薛钰康

(江苏省苏州工业园区星海实验中学,江苏 苏州 215021)

基金项目:本文系江苏省十三·五教育规划课题(重点)“聚焦核心素养的初中物理共同体学与教的实践研究”(批准号:E-b/2016/13)的阶段研究成果.

复习是学习知识最基本的要求,复习课在物理教学中有着极为重要的作用.通过良好的复习课教学,既能使学生将零碎的知识条理化、系统化,形成良好的认知结构与思维方式,还能促进学生学会学习,提高学生理性思维、团结协作、问题解决、勤于反思的能力,领略科学与人文的真、善、美.

因此,设计既能有效促进学生知识与能力的提升,又着力发展学生核心素养和关键能力的物理复习课,是一件十分有意义的工作,仅此与大家一起交流.

1 知识图谱——新的教学视角

“谱”在现代汉语词典上的一个解释是:按照对象的类别或系统,采取表格或其他比较整齐的形式,编辑起来供参考的书，例如年谱、食谱，还有我们熟悉的曲谱、家谱等,在我国有悠久的历史.知识图谱又称科学知识图谱,是谷歌公司在2012年首先提出的技术术语,是其打造的搜索引擎的一种新功能，是显示知识发展进程与结构关系的一系列各种不同的图形,用可视化技术描述知识资源及载体,挖掘、分析、构建、绘制和显示知识及它们之间的相互联系，所以被称为“像人一样思考的搜索引擎”,迅速成为知识工程领域的研究热点.实际上知识图谱就是用“搜索+知识库”的方式来重新组织海量网络数据,是一种知识组织系统,因此,又被图书情报领域得到重视、研究与应用.有专家提出,知识图谱本质上是一种语义网络,是一种组织关联,知识图谱的节点就是知识组织中的知识单元,它可以是实体,也可以是公式、算法、学习模型等.知识图谱基于多维的图结构有利于表示知识单元之间的关联,体现了立体化、结构化的知识存储方式.

近年来,由于知识图谱的立体、结构、关联等形象特性类似于人脑思维,又逐渐应用于教育教学领域.陈玉琨先生指出:“知识图谱在中小学有时也被称作“知识树”或知识地图,它是学科自身逻辑与学生认知发展客观规律的反映,是教师教学的指南,是安排学习行程的依据”.知识图谱的关联性、结构化、立体化和可视化特征对于学生的学习和教师的教学有非常积极的意义和价值.

2 复习课教学——建构知识结构的教学

复习课不是简单的知识回忆总结过程,学生在一个阶段的新授课学习后,学习了一个或多个单元的物理知识,由于授课是一天一天的、分立的,因此每天学习的知识也是比较分散,系统性比较差.有人说过“学生初次接触到这一学科的知识时,它们在他眼里都是零散的、独立的信息,就像随意分散在一条时间轴上的历史事件的日期.”而且,早期学习的知识内容,由于时间较久产生遗忘较多,这给予学生后期知识的学习、掌握及问题解决时的运用都带来一定的困难.认知科学的研究表明,只有在掌握了大量事实和基本知识的前提下,学生才能发挥出教师希望他们具备的分析和批判性思维能力.但是,我们知道知识都是相互关联的,对知识间的关系了解得越清楚,我们才越能够进行批判性分析和创造性思维.

运用课堂互动构建知识图谱进行复习,能通过知识与思维相似的方法与途径,帮助学生深化物理概念的理解,促进概念之间的关联,有利于学生系统知识结构的形成,加速学生实现知识的巩固与提高.专家研究表明，对学生或任何一个人来说,真正的挑战不是把事实和信息塞进长期记忆库中,而是当我们需要某部分内容,或这部分内容可以帮助到我们的时候,能够把它提取出来.每次我们从记忆中提取一段信息或经历,我们就在巩固从长期到工作记忆的神经通道,在工作记忆中我们可以利用记忆来思考和采取行动.因此,通过运用知识图谱开展良好互动复习课教学活动,能够促进学生形成良好的认知结构,提升学生学科核心素养与关键能力.

3 “力学综合”知识图谱的复习教学设计

实际教学中,如何运用知识图谱于教学中呢,以一节初三第二轮力学综合复习课为例,设计如下.

3.1 教学任务

学生在第1轮章节复习的基础上,初中物理第2轮总复习,要将学生按教材编排初次学习的分散的知识,根据物理学本身的知识体系力、热、光、电进行统整建构,使学生形成与掌握既符合认知特点又符合物理学理论体系的力学知识体系(知识图谱),并会运用于问题解决中.

3.2 教学对象

经过一年半多的时间物理学习及首轮复习,初三学生已具备对相关物理概念的初步认识.但是,前面的学习与复习中,由于教材内容的单元独立性(教材编排是符合学生对应年龄的认知特点),学生具有的知识体系比较散乱,概念之间相互关联不够,没有形成系统的知识结构体系,对知识内容的理解不够深刻.

3.3 教学目标

学习目标: (1) 在一轮复习基础上,将概念、规律进行分类、归纳与关联,形成力学知识的立体结构图谱,促进对知识的深度理解;(2) 通过实际的问题解决过程,熟练对知识图谱中相应知识的提取与输入,达到融会知识,提高力学问题的解决能力.

教的目标: (1) 通过诱思引导,帮助学生搭建力学内容的知识结构图谱; (2) 设计对应的问题,帮助学生从“新手”向“专家”过渡.

3.4 教学方法

综合启发式互动、可视化教学.

3.5 教学过程

(1) 创设情境,提出问题.

问题1:在一辆平稳匀速运动的“和谐号”动车上,你能利用托盘天平(带砝码)、量筒来测量小石块的密度吗?如何测量?测量出的密度与列车速度有关吗?

注:把测密度换到列车上进行,主要是改变一下问题情境,激发学生的兴趣,进行交流讨论,启发思维,唤醒相关概念知识.这里不谈惯性系的问题.

问题2:在这个问题中,包括器材原理等涉及到你学过的哪些物理知识?

注:引导学生回忆.

问题3:离开这个问题,能说说你学过的力学知识包括哪些?能回想完整吗?

注:让学生认识知识碎片化记忆不利于掌握和问题解决,诱发要系统整理知识的欲望.

问题4:怎样比较完整地说清楚学过的力学知识呢?

注:引导归类分析,从大概念到小概念,寻找联系,构建结构.

(2) 启发互动,搭建图谱.

问题5:老师认为我们学习的力学主要涵盖了“运动、平衡、功与能、机械”4大问题,你能尝试思考他们之间有关联吗?你能用图示的方式来呈现?

注:由于学生已有过概念图和思维导图的经验,学生会这样思考,教师可以给出图1,引导学生搭建结构,知识关联,指出其间相互关系的内涵,如图2.

图1 结构

图2 关联

问题6:那么,运动、平衡、功与能、机械的下一级包含什么呢?

注:这里可以让学生通过生生互动交流得出,如图3.

图3 力学立体知识图谱(1)

注:进一步的下一级知识结构图谱,作为课后作业,让学生画出.

(3) 知识提取,问题解决.

教师针对搭建的知识结构,及中考复习方向与要求,设计几个相应问题,进行结构知识的巩固.

(4) 课堂小结,作业布置.

用立体的知识图谱更有利于表示各项之间的关联,例如图3中,你还可以补充“平衡”、“运动”、“机械”、“功与能”之间的连线上的关联因子,能够帮助你打通知识之间的壁垒,促进你学习的深入,即所谓的深度学习.

3.6 教学延伸与评价

结合学生课后作业的反馈,分析与发现学生知识结构图谱的问题,可以通过下一次课的生生、师生交流完善.实现教学有痕到无痕的对接,使学生形成相对完整的阶段性知识图谱.当然,也要让学生明确,各自知识图谱可以是不同的,例如教师也可以形成如图4的图谱，关键是符合自己的认知和物理知识本身的逻辑即可,而不必是唯一的.但要学会自己分析、归纳,将其画出来,用直观的、立体的图谱表达出你的所知,这样既便于发现自己存在的问题,又利于知识的深刻理解.

图4 力学立体知识图谱(2)

不论何时,让学生明确这点很重要.建构知识图谱,可以减轻学生工作记忆的负荷,轻装上阵,能着力提升学生问题解决的能力.

4 运用知识图谱提升学生核心素养与关键能力

有研究表明，专家的知识体系与初学者的知识体系之前有一个重大差异,即他们对一种概念、事实与技能间的关联数量与关联密度不同.在专家的脑中,所有已知事实与信息之间的联系交织成密集的网络,而在初学者脑中,这样的网络是稀疏的、不完整的.这些联系的密集程度对于知识的记忆和理解都有影响.当新的事实进入这个错综复杂的关联网络时,就会牢牢扎根于此,也会更容易在多语境中得到使用.而且由于这些事实与其他大量事实和信息联系紧密,所以专家比初学者更熟悉如何在其他语境中使用或运用某条事实.运用知识图谱于复习课教学之中,就是要加速使学生从“初学者”到“专家”这个进程,让学生在轻负荷的环境下,在师生、生生学习共同体的环境下,通过交流互动、批判反思、质疑创新等方式,形成自己的立体的、关联的、系统的认知结构,其中包含了文化的因素,包含了自主的因素,包含了合作的因素,提升的是学生学科核心素养与关键能力,实施的是真正意义上立德树人的教学.当然,教学和学习都是一项长期的、持续的活动,师生运用知识图谱于教学和学习之中也是如此,初期教学时,设计以教师引导为主教学,待学生熟练以后,可以设计让学生为主的课堂教学.一句话,就是我们设计的可视化教学要让学生自身的物理知识结构和认知结构丰满、立体、关联起来.