基于认知规律的初中物理“任务序列”教学

*本文是2022年浙江省教育科学规划课题“四环序列：立足核心素养的初中物理教学范式研究”（课题编号：2022SC036）的阶段性研究成果。

摘    要：“任务序列”教学要求学生能够在新的情境中应用知识，所设计的任务需要具备“指向真实世界的任务外延”“蕴含完整知识的任务内涵”“程度循序渐进的任务逻辑”三大要义。搭建好真实、完整、循序的任务序列后，教师可通过“激活旧知、示证新知、应用新知、融会贯通”等环节，将任务逐一在课堂中实施。教师还要确立并遵循“旧知激活结构化、新知示证立体化、知识应用多样化、总结反思综合化”的实施策略，让学生围绕任务序列，开展一系列的主动学习，增加知识理解与应用的深刻性，从而提升教学的质量。

关键词：任务序列；认知规律；初中物理

“促进发展、实现迁移”始终是优质教学追求的目标。当下的课堂教学，既需要符合学生的认知规律，进行由易到难、由浅入深的梯级设计，也需要从“布置、支架、开展、评价”等知识建构的路径逐步实施，这就是一种基于认知规律的“序列化”教学。在初中物理教学中，建构“真实、完整、循序”的任务序列，并采用“旧知激活结构化、新知示证立体化、知识应用多样化、总结反思综合化”的实施策略［1］，可以让学生围绕任务序列，开展一系列的主动学习，增加知识理解与应用的深刻性，从而提升物理课堂教学的质量。

一、真实、完整、循序：初中物理“任务序列”教学的设计原则

完成任务是获取物理知识的一种方式。精心设计的教学任务，不仅能培养学生的实践能力和创新精神，而且能促进学生对知识的深层次理解，还能发展学生的元认知能力。“任务序列”教学，指课堂教学以一个中心任务的解决为旨归，并将其拆解为若干子任务，引导学生在层层递进的子任务链中习得知识与技能，发展能力与素养。任务需要具备“指向真实世界的任务外延”“蕴含完整知识的任务内涵”“程度循序渐进的任务逻辑”三大要义。

（一）指向真实世界：初中物理教学任务序列的外延

根据奥苏贝尔的“有意义学习”理论，“如果学习任务能够以一种非随意的、实质性的方式与学习者已经知道的东西关联起来，有意义的学习就发生了”［2］。学生在完成任务时，会产生任务完成后的预期。这个预期越大，任务就会完成得越主动，从中建构的知识也就会越深刻。对于传统课堂中的物理问题，学生很难感受到其完成的必要性。如“测量一个小木块从桌边A至桌边B阻力做功的多少”，学生由于感受不到这类问题的生活意义，学习的积极性就会降低。

优秀的任务，应当是从现实中来并到生活中去，这是课堂教学任务的外延部分。初中物理知识在生活中被广泛运用，教师应敏锐捕捉与生活相联系的任务情境，以赋予知识更多的学习意义。例如将上述“做功”知识的任务情境转化为“测量小区某肥胖人士走路减肥所消耗的能量”，学生就能比较容易地认识到该任务在生活中的价值，学习积极性就会明显提高，教学效果就会更好。

教师可从学生熟悉的生活事件出发，如社会热点等，提炼、抽象出教学任务的情境，并着手准备完成这些任务所必需的材料。任务情境的设置路径如图1所示。

（二）蕴含完整知识：初中物理教学任务序列的内涵

教师创设了任务的外延——真实生活情境之后，应当赋予这个任务丰富的内涵。“贾德的概括化理论认为，只要一个人对他的经验进行了概括，就可以完成一个情境到另一个情境的迁移。”［3］相似的是，奥苏贝尔的“先行组织者”策略也指出，“促进学习和防止干扰的最有效的策略，是利用恰当相关和包摄性较广的引导性材料”［4］。这表明教师提供完整的知识内容，能促进学生学习任务的完成度，加深学生对知识的理解。

综合上述理论，笔者认为，优质的初中物理教学任务应当是完整的，应包含知识、思维和学习情境。理想情况下，学生完成了教师布置的任务，应当习得当节课中所有的知识与技能、过程与方法，并能够举一反三地解决生活中其他相似的问题。

教师可基于对教学目标等的分析，进一步提炼、抽象，形成任务序列的问题，然后将其与任务序列的情境组合，形成切合课程内容的任务要求。任务要求的设置路径如图2所示。

应当指出，针对不同的物理知识类型，任务的侧重也会有所不同。具体概念，以概念的辨析和性质的应用为主；定义性概念，以概念的相互关系和相关属性的推测为主；定性规律，以解释现象和过程为主；定量规律，以因果逻辑推导和数据计算为主；探究性实验，以实验方案设计和理论猜想为主；验证性实验，以因果逻辑推导和实验数据处理为主。教师应根据具体物理知识的特点，对任务序列的内涵进行构架。笔者根据上述方法，设置物理知识领域的中心任务及其任务要求，具体如表1所示。

（三）程度循序渐进：初中物理教学任务序列的逻辑

一开始学生只能完成上述任务的简单版本，随着教师不断将知识与技能进行讲授，学生就能完成更为综合与复杂的任务。从简单到复杂、变单一为多样的任务序列，体现了学习过程的进阶。对此，循序渐进是任务序列的逻辑。

通过上述两步建构的真实、完整的教学任务，由于比较复杂，学生很难直接完成。教师应当将任务的要求按知识的层次进行分解，并以由易到难的逻辑顺序进行呈现，形成循序渐进的任务序列，以符合初中生的学习过程和心理发展特点，提升课堂教学的有效性。笔者根据上述方法，设计了物理知识领域的中心任务及其任务要求与任务序列，具体如表2所示。

需要说明的是，每一个任务序列中的子任务都是完整的，任务之间应具有相似性。不同的任务，除了难度递增外，所包含的内容也在逐渐增加，而最终的任务一定要包含所有成分的知识与技能。

二、结构、立体、多样、综合：初中物理“任务序列”教学的实施策略

搭建完真实、完整、循序的任务序列后，可通过“激活旧知、示证新知、应用新知、融会贯通”等环节，将任务逐一在课堂中实施，以达到最大化利用。对此，教师可在“任务序列”教学的过程中，确立并遵循“旧知激活结构化、新知示证立体化、知识应用多样化、总结反思综合化”的实施策略，切实提升教学的有效性。

（一）旧知激活结构化：“任务序列”教学的实施前提

信息加工理论指出，物理知识在未进行处理时，长期储存于人类大脑的长时记忆中；在解决物理问题时，其必须通过回忆提取到短时记忆，并进一步激活成为大脑可以直接使用的工作记忆［5］。激活物理知识的过程，不是对原有知识的平铺直叙，而是根据学生已有的经验和认知顺序，以及物理知识的类型，由简单到复杂、由具体到抽象，逐步激活学生的原有知识。

中学物理教师容易忽略小学物理的教学内容。为准确地捕捉学生原有的知识结构，可对小学科学课程标准中的相关内容、教学目标、教材实例等进行研究。从教学环节来讲，教师可先让学生回忆小学所学的物理内容，并在此基础上交流相关的生活体验，再让学生完成若干体验活动，使原有认知水平不同的学生，在新知示证之前，有相近的认知基础。笔者根据上述策略，分析典型物理知识的旧知结构，具体如表3所示。

此外，旧知激活的结构化原则，还包括内容的结构化、程度的结构化、方法的结构化。内容的结构化，是指物理知识包括现象、事实、概念、规律等类型，教师需要根据新知类型，有选择性地铺垫相匹配的旧知类型。通常，对具体概念可以铺垫相关的生活常识和实验现象，对定义性概念可以铺垫已有的相关概念，对规律可以铺垫已有的包容概念。程度的结构化，是指在激活旧知的过程中，不同学生具有不同的物理旧知结构。其原因包括小学阶段的物理知识学习水平高低不同，生活中对物理现象的观察与积累不同，学习方法和兴趣不同等多个因素。方法的结构化，是指对于旧知的激活，教师既可采用导学案，将所要回顾的物理内容先呈现给学生，也可利用小组合作，给学生创造更多的分享交流某些已有知识和经验的机会，还可利用适当的实验演示，让学生回忆已经完成的实验。

（二）新知示证立体化：“任务序列”教学的实施内容

激活旧知，是完成任务的前提条件。在学生激活了水平接近的旧知体系之后，教师需要向学生展示论证新知，这是“任务序列”教学的实施内容。“多角度认知、匹配性示范”的立体化示证新知，为顺利建构新知提供了有效的教学策略。

认知教学心理学指出，“学习材料要进入并贮存于长时记忆中，必须予以编码，学习的材料须转换成语义的或有意义的形式”［6］。对此，教师应尽可能地从多种角度，来帮助学生重组物理知识，让学生对某些知识有立体化、多角度的理解，促进新知示证的有效性。角度转换有如下几种方式：转换纵横观察角度，重组静态结构类知识；转换线索主体角度，重组动态过程类知识；转换功能区域角度，重组测量仪器类知识；转换定性定量角度，重组多样反应类知识。知识内容及其转换角度与转换策略如表4所示。

例如，教师可将初中阶段应用到的大部分测量仪器，以“功能区域——显示区和交互区”为认知角度，将学生原有认知中较少关联的测量仪器进行重组，搭建认知的支架。由此，学生在思考温度计的刻度时，就能联想到秒表的表盘、弹簧测力计的刻度盘，也能理解电流表的接线柱、托盘天平的托盘这些测量仪器区域的功能是相同的。这样就转换了认知角度，拓宽了物理思维的深度。测量仪器认知表如表5所示。

表5   测量仪器认知表（部分）

[测量仪器 显示区 交互区 秒表 表盘 按钮 托盘天平 指针、砝码、游码 托盘 弹簧测力计 刻度盘 挂钩 光具座 标尺 滑座 温度计 刻度 玻璃泡 电流表、电压表 表盘 接线柱 ]

传统初中物理教学设计，侧重新知内容的传授，如概念的内涵和外延或规律的发现过程和表征等，但忽略了新知应用的示范。认知理论认为，学习者只有懂得如何把知识应用于不同的情境中，迁移才会产生［7］。因此在教学中，教师应当向学生展示怎样在不同的情境中灵活运用物理知识，让学生具有初步迁移知识解决问题的能力。

（三）知识应用多元化：“任务序列”教学的实施突破

通过新知的展示论证，学生并非就已经能够完成任务序列，还需要对习得的知识作进一步的应用，才能够达成对知识的深层次理解，并突破性地完成任务。在传统课堂的应用环节，教师仅仅是引导学生进行以选择和填空为主的习题训练，这些“再现性问题”对促进学习几乎不起作用。只有使用所学的知识去解决具体问题，学生的认知水平才会提高。

教师在设计有效的知识应用时，需多样化地匹配相关的知识类型。具体概念以“实例判断”为主；定义性概念以“概念辨析”为主；规律以“解释事实和预测现象”为主；实验以“方案设计、数据分析和结论评价”为主。知识类型及知识与其应用示例如表6所示。

学生应用知识的水平，也体现出多样化。通常情况下，为了掌握某个复杂应用，学生必须先从简单应用入手，再逐步深入，这样，学生对物理知识的理解以及问题解决的能力，才会逐步提高。在应用的初期阶段，学生需要教师给予较多的辅导，而随着学习的不断深入，这类辅导便可以有所减少。同时，教师应当提供多样化的背景和实例，为学生提供在变式问题中应用新知的练习机会，以形成多样化的问题解决途径和手段。

（四）总结反思综合化：“任务序列”教学的实施提升

完成任务之后，学生需要进行一定程度的总结反思，并与他人分享观点，从而促进学习的深入。在传统物理课堂的反思环节，教师往往是自己总结学习内容，或让学生个别说出学习体会。而在“任务序列”教学中，学生自身有了更多的学习体验，总结和反思也更为综合化，这时就可以让学生通过师生、生生的交流，发现自己在知识结构上的进步或不足。当然，教师也可以增加一些实际应用的技能展示，将物理知识应用到一些活动中去，并让学生体会到成功。

教师可以让学生根据“知识结构化、体验表达化、问题系统化、任务创意化”的总结反思路径，将某节课学习的知识以学习任务的形式加以整理。“知识结构化”是指让学生将某节课内学过的知识，通过知识结构图加以重组。例如，在学完《熔化与凝固》一课后，让学生用思维导图总结该节内容。“体验表达化”是指让学生对课堂活动的成功和失败之处，进行相互交流。例如，在学完《电磁感应》一课后，让学生谈谈在合作、探究、实验中的收获。“问题系统化”是指让学生对比总结物理问题的异同，形成以问题为线索的网络图。例如，在学完《浮力的应用》一课后，让学生整理潜水艇、密度计、气球、轮船等知识应用的路径。“任务创意化”是指设计开放式的生活化任务，让学生发挥创造力并加以解决。例如，在学完《重力》一课后，让学生解释玩具平衡鸟的平衡原理。

综上，教师设计出真实、完整、循序的初中物理教学任务序列，并依照“旧知激活结构化、新知示证立体化、知识应用多样化、总结反思综合化”的策略，对任务加以实施，能够让学生围绕任务序列，开展一系列的主动学习，增加知识理解与应用的深刻性，从而提升物理课堂教学的质量。[□][◢]

参考文献：

［1］盛群力.五星教学过程初探［J］.课程·教材·教法，2009（1）：35-40，55.

［2］赖格卢斯.教学设计的理论与模型·教学理论的新范式：第2卷［M］.裴新宁，郑太年，赵健，译.北京：教育科学出版社，2011：68.

［3］凌桂兰.论心理学迁移理论在体育教学中的应用［J］.吉林省教育学院学报（学科版），2008（5）：72.

［4］施良方.学习论［M］.北京：人民教育出版社，2001：239.

［5］伍尔福克.教育心理学：第14版［M］.陈红兵，张春莉，译.上海：华东师范大学出版社，2022：473.

［6］加涅.学习的条件和教学论［M］.皮连生，王映学，郑葳，等译.上海：华东师范大学出版社，2007：80.

［7］申克.学习理论：第六版［M］.何一希，钱冬梅，古海波，译.南京：江苏教育出版社，2012：23.