在困惑中促成知识的主动建构——高中物理知识建构过程教学案例设计与解读，本文主要内容关键词为：知识论文,困惑论文,教学案例论文,高中物理论文,主动论文，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。
“场”是法拉第在电和磁研究中的重要成果，“场线”是法拉第引入描述“场”的性质的十分重要的概念，“场”和“场线”的引入开辟了物理学研究的新天地。现行的高中物理教材（无论哪一种版本），对“电场线”的教学都作了简单化的处理，没有反映出其在教学中的应有地位和作用。不但内容单薄，而且教学上大多采用“概念+习题”的填鸭式方法，与新课程倡导的自主、探究、协作学习的理念相悖。下面提供的教学案例，以建构主义的理论为指导，集知识、方法和情感教学于一体，较好地体现了新课程的教学理念。以下是该案例的教学片段实录，限于篇幅，后面部分从略。
一、教学案例
【引课】点电荷的场强公式及不同位置的场强大小和方向分析。
师：下面学习电场强度的形象表示。我们曾学过力、位移、速度等矢量，当时，我们是如何图示这些矢量的大小和方向的？
生：用一条带箭头的线段表示，线段的长短表示大小，箭头表示方向。
师：电场强度也是矢量，请同学们画出正点电荷周围的电场强度这个矢量（教师板画正点电荷）。
学生开始动手画后，发现电荷的周围每一处都有电场，而老师又没有告诉他们画出哪一处的场强。因此发问：画哪些地方，画多少？
师：这个问题问得好，电荷周围的每一点都有电场，要画哪一点的场强？我们不妨先画出图1(a)中标出的几个点的场强吧。
学生画图后分析，如图1(b)。
师：从图1(b)中我们可以很方便地了解这些点的场强大小和方向。如每一点的场强都沿径向向外，离场源越远的点场强越小，矢量的线段就越短。但是，大家试试看，我们能否把每一点的场强矢量都画出来。
图1
生：不能，因为有无穷多的点，没法画。
师：请大家想象，即使能画出来，相邻各点的矢量线段重重叠叠，组成的是一个“一塌糊涂”的图形，而不是一根根的有向线段。那么，如何改进，才能既简单又明了地表示出场强的分布呢？
学生积极思考，有学生提出，画几条代表性的有方向的直线就可以了。
师：好吧，我们就把图1(b)中在同一直线上的几个矢量，分别改画成一条条有方向的直线［图1(c)］。这些直线能反映出不同点的场强大小和方向吗？
学生凝神静思后，有人回答。
生：能表示场强的方向，因为同一直线上的场强都向外，用一个向外的箭头表示就行了。但是，画成一条直线，没有了线段的长短，不能反映不同点的场强大小。
师：对啊！问题的关键就在这里，没有了线段的长短，场强的大小怎么表示？大家能不能从另外的角度，即从图形中找到一个隐含关系来反映场强的大小。
学生对着图形静思，突然有学生叫了起来“我知道了”。
师：好！请你讲一下吧！
生：很简单，离场源电荷近的地方场强大，线与线之间的间隔小，离场源电荷远的地方场强小，线与线之间的间隔大，直线之间的疏与密表示场强的小与大。
师：很好，的确如此。我们可以用这些矢量线之间的疏密来表示场强的大小，即电场线密的地方场强大、电场线疏的地方场强小。我们已经找到了能形象化地描述电场强度大小和方向的图示方法，这就是天才的物理学家法拉第当年提出的电场线方法。刚才，许多同学也能成功地发现这一方法，只要大家不断努力，将来你们之中也许就有很多个法拉第。
学生掌声响起。
师：在这里，由于电场在空间的连续分布，我们把以前图示中的用线段长短表示矢量大小，改为用矢量线之间的疏密表示，这一改变，实际上就建立了一种新的物理模型——“场线模型”，在以后磁场的学习中还会用到。一种新模型、新概念的建立，需要我们打破思维定势，进行灵活的科学创新。
师：在上述点电荷的电场中，从电荷向外的直线上所有点的电场方向都相同，所以电场线是直的。但是，在很多情况下，同一直线上不同点的场强方向是不同的，因此画出来的电场线是弯曲的，在弯曲的电场线上如何表示某一点的场强方向呢？
生：用电场线上该点的切线方向表示。
师：为什么切线方向就是电场方向？
学生思考。
学生A：这跟曲线运动中的速度方向类似，当物体作曲线运动时，曲线上各点的切线方向就是该点的速度方向。
师：有没有别的更合理的解释？
学生思考了些许时间后，有几位学生举手示意想发表意见。
学生B：把曲线分割为无限多的小段，每一个无限小的小段可看作是直的，也就是跟它的切线是重合的，因此曲线上该点的场强方向可用切线方向表示。
师：两位同学回答得很好。前一位同学采用的是类比法，后一位同学采用的是微元法，而这两种方法都是物理学研究中的重要的思想方法，希望大家在以后的学习中还要加以体会和应用。下面，我们再来研究几种典型的电场线的特征。
……
二、从新课程理念反思案例设计的成功之处
电场线作为一种物理模型，通常的教学都是把它当作知识“传授”给学生，比如教材上就是这样安排的。先告诉学生电场线的定义，在电场中画一些曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟该点的电场方向一致，这样的曲线叫电场线。再用模拟实验，显示电场线的分布情况。然后，再归纳正点电荷、负点电荷、等量异种电荷、等量同种电荷等的电场线的共同特征，得出：某点的场强方向就是该点电场线的切线方向，场强的大小就看电场线的疏密，电场线不相交、不闭合……看起来有讲解、有演示、有推理、有概括，老师倾囊相授，学生也觉得挺自然很容易接受。然而，如果深入思考，不难发现其中存在的问题。这里有学生的主动提问吗？有学生的思考探索过程吗？有学生自己探究得出结论吗？都没有。这是一种典型的接受式学习方式，教师所做的工作相当于在发送一条条信息，而学生还不如一个能接收信息的手机，因为学生获得的信息将有许多遗漏和失真。这种教法虽然省时，但对学生能力的发展却无半点好处，也不符合新课程提出的教学理念。
新的课程标准提出，高中物理的课程目标是要进一步提高学生的科学素养，从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个方面培养学生，为学生的终身发展奠定基础。课程的实施应促进学生自主学习，让学生积极参与、乐于探究、勇于实验、勤于思考。通过多样化的教学方式，帮助学生学习物理知识与技能，培养其科学探究能力，使其逐步形成科学态度与科学精神。
从新课程的理念出发，本案例设计了三个层次的“困惑”情境，来引领学生探索求证的过程。一是设计用原来的有向线段图示法，难以描述连续区域内无限多点的场强分布的矛盾情境，引起学生的认知冲突，激起探究的欲望，激发学习的热情；二是设计用改进后的有向线段，无法表示场强大小的困难情境，促使学生进行观察、猜测、论证的探究活动，培养思维能力；三是设计对弯曲电场线的场强方向表示法的质疑情境，诱发学生联想类比、微元分割等思维灵感的突现，并从中体验到成功探究的乐趣。三个环节环环紧扣、步步深入，激起学生内心一个接一个思维波澜，学生的学习积极性和主动性得到了激发。在整个过程中，教师的提问只是一种导向与铺垫，只是促成学生的参与、思考和探索，而所有的结论都由学生自己通过探究得出，体现了新课程的“自主学习”“探究学习”的理念。
在这短短的教学片段中，虽然没有实验的直观展示，却有学生对物理模型的创造想象和思维操作；虽然没有刻意追求用多媒体装点的动感情境，却有学生在心底自由激烈的思维驰骋；虽然没有超越前人的发明创造，却有学生独立探索灵感突现的思维闪光。在这里，没有学生的解题训练，更没有教师专门的解题指导，却使学生获得了知识的建构、能力的发展和情感的体验，整个过程融知识、方法、情感教学于一炉，实现了新课程的三维教学目标。
三、从建构主义的理论，探析案例设计的成功之道
建构主义的知识观认为，任何知识都有双重意义。一是信息意义，即知识揭示了客体对象一定的性质、属性或规律。知识的这种信息意义，是以显性的形式，即以结论的形式而存在着。二是智能意义，即知识同时蕴含了人们形成该知识的智力活动方式。知识的这种智能意义，是以隐性的形式存在，它蕴含在知识结论之中，需要人们由静到动将它阐发出来。建构主义的学习观认为，学习不是由教师把知识简单地传递给学生，而是学生根据自己的经验背景，对外部信息进行主动地选择、加工和处理，通过新旧知识经验间的反复的、双向的相互作用，从而主动地建构自己的意义，这种建构是无法由他人来代替的。
从建构主义的理论来审视本案例的教学，其成功的原因主要基于以下两点。一是充分挖掘出了“电场线”教学的智能意义，抓住学生的原有知识基础与现学知识目标的差距，即“用一根有向线段表示矢量”与“电场矢量在空间连续分布”的差距，设计层层递进的思维运算教学流程：从动手操作（作图）→观察猜测论证→联想迁移顿悟，这一过程遵循了皮亚杰的从动作思维→形象思维→抽象思维的认知规律，变信息联结学习为思维运算探究学习。二是充分发挥了学生的主体作用，课堂上教师对学生的期盼、呵护、鼓励溢于言表，不失时机地对学生的学习活动进行赞赏和表扬，形成了师生共同参与、交互合作的局面，增强了学生学习的自信心，使学生在愉快的学习氛围中获得了知识、提高了能力、陶冶了情操。教学过程中教师一直关注着学生学习情感的激发、能力的显现、个性的张扬、情感的熏陶，极大地调动了学生的学习积极性和主动性。