基于ICAP学习框架下初中物理概念教学模式分析

方友浩

摘    要：ICAP学习框架为初中物理概念教学提供了一种新的教学模式。将ICAP学习框架引入初中物理概念教学模式之中，转变学生学习方式、培养学生主观能动性、突出学生学习的中心地位，集中探讨四种学习方式对应的不同的知识变化过程，进而产生学习效果上的差异。以“力臂概念”教学为例，按照“引入、建构、应用、巩固”的概念教学模式，通过ICAP学习框架将抽象的力臂概念形象化，实现对力臂概念最深程度的理解、应用及创新。

关键词：ICAP学习框架；教学模式；力臂概念

中图分类号：G633.7 文献标识码：A    文章编号：1003-6148（2023）7-0009-5

物理概念是关于客观事物共同的物理属性与本质特征在人们头脑中的科学反映，是在物理表象的基础上通过思维加工并抽象概括形成的，反映某一类物理现象的共同本质特征［1］。然而，由于初中生正处于由形象思维向抽象思维逐渐过渡阶段，教师在讲授概念时影响学习方式转变下学生学习潜能的激发，这主要表现为：教师往往违背认知规律，忽视概念引入的必要性；教师违背逻辑学的充分性原则，在对思维加工形成概念的每一个节点上缺少必要的逻辑联系，仅停留在简单枚举（如“一例一论”）上，得出的概念受到质疑；教师违背元认知确证意识，对建构完的概念不再回头看，建构过程受到质疑［2］。如何转变学习方式、培养学生主观能动性、突出学生学习的中心地位，实现概念建构在整个物理教学中的核心作用。为此，本文引入一种新的概念教学理论模式，即ICAP学习框架，实现学习方式转变下概念科学建构，进而提升学生核心素养。

1    ICAP学习框架对初中物理概念教学的影响分析

1.1    ICAP学习框架的基本理论

ICAP是Interactive， Constructive， Active，Passive这四个英文首字母的缩写，ICAP学习框架（即ICAP学习方式分类学）是在转变学习方式、提高学习效率的背景下，由美国亚利桑那州立大学玛丽·卢·富尔顿教育学院领导和革新部教育心理学季清华教授经过约十年的研究与实验并不断总结归纳出来的［3］。它是一种通过实证研究得出的综合性教育教学理论，是开放性的，改变了人们对儿童自主发展与知识综合运用的看法，对教育教学实践的意义非常重大。

课程改革最直接的问题之一是从“要我学”转变为“我要学”，改变目前牵着牛鼻下的学生被动学习、被接受教育下的学习，使学生能够自主学习、独立探究、有兴趣且愉快地学习。由于学生在学习中呈现不同的外显与可观察活动和潜在认知过程，季教授根据学生学习方式的参与程度将活动分为被动学习、主动学习、建构学习、交互学习，这四种学习方式对应不同的知识变化过程，进而产生不同的学习效果上的差异，四种学习方式的比较与差异可以用表1来反映，从中可以看出转变学习方式带来认知过程、知识变化、学习程度等一系列变化过程，这些变化过程实质上是学生认知变化过程或学习能力变化过程。在知识变化程度上，交互学习优于建构学习、建构学习优于主动学习、主动学习优于被动学习，即I>C>A>P［4］，这就是ICAP学习框架在转变学习方式上学习效果的基本内涵。

1.2   ICAP学习框架对初中物理概念建构影响分析

1.2.1    提供初中物理概念教学新模式

在初中物理概念教学时，教师往往采取传统教学模式，忽视概念的激发与引入，直接根据问题谈概念，或者更直接地拋出概念谈概念，缺少概念建构的科学论证，这就是传统模式下“二八错位”法（即教师讲“二”，学生练“八”）。传统教学模式最大的特征在于忽视概念建构的核心地位，忽视学生学习概念的主体性，只让学生通过大量机械化练习巩固概念本身。物理概念是在物理表象的基础上通过思维加工并抽象概括形成的，因此物理概念的形成离不开学生思维加工过程。图1是传统概念教学与ICAP学习框架下概念教学模式对比分析，从中可以看出ICAP学习框架在概念教学的作用，不仅体现在师生活动比例上，更聚焦师生活动双方，而且ICAP学习框架更加聚焦概念的引入、建立、应用等，研究不同类型学习方式所产生的不一样的知识变化及学习效果的差异，而不是将概念教学中教师与学生活动重新按照比例划分。由此可以看出，ICAP学习框架在初中物理概念建构影响上更加聚焦概念建构模式、知识变化及学习效果差异进行活动，是对传统概念教学的一种新挑战。

1.2.2    为转变学习方式提供新思路

目前，一线教师对课程与教学改革最关心的是如何转变学习方式，这里的转变学习方式，不仅指学生的学，更重要的是指教师的教。主要改变教师传统方式的讲解，学生被动地接受、记笔记、机械式存储学习材料，缺乏交互学习，这就是物理学习中经常出现的“听得懂、看得会、做就错”的根本原因。

北京师范大学顾明远教授在中国教育学会“教师专业发展研究中心”成立大会上曾经说过“当前教育最大的问题是要转教为学、改变被动学习、被教育的尴尬局面，发挥学生主观能动性及自主学习潜能，有兴趣且快乐地学习”［5］。这明确告诉我们要从被动学习向主动学习、聚焦课堂甚至挑战课堂的学习方式转变，倡导“主动、探究、合作”，这三种学习方式带来不同的学习效果，只是这三种学习方式如何在课堂中实施，以及如何将学习效果最大化，目前还没有给出系统且完整的研究方案。就ICAP学习框架为转变学习方式提供的新思路上，与转变学习方式具有高度的一致性，为此，将学习方式中主动学习方式与主动学习相对应、建构学习方式与建构学习相对应、交互学习方式与合作学习相对应［6］，在主动中探究、在探究中合作、在合作中主动的循环学习方式，这样的学习方式在于以同伴知识为基础进行整合与建构，共同作出推测的学习过程，共同经历知识生产过程，对学习材料提出质疑与挑战，实现深度理解、创新、发明。

1.2.3    为实现学习能力变化提供保障

学习能力是教师通过指导学生掌握科学学习方法，进而转变学习方式，为增强学习效果、提升解决问题能力提供保障，也就是所说的“学会”，学生只有懂得“学会”学习，才能实现“学会”知识，才能不断提高学习能力。概念教学模式是实现概念教学的重要途径之一，以ICAP学习框架为指引谈概念教学模式分析，为学生转变学习方式提供指导，促使学生由被动接受概念向主动学习、建构学习、交互学习不断转化，进而带来概念的知识变化过程，实现自主学习能力发生变化，即在学习能力变化程度上，交互学习优于建构学习，建构学习优于主动学习，主动学习优于被动学习，即I>C>A>P。交互学习是对学习内容最深层次的理解，会产生灵感、创新与发明等再加工现象；建构学习是对学习内容深度理解，会实现知识的迁移，往往不会再次加工；主动学习是对学习内容浅层次的理解，会对知识进行有意义的回忆、浅层理解、浅尝辄止；被动学习是对学习内容最浅层次的理解，往往只会死记硬背，不会变通。整个学习方式呈现逐渐递减的趋势。由此可见，转变学习方式并提高学生参与度可以提升学生学习能力，进而增强自主学习能力。

2    ICAP学习框架下初中物理概念教学的模式分析

物理概念是某一类物理现象和物理过程的共同属性及本质在人们头脑中的正确反映，是在观察与体验的基础上对物理现象和物理过程进行抽象化及概括化的思维形成，这就决定了物理概念具有抽象性、确定性、主观性、阶段性等特征。

根据物理概念的特征，结合认知角度看，物理概念的形成离不开思维的加工。按照“引入、建构、应用、巩固”的教学模式，谈ICAP学习框架下初中物理概念教学，具体概念教学的模式分析如图2所示。在物理概念形成的起始阶段，需要创设与概念相关的物理情境，由此顺利引入概念教学。在概念教学过程中，逐步引导学生通过归纳物理情境中的现象到概念本质，建构新旧知识间的联系，进而获得对概念形成的思维加工所需要的感性材料，这时学生只获得概念的感性知识，还没有形成正确的概念，如果这时就去教概念，等于教的是碎片化的概念本身，是一潭死水下的“伪概念”。在概念教学时还需要解释并应用概念，引导学生由浅入深地掌握概念本质，这样有助于掌握物理概念，并应用概念解决问题，如教师可以从多角度对概念进行变式，设计由浅入深的问题，让学生掌握概念的同时，学会应用概念解决相关问题。根据概念教学的阶段性特征，结合初中生思维特点及学习能力，要形成一个完整且系统化的物理概念，还需要对概念进行深化巩固，把握课标要求，结合初中生年龄、思维、理解及实际现状，对物理概念进行深化巩固。

3    ICAP学习框架下初中物理概念教学的案例分析

杠杆是初中物理教学中最常见的简单机械之一，对杠杆中力臂概念的理解更是力学学习的一个难点，力臂是杠杆五要素中看不见、最抽象、最不易理解的概念，通过实例谈杠杆中力臂概念教学能深化ICAP学习框架在概念教学中的理解。综合各大版本教材发现，对力臂概念的引入往往通过教师直接讲解，让学生在教材中找出概念，并记上笔记，再通过数学上作垂直图来引入，如图3所示。这是单纯的物理概念数学化，无法体现出物理教学的形象性与趣味性，是将力臂概念直接给“短路”了，学生无法真正理解力臂概念，导致无法真正探究杠杆平衡条件及运用杠杆平衡条件进行计算分析。这是典型的被动学习，是概念教学的“伪建构”过程，将直接导致学生在概念学习时产生错误的认知，如概念学习时只要对概念死记硬背即可，不需要对概念进行深度理解，物理中的概念是大声背出来的，甚至出现背诵与概念相关的知识、背诵习题等不良现象［7］。

在力臂概念教学中，可以利用力的三要素与二力平衡知识来引入力臂概念，由二力平衡的条件与杠杆平衡时产生的认知冲突为概念建构起点，通过交互学习激起学生在建构力臂概念上的主动学习，使学生更形象地认识力臂概念，从而为探究杠杆平衡条件作铺垫。

实验原理：学生自主参与，利用力的三要素、二力平衡知识与杠杆平衡知识产生认知冲突。

实验效果：通过ICAP学习框架将抽象的力臂概念形象化，实现对力臂概念最深程度的理解、应用及创新。

器材准备：铅笔几支、教科书多本。

情境引入：力臂概念的建构是一个由现象到本质的过程，是实现由主动学习—建构学习—交互学习的逐一递进的过程。为此，学生在教师指引下利用身边简易可得的学习工具，按照图4所示方式进行探究实验，将两支铅笔十字交叉叠放在一起，用自己的一根手指轻轻按压铅笔的一端，可以将多本教科书轻轻抬起一端，并保持静止状态，这是主动学习、交互学习的一种体现。在整个探究实验中，学生发现可将手指按压的那支铅笔当成杠杆，其中两支铅笔的交叉点为支点。

细化建构：由于手指作用在铅笔（杠杆）上的力的作用才使教科书被抬起，谈力需要涉及力的三要素，即力的大小、方向、作用点，对铅笔（杠杆）受力分析也需要分析力的三要素，再根据二力平衡的条件分析可知：此时铅笔（杠杆）处于静止状态，保持平衡，手指对铅笔的力的方向向下，教科书对铅笔的力的方向也向下，而且两个力不在一个方向且不在一条直线上，那么铅笔为什么能够保持平衡呢？此时学生陷入深层思考中，这是交互学习产生应用及创新的过程。杠杆是在力的作用下保持平衡，为什么此时作用在杠杆上的两个力不符合二力平衡的条件呢？难道之前学习的二力平衡的条件是不正确的，还是存在缺陷呢？这为学生自我建构力臂概念埋下伏笔，通过交互学习产生“1+1>2”的效果，进而实现对力臂概念建构的再次加工、发明、创新［8］。

铅笔为什么能够保持平衡，原来在杠杆平衡条件中，还存在另外一个与杠杆有关的因素，即力臂也决定杠杆平衡，这样可以水到渠成地引入力臂概念L（即支点到力的作用线的距离），由此再以刚才铅笔抬起教科书的探究實验为基础，向学生介绍杠杆的动力F1、阻力F2、动力臂L1（支点到动力作用线的距离）、阻力臂L2（支点到阻力作用线的距离）、支点O，如图5所示，这样给出的杠杆五要素可以说是完美无瑕。

根据力臂是支点到力的作用线的距离，那么，力臂是否一定在杠杆上呢？由图5可知，力臂不一定在杠杆上，这是深化对力臂概念的理解。

解释应用：如果这时结束力臂概念教学，而不去应用概念解决相关问题，那仅仅是在教概念本身，这样的概念教学也仅仅局限于应付考试，更别谈应用概念探究物理现象、解决实际问题等。

为此，在力臂概念建构以后，可以设置这样一个问题：体育课是同学们都喜欢的课，体育课上托铅球时，当屈肘将铅球托住保持平衡时，可以将人体前臂抽象成杠杆，作出图6的杠杆五要素示意图，并体会屈肘将铅球逐渐举起时，所需要的力如何变化？这为探究杠杆平衡条件作铺垫。

图6  托举铅球示意图

深化巩固：要达到深化对概念的理解还需要对概念进行阶段性、递增式的深化巩固，促使学生对概念最深程度的理解。如可以布置学生在课后参与抬轻木箱活动（图7），在抬轻木箱过程中可以将木箱抽象成杠杆，分析此时的杠杆五要素。此模型中支点O需要在抬木箱过程中慢慢体会并寻找出来，进而作出力臂大小，这是深化对力臂概念的理解、创新。

4    结束语

以上是对基于ICAP学习框架下初中物理概念教学模式分析的一些简单认识，这里的关键是转变学习方式、培养学生主观能动性、突出学生学习的中心地位，改变直接谈概念、淡化概念引入等不良现象，提倡在转变学习方式下“引入、建构、应用、巩固”的概念教学模式，促进学生对概念的深度理解，为物理学习奠定基础。

参考文献：

［１］冯杰．物理概念教学与物理规律教学之差异性探讨［Ｊ］．物理教师，２０２０，４１（１）：２－８．

［２］陈宗成．初中物理概念建构思维可视化策略——以浮力概念的建构为例［Ｊ］．教学与管理，２０１９（３１）：７２－７５．

［３］Ｃｈｉ Ｍｉｃｈｅｌｅｎｅ Ｔ Ｈ． Ａｃｔｉｖｅ－ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｖｅ－ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ： ａ ｃｏｎｃｅｐｔｕａｌ ｆｒａｍｅｗｏｒｋ ｆｏｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｎｇ ｌｅａｒｎｉｎｇ ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ［Ｊ］． Ｔｏｐｉｃｓ ｉｎ ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ ｓｃｉｅｎｃｅ，２００９，１（１）：73-105．

［４］Ａｍｅｒｉｃａｎ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ａｒｔｓ ａｎｄ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ． Ａｍｅｒｉｃａｎ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ａｒｔｓ ａｎｄ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ Ｅｌｅｃｔｓ ２１３ Ｎａｔｉｏｎａｌ ａｎｄ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｃｈｏｌａｒｓ， Ａｒｔｉｓｔｓ， Ｐｈｉｌａｎｔｈｒｏｐｉｓｔｓ， ａｎｄ Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｌｅａｄｅｒｓ［ＥＢ／ＯＬ］．（２０１６－０４－２０）． ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ａｍａｃａｄ．ｏｒｇ／

ｎｅｗｓ／ａｍｅｒｉｃａｎ－ａｃａｄｅｍｙ－ａｒｔｓ－ａｎｄ－ｓｃｉｅｎｃｅｓ－ｅｌｅｃｔｓ－２１３－ｎａｔｉｏｎａｌ－ａｎｄ－ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ－ｓｃｈｏｌａｒｓ－ａｒｔｉｓｔｓ.

［５］盛群力，丁旭，滕梅芳．参与就是能力——“ＩＣＡＰ学习方式分类学”研究述要与价值分析［Ｊ］．开放教育研究，２０１７，２３（２）：４６－５４．

［６］李丽琴，许锋华．基于ＩＣＡＰ学习方式分类学的初中物理习题教学模式变革［Ｊ］．教学与管理，２０１９（３６）：１１５－１１８．

［７］夏波．从教材使用的视角谈初中物理概念教学［Ｊ］．物理教学探讨，２０２０，３８（８）：２３－２５．

［８］田美．深度学习下激起学生认知冲突的有效策略——以“杠杆中力臂的引入”为例［Ｊ］．中學物理，２０２０，３８（６）：４－６．

（栏目编辑    赵保钢）