以科学方法为中心的因材施教学生物理教学方法研究_物理论文

以科学方法为中心实施因材施教的物理教学途径研究，本文主要内容关键词为：因材施教论文,物理教学论文,途径论文,科学论文,方法论文，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。

      因材施教作为我国传统的教育思想源远流长，同时它也是重要的教学原则。因材施教最早见于《论语·先进篇》，后经程朱理学发展而形成“孔子教人，各因其材”的思想，由此因材施教家喻户晓。

      一般认为，因材施教是指教师针对学生的个体差异，调整教学的目标、内容、方法与进度，以适应学生在准备水平、智力倾向、兴趣爱好和学习风格等方面的差异，从而满足学生的学习需求，达到自己最佳的发展水平。[1]对于因材施教内涵的解读与诠释，国内教科书或著作广有论及，相关研究成果也层出不穷。然而，观顾物理教学实践，真正能够贯彻这一原则的教学却并不多见。一线教师往往有“我要怎样做，才算是真正实施因材施教了”[2]的困惑。我们认为，导致这一现象的原因在于以往的研究大都停留在“理论”层面或抽象的“原则”解读。那么，如何才能使因材施教原则真正与物理教学相结合呢？

      一、因材施教内涵：基于认知心理学的精准解读

      要解答上述疑惑，使因材施教原则真正与物理教学相结合，首先要厘清因材施教的含义，即对“材”与“教”进行精准解读。因为“材”是“教”的基础，弄清了“材”的含义，才知道该“如何教”“教什么”。而“教”则是对“材”的具体操作，唯有落实到“教”这个层次，“材”的研究才能走向实际，从而完成理论与实践的真正结合。

      怎样才能正确解读“材”的意蕴呢？我们认为，因材施教中的“材”应当分为两个部分：从教学主体来看，“材”指的是学生自身的认知水平；从教学客体来看，“材”指的是物理知识被理解所对应的认知水平。[3]那么“教”的含义又是什么？是教什么，还是怎么教。这涉及教学内容的深浅、传授知识的多寡以及相关习题的难易。对此，赫尔巴特教学论的“集中”原则可以给予我们启迪：在学校设置的所有课程中，必须选择一门科目作为学习的中心，使其他科目都作为学习和理解它的手段。[4]将其引申到物理教学中，“教”也应该确立这样一个中心，让其他因素围绕这个中心运转。

      对此，澳大利亚学者斯威勒（J.Sweller）的认知负荷理论[5]可资借鉴。认知负荷理论认为，有效教学的前提是一切教学活动都要符合学生的认知规律，由此才能降低阻碍学生学习的认知负荷。同时，相同的教学内容，对不同认知水平的学生所产生认知负荷的数量和种类也会有所不同。斯威勒将认知负荷分成内部认知负荷和外部认知负荷。内部认知负荷（Intrinsic Cognitive Load）是由各元素间交互形成的认知负荷，它取决于学习材料的本质与学习者的专业知识之间的交互程度；外部认知负荷（Extraneous Cognitive Load）是指超越内部认知负荷的额外负荷，它是由教学设计不当而引起的，直接受控于教学的设计者，即教师。由此可见，为促进有效学习的发生，在教学过程中应尽可能减少外部认知负荷，并使总认知负荷不超出学习者的承受能力。此外，在保证负荷总量不超标的情况下，还应让学生尽量满负荷工作，以实现最大程度的发展。

      通过汲取认知负荷理论的菁华，我们认为，若要降低学生的认知负荷，真正把因材施教贯彻于物理教学之中，教师对物理知识的呈现方式，或者说对教学路径的选择是极其重要的。由于物理教学的路径往往通过科学方法来体现，所以，教师要对处于不同认知水平学生的认知规律深入研究，发现其物理学习的特点，从而选择合适的科学方法进行教学。正所谓：教学有法，教无定法，贵在得法。具体而言，教师须悉心钻研科学方法的内涵和外延，辩证地对待物理知识与科学方法，进而为不同认知水平的学生铺设适合其认知水平发展的逻辑通道，即以科学方法为教学设计的中心，通过选择契合学生认知水平的科学方法去引领物理教学过程。

      二、以科学方法为中心实施因材施教的物理教学模型

      科学方法是认识主体为了从理论和实践两个维度把握认识客体而使用的思维手段，是确保研究活动得以顺利完成的基本程序，是人们认识物质世界的有效途径。现代教育观指出，作为人类认识结果的知识固然重要，但探求知识的科学方法更加重要。那么怎样认识科学方法在物理因材施教教学中的作用呢？为此，我们建构了以科学方法为中心的物理因材施教教学模型（图1）。该结构图主要包括五个部分：科学方法、物理知识、思维能力、学生与教师。这里，科学方法处于结构图的中心位置，分别与其他四个部分发生直接关联。此外，不同部分之间也都存在联系，但它们之间的联系须经由科学方法才能实现，科学方法在此充当着桥梁和纽带的作用。从物理教学实践的角度来看，教学过程主要体现在“教师—科学方法—学生”路径上，即教师的教学模式和学生的认知路径；从学生认知结构形成的角度来看，学习过程体现在“物理知识—科学方法—思维能力”路径上。

      

      （一）科学方法：实现认知路径与教学模式的合理对接

      教学模式是在一定教学思想引领下，为完成特定教学目标而形成的稳定且简洁的教学结构及操作范式。回顾历史，可以发现科学研究主要存在两种形式：探究归纳和演绎推理，这样便形成了实验探究式教学与演绎推理式教学的分野。而作为教学主体的学生，其获取知识的路径，也会因认知水平的不同而大相径庭。据此，心理学家西蒙把认知路径划分为两类：一类是数据驱动，先收集大量数据，然后进行分析，找出规律并予以解释；另一类是概念驱动，先提出假设，然后根据实验来检验并修改假设。[6]如果教师采用的教学模式与学生的认知路径相吻合，无疑将提升因材施教的效果，这就需要我们寻找教学模式与认知路径的接洽点。

      作为物理核心素养之一的科学方法，能否成为教学模式与认知路径间的接洽点呢？答案无疑是肯定的。科学方法作为一种基本的探究工具，在物理因材施教中的价值日益受到人们的关注。科学方法作为教学模式的主体，是教学脉络的体现者。因此，物理因材施教的过程就需要围绕科学方法来进行。进一步，科学方法与物理教学模式间存在着紧密的对应关系。如比值定义法对应着演绎—验证的教学模式，控制变量法则对应着实验—归纳的教学模式。[6]同时，学生在获取知识，探究规律时必须借助科学方法，而采用的科学方法往往取决于其所对应的认知路径。可见，科学方法一方面主导着教师的教学模式，一方面又与学生的认知路径相呼应，从而实现认知路径与教学模式的合理对接，并为因材施教原则的实施提供了有力保证。

      （二）科学方法教育：消弭形式教育与实质教育的疏离对峙

      形式教育说形成于18世纪，代表人物为瑞士教育家裴斯泰洛齐，形式教育主张教学应当注重学生能力的培养，尤其是理性能力、思维能力、记忆能力等“形式”方面的东西，而非仅仅传授给学生多少具体的知识。“能力重于知识，形式重于实质”[4]是其主张最简洁的表述。实质教育说由19世纪英国著名教育家斯宾塞提出，实质教育提倡教育要适应生产、生活的需要，促进经济、社会的发展，最终为人的“完满生活作准备”。因此，实质教育重视自然科学的价值，把对实际生活有用的知识作为学生要掌握的内容。然而该观点轻视能力，甚至完全忽视对学生能力的培养。后来，德国人第斯多惠消解了两种教育观点的对立，提倡“形式教育和实质教育二者应并举，做到知识和能力相结合，尽可能用学科知识激发学生的思维潜能”，“教学的形式目的和实质目的紧密联系、相互作用，只要教学设计正确、合理，这两个目标都是可以达成的”[4]。然而，在物理因材施教中同时达成这两个目标的契机是什么，第斯多惠却语焉不详，期待我们去寻觅。

      众所周知，物理学是一门具有逻辑性的学科，而逻辑的力量则要依靠科学方法来表达。正是科学方法完美地把各个知识点串接到一起，进而将客观的物理学科结构内化为学生的认知结构，从而能够帮助学生深刻领会和掌握知识；同时科学方法受到思维的统摄，在运用中自然而然地便调动着学生思维的参与，为他们架设思维训练的桥梁。此外，由于处于不同认知水平的学生具备的思维能力与需要发展的思维能力均有所不同，而不同的科学方法对应于不同思维能力的发展（如：控制变量法侧重猜想、归纳思维的训练，比值定义法侧重假设、演绎思维的训练[7]）。因此，我们完全可以针对不同认知水平的学生采用不同的科学方法去传授相同的物理知识，从而满足其思维发展的诉求，达到因材施教的目的。

      （三）科学方法中心论：弥补科学知识中心论的先天不足

      知识中心论是工业文明迅速发展的产物，代表人物是德国教育学家赫尔巴特。知识中心论强调学科知识内在的逻辑性，有利于学生系统、牢固地掌握基础知识，却忽视了学生自身特点与认知规律，容易导致机械化的学习倾向，压抑学生学习的主动性。随着物理教学理论的发展，知识中心论的弊端不断凸显，科学方法中心论应运而生。

      所谓“科学方法中心论”，是将科学方法作为整个教学的核心，在教学过程中有目的、有意识、有步骤地向学生渗透和传授科学方法。首先，科学方法是物理现象通向物理知识的必经之路，学生必须依托科学方法的加工、整理才能从纷杂的现象中提炼出知识；其次，科学方法是物理知识应用的重要手段，学生大脑中储存状态的知识须借助科学方法才能被激活，进而运用到实际中去解决问题；最后，科学方法还是能力的重要组成部分，当学生将科学方法内化为自己的思维方式和行为方式后，就会大大促进能力的发展。由此可见，是把学习物理知识作为教学目标，还是将掌握科学方法作为教学目标，体现了两种完全不同的教育思想。在这个意义上，科学方法中心论的诞生是物理教育理论与实践发展的必然结果，也是对知识中心论的扬弃与超越。以科学方法为教学中心，就形成了教师备课中的两个阶段。第一个阶段以“物理知识”为主，力求概念的建立，规律的探究契合物理学的逻辑，这便要依靠科学方法把知识串接到一起；第二个阶段则是以“学生”为主，即选择适合于不同认知水平的科学方法，以满足不同学生的需求，最终实现学生心理逻辑与物理学科逻辑的统一，为因材施教原则的实施做好充分的准备。

      三、以科学方法为中心实施“因材施教”的物理教学实践

      基于上述理论假设，我们设计了相关实验，并将其应用到教学实践中验证因材施教方法的有效性。为此，选取初中物理《压强》一节作为教学案例，针对不同认知水平学生的特点，采用不同的科学方法引领整个教学流程。

      《压强》作为初中物理的重点章节，其内涵深、外延广，表达式的建立方法历来饱受争议。一般而言，存在着两种主流的科学方法，即比值定义法和控制变量—比例系数法，究竟哪种方法更有助于学生对压强概念的掌握，更符合因材施教的教学原则呢？我们曾从认知水平、思维方法、研究范式、教学模式等角度进行研究。结果显示，以分析数据、归纳规律入手的控制变量—比例系数法适合具体运算水平的学生；而以提出假设、验证假设入手的比值定义法则更适合形式运算水平的学生。[7]

      由于普通班学生的认知水平大都处于具体运算阶段，故而宜遵循“数据驱动”的认知路径去建立概念，而重点班学生的认知水平大都处在形式运算阶段，他们更倾向于用“概念驱动”的认知路径去建立概念。据此，我们以初二学生作为研究对象，设置了实验组与对照组——实验组和对照组均包括两个普通班与两个重点班。在实验组，采用“普通班使用控制变量—比例系数法建立压强的表达式，重点班使用比值定义法建立压强的表达式”的教学方案；而在对照组中，让普通班与实验班的科学方法进行对调，即“普通班使用比值定义法，重点班使用控制变量—比例系数法”。为消除课后练习效应对实验结果的干扰，在“新授课”后，旋即进行随堂练习（测试范围涉及物理概念的意义、内涵、外延与关联等领域）以考查学生的学习效率，各组学生成绩分布如图2所示。

      

      采用SPSS软件对数据进行T检验结果如下表1。可以看出，实验组中重点班、普通班及全体学生的平均成绩依次比对照组高出3.64分、3.78分、3.57分，而且三者的P值均小于0.05，说明差异达到显著水平。由此可见，结合学生的认知水平来选取相应的科学方法，以科学方法作为因材施教途径的设计，对提高课堂效率、降低学生认知负荷有着很好的促进作用。

      

      皮亚杰曾言：“兴趣和需要是同化的动力，是整个教学体系围之运转的轴心”，[8]而兴趣与需要直接受控于学生的现有认知水平，因而唯有充分照顾到不同认知水平学生的学习特点，因势利导，满足他们思维发展的内在需求，才能真正做到因材施教，并使教学内容为学生所掌握。反之，如果教学脱离了学生现有的认知水平，结果是既浪费时间，又耗费精力。当学生的认知水平远远凌驾于任务难度时，则会蔓延懈怠情绪，使之产生“味同嚼蜡”之感；当学生的认知水平远远低于任务难度时，则会使学生滋生畏难情绪，产生“难以望其项背”之感。这两种学习状态均使学生无法理解知识建立过程中的奥妙，只会关注并仅仅记忆最后的结论，最终沦为被动灌输知识的器皿。

标签：物理论文;  科学论文;  因材施教论文;  形式科学论文;