作者：白振宇
物理通报 2010年06期
一、一体化探究模式的产生背景
1.概念教学的困难
物理概念是对物理客体的抽象与概括，是构筑物理“理论大厦”的“基石”，在学科知识体系中占有重要地位。然而，长期以来物理概念教学的状况并不令人满意，尤其是在一些核心概念的教学上，其困难主要表现为，在教的方面的“空降”现象，即教师无心或无法向学生展示概念建立的价值与内涵，只是将概念凭空地、囫囵地、自上而下地灌输给学生；在学的方面的“空心”现象，即学生由于没有获得相关物理事实的支持，没有获得相应的抽象、概括、理清概念的内部思维过程的支持，只得将概念的学习褪化为鲜有理解的成份、纯粹的记忆过程，他们虽然被动地“记住”了概念的定义，但却普遍感到概念似乎是先验地存在着，其生成是神秘和突兀的，是常人（包括自己）无法理解的。正是因为对概念缺乏深刻的认同，一旦面临新的、较复杂的情境，就会不自觉地产生“认知背叛”。
2.概念教学困难的解决思路
建构主义学习理论认为，学习是对学习材料的主动意义建构，意义建构有赖于“学习情境”的支持。据此分析上述困难，不难发现造成学生概念建构困难的主要原因，一是难以显示概念的内涵，即“概念是什么”；二是无法明示概念引入的必要性，难以说明“概念为了什么”。
学生要想完成对所学知识的意义建构，最好的办法是让学生到现实世界的真实环境中去感受、去体验（即通过获取直接经验来学习），而不是仅仅聆听教师关于这种经验的介绍和讲解。纵观物理学发展的历程，不难看出，概念本身都是在科学探究活动中逐步生成、廓清和发展的，与科学探究有着“天生而必然”的联系，探究过程就是实现概念意义建构最适宜的“学习情境”，所以应该可以将概念教学与科学探究有机地结合起来，来进行概念教学。基于上述思路，笔者设计并公开发表了一批“以探究方式实施概念教学”的典型案例[1～2]，并从中概括出一种概念教学的模式即“规律—概念一体化探究”（简称“一体化探究”），下面略作介绍。
二、一体化探究模式的流程
为了更好地理解“一体化探究”模式，先从两个教学案例说起。
【案例1】电阻概念的教学流程[1]
(1)演示实验，引入课题
演示“导体对电流的影响”的实验，引入进一步探究的课题——“导体的哪些因素会影响电流”。
(2)实验探究，确定因素
完成猜想、设计、操作、概括等实验探究环节，找出导体性质影响电流的因素。
(3)合并因素，建立概念
由于因素众多，为方便后继研究，应减少变量个数。师生共同讨论，教师适时启发：材料的性质、长短和粗细以及温度对电流有影响可合并为“导体整体对电流的影响”，我们“自创”这一概念来表示这一影响。
(4)回味总结，彰显价值
反思研究过程，回味电阻概念的生成过程，理解电阻概念的内涵，体会其价值。有了电阻概念，在进一步定量研究电流大小时，只须考虑两个因素，即电压和电阻，大大降低了后继研究的难度。
【案例2】力臂概念的教学流程[2]
(1)见识杠杆，提出任务
见识常见杠杆（如跷跷板），引导学生认识杠杆和支点、动力、阻力，但不介绍“力臂”。提出探究任务——探索影响杠杆平衡的因素和条件。
(2)剖析典型，初探规律
剖析典型杠杆，猜想、实验，探究出平衡的初步条件：力与（支点到作用点）距离的乘积相等。
(3)揭示矛盾，深化探究
以实验事实检验上述结论的普遍性，发现其不足，引发新一轮关于普遍平衡条件的探究。
亦可辅以理论分析，揭其“硬伤”——未包含力的方向这一影响平衡因素！
(4)启发铺垫，催生概念
学生猜想新因素以求得不同平衡状况的同一解释，不断进行尝试、检验、评价、再尝试……教师通过力矩盘实验、平衡初步条件和极端方向力进行启发。直到学生生成力臂概念，发现平衡的普遍条件。
(5)回味反思，彰显价值
反思“力臂”概念的生成、转变和发展过程，回味它对普适平衡条件建立的重要价值，深刻体会为什么要建立力臂概念，及力臂为何是“点到线距离”，而非“点到点距离”。
从上述案例可看出一体化探究教学的基本流程。
1.创设情境，提出问题
教师运用多种方法，有目的创设一个生动、具体的场景，引导学生发现、澄清和表述出情境中蕴含的科学问题，为后继的探究活动确定研究方向。所提出的问题可以是“规律”的直接表述，如“探究杠杆平衡的普遍条件”，也可以是“规律的个案化”转述，如以“灯的亮度由什么决定”来导出电功率的概念。无论具体形式如何，问题都应导向对应的概念和规律，问题的解决应以概念的建立和规律的发现为基础。问题设计的情境应贴近学生的生活，能为学生所理解；情境应具有新异性，以能激发学生的认知冲突，引发其强烈的探究“内驱力”为最佳。
2.经历探究，初显规律
经历猜想与假设、实验设计、实验操作、收集证据、分析论证、评估交流等实验探究环节，探讨出初步规律。所谓初步规律是指规律所涉及的变量的性质、含义、名称、适用范围，变量间关系及其呈现形式等方面还存在某种程度的“模糊”，还有待明晰或深化。例如在比热容的教学中，通过实验发现物体吸热的多少不但与质量、上升的温度有关，还与物质自身有关。这里进行的探究还仅仅是一种质性研究，所得的仅是定性规律，此结论至少在“吸热多少与上升温度、质量间存在怎样的定量规律”和“如何用数量表示物质自身的热学性质”这两方面还有待深化。
3.思维辨析，创生概念
这是概念创新的关键步骤，要引导学生分辨前述初步规律的种种不足，思考分析、推断论证，提出辨析直至理清概念，完成新概念的定义，从而使初始规律得以升华。一体化模式中概念创生的方式通常有以下几种。
(1)直接命名法
通过实验探究，锁定了与规律有关的新变量，且新变量的内涵已经清晰时，直接给新变量赋名生成概念。如在力臂教学中，当学生经过不断实验、反复尝试，最终发现影响杠杆平衡的因素是“支点至力的作用线的距离”后，直接将这一新变量命名为力臂。
(2)推陈出新法
经过实验探究形成初步规律后，若发现规律中虽未出现新变量，但出现了几个原变量的新的固定搭配形态，在挖掘、理清固定搭配的物理意义后，予以命名而形成新概念。如通过实验探究和（或）理论推导后，发现各种机械（杠杆、滑轮、斜面等）省力的必费距离，费力的必省距离，完成同一工作时力与距离的乘积大致相等。在进一步明确“距离是（受力物）在力的方向上移动的距离”后，将此乘积命名为功，从而生成功的概念[3]。
(3)定量表征法
经过实验探究获得与规律相关联的新定性概念后，再进一步探索出定性概念的量化表征（或测量）的方法，使概念从定性升格为定量（物理量），进而生成新概念。如在比热容教学中，在获得前述初步规律的基础上，再通过理论探索，寻找到以“1 kg某种物质温度上升1℃时所吸收的热量”来定量表征“影响物体吸热多少的一个变量——物质自身的热学性质”的方法后，完成比热概念的量化定义，实现概念创新。
4.重组规律，解决问题
应用所生成的概念，重新归纳、概括和组织规律的内容，重新审视、更加深刻地理解规律的意义、价值与适用范围，愈加精确地表述规律。并应用概念、规律解决（或解释）相关问题，同时在规律的应用中进一步加深对概念的意义和价值的理解。
5.回味对比，彰显价值
回味问题解决的整个教学过程，包括概念的发展过程（生成、廓清和转变）和规律的发展过程（从模糊到清晰，从定性到定量，从特殊到一般）。对比概念建立前后，人们对事物认识（知识层面）的深刻程度的不同，对比概念建立前后，人们研究或解决相应问题的难易（方法层面）不同，使学生从中明了“概念为了什么”，彰显概念建立的价值。
三、一体化探究模式的适用范围
一体化探究教学将规律的发现与概念的建构有机地组合在科学探究过程中，教学内容多，课堂容量大，概念的发展过程展示充分，但教学耗时相对较长，比较适合于那些内涵与日常生活相距较远，或其建立价值不够直白，必须与相关的规律相联系方可显示的概念的教学。一些内涵明显、价值直白的概念，如“速度”（内涵：单位时间内通过的路程；价值：定量表示运动的快慢），则不必运用此模式。
四、结束语
一体化探究教学充分利用了“概念”与“规律”间固有的本质联系，遵循了两者间相互依赖、彼此支撑、共同建构这一“知识创新”的基本逻辑，为我们提供了概念教学的一种新思路。目前笔者已应用此模式进行了“力臂”“电阻”“电功率”“比热容”“（机械）功”等概念的教学，取得了良好的效果。由于篇幅的限制，有关“规律—概念一体化探究”模式更深层次的问题（如模式的结构、设计原理、功能优势和实施要领等）有待进一步研究解决。
作者介绍：白振宇，扬州中学教育集团树人学校（江苏 扬州 225002）。
作者：白振宇
物理通报 2010年06期
一、一体化探究模式的产生背景
1.概念教学的困难
物理概念是对物理客体的抽象与概括，是构筑物理“理论大厦”的“基石”，在学科知识体系中占有重要地位。然而，长期以来物理概念教学的状况并不令人满意，尤其是在一些核心概念的教学上，其困难主要表现为，在教的方面的“空降”现象，即教师无心或无法向学生展示概念建立的价值与内涵，只是将概念凭空地、囫囵地、自上而下地灌输给学生；在学的方面的“空心”现象，即学生由于没有获得相关物理事实的支持，没有获得相应的抽象、概括、理清概念的内部思维过程的支持，只得将概念的学习褪化为鲜有理解的成份、纯粹的记忆过程，他们虽然被动地“记住”了概念的定义，但却普遍感到概念似乎是先验地存在着，其生成是神秘和突兀的，是常人（包括自己）无法理解的。正是因为对概念缺乏深刻的认同，一旦面临新的、较复杂的情境，就会不自觉地产生“认知背叛”。
2.概念教学困难的解决思路
建构主义学习理论认为，学习是对学习材料的主动意义建构，意义建构有赖于“学习情境”的支持。据此分析上述困难，不难发现造成学生概念建构困难的主要原因，一是难以显示概念的内涵，即“概念是什么”；二是无法明示概念引入的必要性，难以说明“概念为了什么”。
学生要想完成对所学知识的意义建构，最好的办法是让学生到现实世界的真实环境中去感受、去体验（即通过获取直接经验来学习），而不是仅仅聆听教师关于这种经验的介绍和讲解。纵观物理学发展的历程，不难看出，概念本身都是在科学探究活动中逐步生成、廓清和发展的，与科学探究有着“天生而必然”的联系，探究过程就是实现概念意义建构最适宜的“学习情境”，所以应该可以将概念教学与科学探究有机地结合起来，来进行概念教学。基于上述思路，笔者设计并公开发表了一批“以探究方式实施概念教学”的典型案例[1～2]，并从中概括出一种概念教学的模式即“规律—概念一体化探究”（简称“一体化探究”），下面略作介绍。
二、一体化探究模式的流程
为了更好地理解“一体化探究”模式，先从两个教学案例说起。
【案例1】电阻概念的教学流程[1]
(1)演示实验，引入课题
演示“导体对电流的影响”的实验，引入进一步探究的课题——“导体的哪些因素会影响电流”。
(2)实验探究，确定因素
完成猜想、设计、操作、概括等实验探究环节，找出导体性质影响电流的因素。
(3)合并因素，建立概念
由于因素众多，为方便后继研究，应减少变量个数。师生共同讨论，教师适时启发：材料的性质、长短和粗细以及温度对电流有影响可合并为“导体整体对电流的影响”，我们“自创”这一概念来表示这一影响。
(4)回味总结，彰显价值
反思研究过程，回味电阻概念的生成过程，理解电阻概念的内涵，体会其价值。有了电阻概念，在进一步定量研究电流大小时，只须考虑两个因素，即电压和电阻，大大降低了后继研究的难度。
【案例2】力臂概念的教学流程[2]
(1)见识杠杆，提出任务
见识常见杠杆（如跷跷板），引导学生认识杠杆和支点、动力、阻力，但不介绍“力臂”。提出探究任务——探索影响杠杆平衡的因素和条件。
(2)剖析典型，初探规律
剖析典型杠杆，猜想、实验，探究出平衡的初步条件：力与（支点到作用点）距离的乘积相等。
(3)揭示矛盾，深化探究
以实验事实检验上述结论的普遍性，发现其不足，引发新一轮关于普遍平衡条件的探究。
亦可辅以理论分析，揭其“硬伤”——未包含力的方向这一影响平衡因素！
(4)启发铺垫，催生概念
学生猜想新因素以求得不同平衡状况的同一解释，不断进行尝试、检验、评价、再尝试……教师通过力矩盘实验、平衡初步条件和极端方向力进行启发。直到学生生成力臂概念，发现平衡的普遍条件。
(5)回味反思，彰显价值
反思“力臂”概念的生成、转变和发展过程，回味它对普适平衡条件建立的重要价值，深刻体会为什么要建立力臂概念，及力臂为何是“点到线距离”，而非“点到点距离”。
从上述案例可看出一体化探究教学的基本流程。
1.创设情境，提出问题
教师运用多种方法，有目的创设一个生动、具体的场景，引导学生发现、澄清和表述出情境中蕴含的科学问题，为后继的探究活动确定研究方向。所提出的问题可以是“规律”的直接表述，如“探究杠杆平衡的普遍条件”，也可以是“规律的个案化”转述，如以“灯的亮度由什么决定”来导出电功率的概念。无论具体形式如何，问题都应导向对应的概念和规律，问题的解决应以概念的建立和规律的发现为基础。问题设计的情境应贴近学生的生活，能为学生所理解；情境应具有新异性，以能激发学生的认知冲突，引发其强烈的探究“内驱力”为最佳。
2.经历探究，初显规律
经历猜想与假设、实验设计、实验操作、收集证据、分析论证、评估交流等实验探究环节，探讨出初步规律。所谓初步规律是指规律所涉及的变量的性质、含义、名称、适用范围，变量间关系及其呈现形式等方面还存在某种程度的“模糊”，还有待明晰或深化。例如在比热容的教学中，通过实验发现物体吸热的多少不但与质量、上升的温度有关，还与物质自身有关。这里进行的探究还仅仅是一种质性研究，所得的仅是定性规律，此结论至少在“吸热多少与上升温度、质量间存在怎样的定量规律”和“如何用数量表示物质自身的热学性质”这两方面还有待深化。
3.思维辨析，创生概念
这是概念创新的关键步骤，要引导学生分辨前述初步规律的种种不足，思考分析、推断论证，提出辨析直至理清概念，完成新概念的定义，从而使初始规律得以升华。一体化模式中概念创生的方式通常有以下几种。
(1)直接命名法
通过实验探究，锁定了与规律有关的新变量，且新变量的内涵已经清晰时，直接给新变量赋名生成概念。如在力臂教学中，当学生经过不断实验、反复尝试，最终发现影响杠杆平衡的因素是“支点至力的作用线的距离”后，直接将这一新变量命名为力臂。
(2)推陈出新法
经过实验探究形成初步规律后，若发现规律中虽未出现新变量，但出现了几个原变量的新的固定搭配形态，在挖掘、理清固定搭配的物理意义后，予以命名而形成新概念。如通过实验探究和（或）理论推导后，发现各种机械（杠杆、滑轮、斜面等）省力的必费距离，费力的必省距离，完成同一工作时力与距离的乘积大致相等。在进一步明确“距离是（受力物）在力的方向上移动的距离”后，将此乘积命名为功，从而生成功的概念[3]。
(3)定量表征法
经过实验探究获得与规律相关联的新定性概念后，再进一步探索出定性概念的量化表征（或测量）的方法，使概念从定性升格为定量（物理量），进而生成新概念。如在比热容教学中，在获得前述初步规律的基础上，再通过理论探索，寻找到以“1 kg某种物质温度上升1℃时所吸收的热量”来定量表征“影响物体吸热多少的一个变量——物质自身的热学性质”的方法后，完成比热概念的量化定义，实现概念创新。
4.重组规律，解决问题
应用所生成的概念，重新归纳、概括和组织规律的内容，重新审视、更加深刻地理解规律的意义、价值与适用范围，愈加精确地表述规律。并应用概念、规律解决（或解释）相关问题，同时在规律的应用中进一步加深对概念的意义和价值的理解。
5.回味对比，彰显价值
回味问题解决的整个教学过程，包括概念的发展过程（生成、廓清和转变）和规律的发展过程（从模糊到清晰，从定性到定量，从特殊到一般）。对比概念建立前后，人们对事物认识（知识层面）的深刻程度的不同，对比概念建立前后，人们研究或解决相应问题的难易（方法层面）不同，使学生从中明了“概念为了什么”，彰显概念建立的价值。
三、一体化探究模式的适用范围
一体化探究教学将规律的发现与概念的建构有机地组合在科学探究过程中，教学内容多，课堂容量大，概念的发展过程展示充分，但教学耗时相对较长，比较适合于那些内涵与日常生活相距较远，或其建立价值不够直白，必须与相关的规律相联系方可显示的概念的教学。一些内涵明显、价值直白的概念，如“速度”（内涵：单位时间内通过的路程；价值：定量表示运动的快慢），则不必运用此模式。
四、结束语
一体化探究教学充分利用了“概念”与“规律”间固有的本质联系，遵循了两者间相互依赖、彼此支撑、共同建构这一“知识创新”的基本逻辑，为我们提供了概念教学的一种新思路。目前笔者已应用此模式进行了“力臂”“电阻”“电功率”“比热容”“（机械）功”等概念的教学，取得了良好的效果。由于篇幅的限制，有关“规律—概念一体化探究”模式更深层次的问题（如模式的结构、设计原理、功能优势和实施要领等）有待进一步研究解决。
作者介绍：白振宇，扬州中学教育集团树人学校（江苏 扬州 225002）。