基于融合思维导图和学材建构来提升初中学生物理学科 核心素养的实践研究

宿万周

（兰州市第十一中学 甘肃 兰州 730000）

1.问题产生的背景

笔者从教多年发现，学生学习物理学科的过程中靠海量信息灌输的多，靠死记硬背记下的知识多，靠纸笔强化练习做的题目多；缺乏对物理概念及规律生成的思维加工过程，缺乏对碎片化知识的有效建构而进行知识的内化，缺乏对物理问题的解决过程而仅停留在大量“刷题”的解题中。势必会导致部分初中学生生对物理这一启蒙学科失去学习兴趣，但又迫于学业水平考试而停留在“解题、刷题”中学物理，这样很难提高学生的科学素养，或许对分数提升有帮助，但这决不是物理学习正确的方法，而且缺乏思维操作的规范性与生成性。

教学中笔者尝试从思维导图和学材建构融合的角度来进行物理课堂学习，发挥思维导图对知识体系、知识逻辑的建构关系，使碎片化的物理知识化为学生的能力基础。通过建构学习过程的学材，使得动态的物理课堂的核心环节生成于纸上，促使学生对知识的生成过程的在思考和再建构，促进物理科学思维的生成，提高学生物理课程核心素养。

2.教学中思维导图的建构

2.1 教学中存有教师思维导图和学生思维导图，教师思维导图的产生是教师设计后产生，帮助学生唤醒遗忘的知识，帮助学生重新建构知识逻辑关系；学生思维导图应符合自己的思维特点，绘制的思维导图应具有一定的层次性，建构自己的知识逻辑关系以达到内化的作用。

2.2 现阶段信息技术高速发展，思维导图的绘制软件非常多， 其中应用广泛的有：XMind、 Mindmanager、MindMapper、FreeMind 和 NovaMind 、WPS等。其中用WPS的“脑图”功能较为简单，点击“新建空白图”，选好中心点，按照层级关系，依次设计同级主题、子主题、父主题，用不同的颜色呈现层级关系，不同粗细的虚实线呈现逻辑递进关系。

2.3 以《浮力》大单元教学设计思维导图为例分析

（1）浮力概念的建构

该教学内容设计的知识点多，而且综合程度高，学生对基本物理观念的形成困难大。从现象到本质的出发建构，浮沉是现象，浮力是核心本质点。浮的产生---原因---决定因素---决定因素的定量关系（阿基米德原理）作为学习的第一条主线，层层递进，寻根刨底，进行深度学习。其次从一个方面在生活中观察到的是现象，“从生活走向物理，从物理走向社会”的理念学习，物理知识最终要服务于社会，如轮船、潜水艇、热气球、密度计等应用，基于这些生活及社会应用，将物理知识导入情境中，学以致用，格物致理，来解决真实的物理问题。通过大单元学习，从而提取出计算浮力的四种方法，进行对应就近情境的应用与交叉使用解决综合性浮力问题，通过学习过程还体会到了物理学家探究物理规律的过程--阿基米德原理实验验证，乃至掌握科学探究的方法“探究浮力大小的因素”实验来获得。

（2）浮沉条件分析的建构

教学中比较物体的浮沉是常见的问题，浮沉现象由受力情况来决定，所以从比较浮力和重力大小来分析，经过推到亦可以用比较液体密度和物体密度的方法来比较。用思维导图重新梳理建构知识的内在关系发现，有两个运动状态，三个静止状态，两个动态的运动状态转化为三个静止状态。首先从运动状态来观察，从动态到静态的角度重新认识，上浮下沉是动态的，漂浮、悬浮及沉底是静态的。另一个方面从受力的静态和动态来分析，浮力变化的核心因素在于抓住浸入液体的体积大小，从而导致浮力也作为动态变量，重力作为另一个静态变量。把学生从单一的死记硬背公式，引导到理解物理规律的内在生成过程及变化过程，建构学生的科学思维，学会透过现象看本质，到研究事物发展的本质规律。

（3）浮力计算问题的建构

浮力的计算是学生碰到很棘手的问题，相当一部分学生在浮力计算面前都黯然失色，主要是涉及的物理量多、公式多、公式的选择和计算能力薄弱。在单一情景的浮力计算问题中，学生容易解决，因为借助于情景描述的就近物理量，如有提到弹簧测力计示数的问题，马上就会用到称重法计算。但是对于综合计算问题，往往有部分学生就不知所措，缺乏对不同方法之间的关系的建构。如下图先建构基本的计算方法，再找基本方法的突破口，最后建构不同方法之间的逻辑关系，确定不同方法之间的差异。如同一状态的浮力问题，不论用四种方法中的任何一种方法，其结果是一样的，这样就导致四种方法互相可以等效使用，寻找就近的物理量作为突破口解决，从静态的某一状态的求解过渡到动态的多问题的求解，同时抓住在动态变化中的静态物理量和动态物理量，使得物理量带入计算的对应性法则不要出错。

3.教学中的学材建构

3.1 基于概念和规律生成的学材建构

初中物理学科中的基本概念和基本规律是物理观念的核心组成部分，形成正确的物理观念是学好物理的前提，否则学习物理就是空中楼阁。而部分中等程度及偏下学生由于各种自身因素课堂学习效率偏低，对物理概念和规律的理解就不到位，无法解决物理问题。开发基本概念生成和基本规律生成的学材，能帮助学生回忆动态的课堂学习，使知识的习得过程再现；对于优等生则利用学材进行前置学习，使得前置学习有任务有方向，从而发现前置学习的问题，发挥出学情诊断的功能。概念性与规律性学材的生成要重视描述情景能反映出本质特征，引导学生从本质特征归纳出共同属性，进行思维加工后形成基本概念和基本规律。

3.2 基于实验探究学材建构

实验教学中部分学校停留在纸上谈实验、PPT展示实验、动画模拟实验，这些假实验虽然在一定程度上解决了考试问题，但是不能提高学生动手实验的能力。在新中考纳入实验操作后这些现象得到一定的改善，但是学生真的动手操作的频次依然不够，对实验操作的设计还很浅显。如北师大版第八章第五节《学生实验：探究—影响浮力大小的因素》。教学中往往忽略了探究浮力大小因素的实验。而浮力大小的因素实验作为课标要求的必做20个实验之一，在教学中的地位却不高。这就使得学生基于阿基米德原理的F浮=G排=ρ液gV排，来反推影响浮力大小的因素，没有发挥出探究实验应有的功能。实验中关于“深度”和“排开液体体积”是学生容易混淆的点，只有经历实验操作的全过程，通过记录的数据画出弹簧测力计示数与下降高度的图像才能真正理解。同时将实验发散到生活中“将大可乐瓶压入水中，有什么感受？”等小实验，让学生真实体会浮力大小与什么因素有关。不但满足了这个实验怎么做，这个实验为什么这么做，还延伸到这个实验还可以怎么做的高度。对于学生学习而言就是“知其然，知其所以然，知其所以必然。”开阔学生视野，发散学生思维，还体现了动手动脑学物理的理念。

4.思维导图和学材建构在教学中的融合策略

4.1 新课教学中利用思维导图和学材建构突破教学重点

在物理教学中，教师往往根据教辅材料的内容，预习、上课、讲题三环节进行，预习缺乏引导性和驱动性，课堂教学兼顾不到所有学生，这种教学方式很难让所有学生对知识有系统而全面的理解和掌握。教师在课堂上利用思维导图引导学生把握学习的重点，指导学生找出学习的难点，并对学习的难点加以强调和重点讲解；利用学材建构把知识的生成过程呈现出来，实现个性化的需要。

4.2 复习课中利用思维导图和学材建构巩固提升

在以往的中考前物理复习课，学生过度依赖教辅的引导性、补充式填空去复习；缺乏完整的思考过程，缺乏知识的有效整合过程，缺乏知识逻辑的建构过程，导致学生的预习效率十分低下。利用梳理思维导图学材建构类作业进行复习，利用思维导图进行自我检测，促使学生发现自己在学习中还没有掌握的知识点，并加以强化和复习，帮助学生梳理知识结构的相关性和逻辑性，将知识结构层次分明地理清建构关系。

4.3 利用思维导图和学材建构的设计多样化作业

基于单元教学内容完成后，让学生设计已掌握知识的思维导图，检测与分析学生认知的完善性和正确性，与教师思维导图比较，寻找差异，建构学生正确的认知逻辑关系，达到知识的内化作用。其次，可以整合课程资源建构实践性作业，基于任务驱动，让学生尝试解决生活中的物理问题。

5.思维导图和学材建构在教学中的融合的意义和价值

5.1 改变学生“抄概念、背公式”学习物理错误方法，浪费大量学习时间，加重了学习负担，但学习效率偏低，与“双减”政策不符合。将思维导图运用于预习和复习学习过程，通过图文信息刺激大脑的整体功能，学习内容会在大脑中自我构建。帮助学生发现问题，而后在听课的过程中针对问题整合信息理解；还能推动学生在复习的过程中理解相应的概念与规律，形成正确的物理观念。

5.2 改变“习题倒逼中考复习”的现状，从依据课程标准进行学材建构，将思维导图和学材建构在初中物理教学中深度融合，形成可行性的教学设计。以单元教学为整合设计的核心，优化教学内容有哪些，优化课堂教学怎么教，减轻学生过重的学习负担。改变目前的“考什么，教什么，学什么”到依据课标的“教什么，学什么，考什么”，从而有效提升学生物理学科核心素养。

5.3 将思维导图和学材建构在初中物理教学中深度融合，依据课程标准确定单元教学主题和教学目标，重新整合和搭建教学内容进行学材建构。通过学校学科组大教研活动，发挥集体备课的力量，形成高品质教学设计，提升物理教师的专业素养。