有意义学习理论下的物理逻辑主线教学
洪志浩余鹏梁金宝杨英
摘??要：物理教学过程中的逻辑思维培养一直是教学工作者关心的问题。以人教版高中物理必修三“电荷”的三种起电方式为逻辑主线进行教学设计，采用先行组织者策略，通过三个层次分明的实验方案设计，让学生对“电荷”的三种起电方式建立新旧知识之间的认知结构联系，从而使学生在学习“电荷”概念的过程中实现由浅入深的逻辑进阶。同时，通过有意义学习理论的教学指导，促进物理学科核心素养中科学思维和科学探究能力的发展。
关键词：有意义学习理论；先行组织者策略；高中物理；核心素养；逻辑
中图分类号：G633.7文献标识码：A??文章编号：1003-6148（2024）5-0036-6
研究者［1-2］从不同研究角度提出在物理教学过程中逻辑的重要性，由此可见如何在教学过程中贯彻逻辑主线和培养学生逻辑思维能力一直是当前研究的热点。笔者以人教版必修三第九章第一节“电荷”的教学为例，结合《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》中对本章的要求“通过实验，了解静电现象，能用原子结构模型和电荷守恒的知识分析静电现象”［3］，在有意义学习理论的指导下，通过先行组织者策略讨论如何激活学生已有的知识，增强学生学习心向，以此建立教学过程中的逻辑主线。
1??有意义学习理论概述
有意义学习理论由美国心理学家奥苏伯尔提出，他认为学生的学习应该是有意义的，而不是机械的。有意义学习理论强调学生在学习过程中应该能够理解和掌握知识，从已有认知结构中生长出新知识，而不仅仅是记住事实和信息。物理学习兴趣分为直觉兴趣、操作兴趣、因果兴趣以及理论兴趣四种水平［4］。在学生不同兴趣水平下，新知识与已有认知结构的联系程度不同，当新知识与学生认知结构中已有观念发生相互作用时，这种交互作用便会导致新旧知识的有意义同化。有意义学习理论的前提是对学生学情有充分了解。要进行有意义学习需要满足两个方面的要求（图1）：（1）客观条件：①学习材料本身具有逻辑意义；②材料符合学生心理年龄，在其能力范围以内，可以通过理解去获取知识所具有的意义。（2）主观条件：①学生具有学习欲望，能够积极主动地去思考并获取知识；②认知结构中具有可以进行同化新知识的旧知识［5］。
2??先行组织者教学策略
奥苏伯尔认为，在有意义学习理论下，为实现这种有意义的知识同化，需贯彻知识不断分化和融会贯通的原则，同时注重新旧知识之间的逻辑关系，实施先行组织者策略［6］。如图2所示，在有意义学习理论中，先行组织者是先于教学任务所呈现的引导材料，其目的在于为新知识提供观念上的固着点或者认知框架，促进学习迁移。
从与新知识关联角度出发，先行组织者可以分为两类：一类能够与新知识产生联系并为其提供适当的类属者，称之为陈述性组织者；一类与新知识界限模糊容易发生混淆，能为其提供相同的知识属类，称之为比较性组织者，如磁场与电场、重力势能与电势能。从义务教育阶段起，教材内容整体先易后难、先简后繁，前一阶段教学内容与后一阶段教学内容存在着深层的逻辑关系。因此，基于先行组织者策略、不同学情以及教师经验，选择合适的先行组织者能够为教学提供更有效的思维固着点，提高知识的同化效率。
高中生在迈入必修三“静电场”学习时，经过初中及前期学习，在认知结构方面已经具有本节课所需要的基础知识，如电荷种类、电荷间相互作用力的关系、摩擦起电以及牛顿第一定律等。因此，可将此作为新知识的先行组织者，为新知识提供固着点，在学习新内容的同时，增加新旧知识之间的可辨认性。
基于上述分析，将电荷中三种起电方式的教学内容依逻辑关系进行重新设计，融合演示及学生探究实验，在培养学生逻辑思维能力的同时，将课标要求落地，进一步提高学生的科学探究能力。第一阶段逐级分化的设计思路如图3所示。
完成第一阶段教学后，进行第二阶段的融会贯通：将第一阶段教学成果作为第二阶段教学的先行组织者材料，通过相互之间的区别与联系，揭露本节课教学重点——“物体起电的实质为电荷的转移”。通过教师的组织和学生的类比讨论，可获得守恒观念，完成“电荷守恒定律”部分的教学。
2.1??基于三种起电方式的逻辑主线到逐级分化的进阶设计
2.1.1??摩擦起电实验方案
麦克斯韦说过，一项演示实验使用的材料越简单，学生就越熟悉，就越想彻底获得所验证的结果。这种实验的教育价值往往与仪器的复杂程度成反比，所以演示实验越贴近生活，越有趣味性，同时也越有效。实验将原本下落的塑料丝排斥至空中，并且悬浮，相比于常规的“吸引”现象，“排斥”所带来的认知冲突以及实验现象更为明显，更能直接引起学生的直觉兴趣。学生回顾认知结构中的相关知识，借此为后一阶段教学提供知识的固着点——塑料棒与塑料丝带上同种电荷，在电荷间的相互作用力下，两者相互排斥，呈现出“悬浮”现象。该实验不