９９０．
［３］ 刑红军，陈清梅．论原始物理问题的教育价值及其启示．课程·教材·教法，２００５．
（责任编辑 孙晓雯）