围绕学科核心概念建构物理概念的若干思考，本文主要内容关键词为：概念论文,学科论文,物理论文,核心论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
学科核心概念是组织整合学科自身内容的少数关键概念，是当代科学教育研究关注的热点，是学生科学认识发展的核心。美国《新一代科学教育框架》物质科学部分的组长Joseph Krajcik指出，学科核心概念由若干重要概念构成，这些内容能够展现当代学科图景，是学科结构的主干部分。科学教育领域中的学科核心概念，是指四个具体科学研究领域（物质科学，生命科学，地球和空间科学及工程、科技与科学应用）中处于核心地位的科学概念或观念。[1]学科核心概念超越了那些孤立而散乱存在的事实或技能，对减轻学生的认知负荷、促进学生形成对自然界的整体认识具有重要作用；能有效促进学生理解学科知识、建构学科体系。 本文首先从理论和实践两个层面简要探讨围绕学科核心概念建构物理概念的必要性，然后基于当代科学概念学习理论和研究成果拓展对物理概念教学要求的认识，并从概念的意义、内涵、外延、关联四个方面深入讨论围绕学科核心概念建构重要物理概念的主要内容，最后简要说明其实践价值。 一、围绕学科核心概念建构物理概念的必要性 从促进学生科学素养发展的角度看，之所以重视学科核心概念在课程与教学中的作用，主要是因为：（1）面对知识爆炸的必然选择。当代科学知识迅猛增加，而学校的教学内容和时间有限。围绕学科核心概念组织知识内容有助于课程整合，减轻学业负担。有关学科核心概念的研究成果已经体现在美国最新的科学教育文件中。美国在2013年颁布的《新一代科学教育标准》围绕“科学与工程实践”“共通概念”和“学科核心概念”三个维度组织课程内容，并确定了各维度所包含的具体内容和表现期望。（2）学科核心概念对促进学生认知的整合发展有重要意义。Joseph Krajcik教授指出，学科核心概念可以让我们更深入地探索更为重要的观点和规律，了解更为复杂的观念。[2]如果做到了这些，我们就能够把各门科目的不同知识进行整合。实际上，如果没有学科核心概念，我们在各个学科中所获得的知识片断是不能够相互连接起来的。（3）学科核心概念的深入理解与学生科学探究能力的发展密切相关。[3]有研究表明，作为核心知识的物理概念是科学探究能力的重要成分，学生的科学探究活动不是盲目的，而应围绕学科核心概念进行。 物理学是由事实、概念、规律与方法构成的系统化理论体系，本身具有内在统一性。要学好物理，需要学生从整体上建构物理概念体系，在物理教学中应该选择并围绕“少而精”的学科核心概念进行。学习进阶的研究表明：应该把概念学习置于进阶的整个认知过程中综合考虑。也就是说，应该把物理概念建构看作学科核心概念进阶链条上的重要一环，随着学科核心概念的学习进阶而分阶段进行。 我国的物理课程和教学实践一直有重视基础知识与基本技能，重视知识系统性与完整性的传统。但在应试教育的压力下，教师往往更关注考试说明文件中列举的大量的具体知识以及相应的试题，使学生头脑中填充了大量零散的知识，而缺乏围绕学科核心概念对知识合理的组织，进而影响学生应用知识解决问题的能力，遇到陌生问题时缺乏思维的框架，加重了学生的学习负担。这也是导致学生厌学的重要原因之一。 因此，必须重视学科核心概念在物理概念建构中的作用。特别需要注意的是，这种作用是相互的。一方面，要通过物理概念的学习促进学科核心概念的发展，这就要求重新审视应如何建构物理概念才能促进学科核心概念的理解；另一方面，要注重用学科核心概念统领物理概念的建构，这就要求从学科核心概念视角重新审视建构物理概念的内容与方式。 二、深化和拓展对物理概念教学要求的认识 国内物理教育领域一贯重视物理概念的教学。不同研究者对物理概念教学的要求具有较高共识，只是表述略有差异。[4]归纳起来，主要从物理概念的意义、内涵、外延、关联等方面对物理概念教学提出了明确的要求。 但上述概念教学要求仅仅是对教学结果的状态描述，并没有分析要达到这些要求所需要建构的内容或者过程。从学科核心概念视角重新审视物理概念的教学要求，结合最近三十年来关于科学概念转变和学科核心概念学习进阶研究的成果，可以丰富和发展对上述诸方面的认识。 物理概念的意义体现在学科核心概念的框架下引入新概念的必要性。Posner等人提出的科学概念转变理论丰富了对于概念意义的认识。概念转变的首要条件是必须让学生对原有概念不满。[5]也就是说，教学应该促使学生认识到不得不引入新的概念，由此体会新概念对认识客观世界或者完善已有理论的必要性。概念意义对学习具有双重促进作用：从认知角度讲，原有概念的发展或者新概念的引入丰富和发展了原有的认知结构；从非认知角度讲，原有概念既然不能满足需要了，那么，必须引入新的概念或者发展原有概念。引入怎样的概念或者如何发展原有的概念呢？由此激发学生探索的兴趣和求知欲望。从学习者的角度看，物理概念的引入或发展可以促进对学科核心概念的理解。因此，需要从丰富和发展学科核心概念的角度建构物理概念的意义。 在概念的内涵与外延方面，物理概念与学科核心概念之间相互促进。学习进阶的研究表明：学生对学科核心概念内涵和外延的认识是通过分阶段逐步深入学习物理概念而实现的，对物理概念内涵和外延的理解也随着学科核心概念的学习而逐步深入和拓展。学科核心概念对更广泛的客观事物或者现象作出相对宏观的质的规定，而物理概念对于学科核心概念的贡献各有不同，有的是基础性的，如对运动的描述中质点和参考系的概念；有些是对客观事物或者现象的某一方面的性质或特征作出的具体规定，如位移、速度、加速度等物理量，这些物理量的集合才能完整地描述机械运动。因此，围绕学科核心概念建构物理概念，一方面通过学科核心概念的学习进阶，促进物理概念内涵与外延的建构；另一方面通过建构物理概念的内涵与外延，促进学科核心概念的发展。 建立概念间的关联是概念教学的重要内容，是促进知识结构化的重要途径。学科核心概念及其进阶的研究促进了对概念关联内容和层次的认识。美国国家研究委员会（NRC）把学习进阶定义为：学习进阶是对学生在一段较长的时间跨度内学习或研究某一主题时，学生的思维方式从新手型到专家型的连续且有层级的发展路径的描述。[6]关于新手与专家的研究表明：专家的知识往往是结构化的，知识间存在丰富的联系，并具有层次。[7]概念间的关联是知识结构的重要成分。因此，围绕学科核心概念建构物理概念间的关联，一方面可以促进学科核心概念的学习进阶；另一方面可以在学科核心概念框架下促进物理概念的理解。 三、围绕学科核心概念建构物理概念的主要内容 下面分别从物理概念的意义、内涵、外延、关联四个方面探讨围绕学科核心概念进行物理概念建构的主要内容。 （一）物理概念意义的建构 围绕学科核心概念建构物理概念的意义，就是从学科核心概念的层面考察引入物理概念的必要性，以及物理概念对丰富和发展学科核心概念的价值。在教学中不仅要在具体的问题情景中建构物理概念意义，还应该在学科核心概念的框架下建构。例如，只有在“机械运动与相互作用”这一学科核心概念的框架下，对加速度的物理意义的认识才能不断深化。从描述机械运动的角度来看，只有引入加速度才能描述和区别速度变化快慢不同的运动类型，加速度自然是描述运动所必要的物理概念。随着所学习的运动类型的不断扩展，加速度的物理意义也不断扩展。初学加速度时，仅用来描述直线运动中速度变化的快慢；学习曲线运动后，用加速度描述曲线运动中速度变化快慢，这里的速度变化既包括速度大小的变化，也包括速度方向的变化；从机械运动与相互作用关系的角度来看，只有引入加速度概念，才能定量描述机械运动和相互作用的关系，将相互作用与运动状态变化之间的因果关系深刻地揭示出来。由此体现出加速度概念作为联接机械运动和相互作用关系桥梁的重要意义。 （二）物理概念内涵的深化 围绕学科核心概念建构物理概念的内涵，就是在学科核心概念内涵的框架下，具体从客观事物的某一个侧面或者部分客观事物考察物理概念的内涵，并反过来丰富和发展学科核心概念的内涵。例如，从场这一学科核心概念的角度看，电场强度是描述电场力的属性的物理量，类似的物理量还有磁感应强度等。再如，重力加速度，从场这一学科核心概念的角度可以看作重力场强度。 随着物理概念的不断学习，可以促使学生不断加深对学科核心概念内涵的理解。例如，初学静电场时，首先引入电场强度从力的角度描述电场强弱；然后引入电势从能的角度描述电场；之后建立电场强度和电势差之间的关系，电场强度可以表示沿着电场强度方向的电势梯度，即