基于SECI理论的高中物理“圆周运动”情境化教学设计.pdf

Vol.41 No.8物理教学探讨2023年第8 期基于SECI理论的高中物理“圆周运动”情境化教学设计李婷，王长江*安徽师范大学物理与电子信息学院,安徽芜湖2 4 1 0 0 2摘要：情境在物理教学设计、教学实施以及教学评价等各个方面都有其独特的重要性。SECI理论中的四种知识转化模式为物理情境化教学实施提供了新的理论依据。教师可以SECI理论为指导，从知识转化的角度，将情境化教学分为社会化、外化、组合化、内化四个有逻辑、易操作的阶段。结合人教版高中物理必修二的“圆周运动”进行教学设计，提供SECI理论引领下情境化教学的具体策略。关键词：SECI理论；圆周运动；教学设计中图分类号：G633.7普通高中物理课程标准（2 0 1 7 年版2 0 2 0年修订(以下简称课标)指出“要通过创设学生积极参与、乐于探究、善于实验、勤于思考的学习情境”1 ,课标中“情境”一词共出现6 7 次。情境是知识产生的场域，在问题情境中学习知识可以培养学生的高阶思维能力。国外对情境教学的研究起步较早，并已取得重要突破，目前的研究主要集中在建构主义学习理论指导下的以学生为中心的问题情境创设2 ,总体已经偏向成熟且实践性较强。自陶行知提出“行是知之始，知是行之成”以来，国内教育者就开始关注情境化教学。李吉林是国内较早研究情境化教学的学者，她提出知识与情境相互依存，指明了国内教育研究者进行情境化教学探索的方向 3。本文基于SECI理论，运用情境化教学策略进行“圆周运动”的教学设计，期望能为教育工作者开展情境化教学提供新的思路和具体参考。1SECI理论引领下的情境化教学概述1.1SECI理论的主要内容英国学者迈克尔波兰尼从认知维度上提出了“意会知识”的概念。“意会知识”又称隐性知识，具有高度的个人性、无意识性、环境依赖性等收稿日期：2 0 2 3-0 4-1 9基金项目：安徽省2 0 2 2 年度高等学校省级质量工程项目“物理教师教育课程促进师范生专业素养发展的探索与实践(2 0 2 2 jyxm531)。作者简介：李婷（1 9 9 9-），女，硕士研究生，主要从事中学物理教学研究。*通信作者：王长江（1 9 7 2-），男，副教授，主要从事教师教育、物理教育研究。文献标识码：A文章编号：1 0 0 3-6 1 4 8(2 0 2 3)8-0 0 35-5特点,其产生往往伴随体验 4 ,难以形式化表达，故要以模型、比喻等方式进行传递。与隐性知识相对的显性知识则是以文字、数字、声音等形式表示的知识,用数据、视觉图像等方式进行表达，沟通较为容易。SECI理论最初是由日本学者竹内宏高和野中郁次郎在创新求胜中提出的企业管理策略 5 ,其知识管理和知识螺旋的基本原理后来被应用于教学中。SECI理论认为,知识分为显性知识和隐性知识,这两种知识的转化是知识创造的主要途径,并在此基础上提出了知识在“隐性一隐性、隐性一显性、显性一显性、显性一隐性”间互相转换的四个模式。野中提出知识创造的主体是个体本身而非组织，新的知识是主体与客体在连续转换的场域中相互作用的综合结果。个体要习得新知，则应当在构建好的情境中进行探索，完成知识的理解与迁移，,并在新的情境中应用。SECI理论的四种知识转移模式包括：社会化（Socialization）、外化（Externalization）、组合化(Combination)以及内化(Internalization）。四个模式中知识分别进行隐性一隐性、隐性一显性、显性一显性、显性一隐性的转化，并且转化过程呈-35一2023年第8 期螺旋式上升。上升过程既有横向维度上的拓展，又有纵向维度上的升高。在纵向螺旋上升的同时，因为个人的隐性知识一直在转化为显性知识，个人知识螺旋底部的“知识半径”会同步增大。每经过一个SECI周期，整体的横面和纵面都会增大，下一次的知识创造则会基于更广阔的知识基础，让新旧知识相互“碰撞”，从而进入知识创新的良性螺旋上升模式。1.2SECI理论引领下的情境化教学环节情境教学是通过对一定事件的形象描述或一定课堂环境的设置、模拟,激发学生的情感与阶段一：社会化阶段二：外化物理教学探讨思维，使学生产生身临其境的体验，从而达到一定的教育目的。情境化教学一方面可以寓教于乐，激发学生的学习兴趣，让学生充分参与到课堂中,另一方面可以化难为易，减少陌生感，使知识生动形象，易于进行联结，形成记忆。SECI理论强调多层次场域有机结合，进而形成组织 6 。在教学过程中，我们通过设置教学情境来完成场域的构建，激发学生的认知活力。SECI理论引领下的情境化教学在实际教学中分为以下四个阶段(图1)。创始场隐性知识一隐性知识体验情境经验交互对话场讨论表述概念创造Vol.41 No.8隐性知识一显性知识系统场阶段三：组合化阶段四：内化1.2.1构建隐性知识向隐性知识转化的创始场知识创造的起点是隐性知识向隐性知识转化的创始场,师与生、生与生在创始场中进行情感和经验的交流，完成知识螺旋生成的社会化阶段。教师作为课堂中的传授者积极关注学生的情况,培养良好的师生关系，使场域中隐性知识的传递跨越师生的身份障碍，更好地激发双方的热情。在具体情境中,学生将日常生活中所感受的事例转化为自已头脑中的经验，通过感受、观察等形式获得独属于个体的知识，此时的知识转化是非语言形式的。1.2.22构建隐性知识向显性知识转化的对话场教师根据学生的学习方式和所拥有的隐性知识不同,将学生进行分组。在教师构建的对话场中，教师发挥主导作用，设置情境引领学生进行讨论，学生通过比喻、模型化等方法将自己脑海中的知识进行清晰的表达。因个体隐性知识的差异性，师生间、学生间可能会产生激烈的讨论，但最终在辩论中会达成较为一致的答案。探讨过程秉承尊重、包容的原则，学生会更积极地将隐-36-显性知识一显性知识共同探究归纳整理实践场知识迁移情境应用图1 SECI理论引领下的情境化教学四阶段性知识转化为显性知识。对话场中的隐性知识外化会使学生间的思想发生碰撞，在碰撞中反思自身不足，吸取他人长处，对知识的理解会更加全面，完成知识的创新。1.2.3构建显性知识向显性知识转化的系统场知识的形成需要系统的对比整合。教师应当及时将学生讨论后的显性知识（如物理概念、科学观点）通过思维导图、表格等方式形成清晰的知识结构。学生也可以通过对比新旧知识完成知识的筛选、分析和总结，完成显性知识到显性知识的组合。在具体教学情境中，可以课本作为主要脉络，同时加入课标中没有但适应社会发展的成分，使显性知识更具系统性、科学性和发展性，实现知识的整理与升级。1.2.4构建显性知识向隐性知识转化的实践场内化是一个将显性知识在头脑中具象化的过程，是实现学生认知从量变到质变的过程。在前三个阶段的教学过程中,师生只是完成了对高度凝练知识的交互并产生了新的显性知识，学生仍需要在大量的、有指向性的新情境中进行实践显性知识一隐性知识Vol.41 No.8才能将这些显性知识内化为属于自身的隐性知识。要检验知识的内化程度，教师可以通过测验、创设新情境等途径，考查学生的知识迁移能力 7 。2SECI理论引领下的“圆周运动 教学设计“圆周运动”是人教版（2 0 1 9 年版）高中物理必修二第六章的内容，是后续学习第七章“万有引力与宇宙航行”以及选择性必修二第一章第3节“带电粒子在匀强磁场中的运动”的基础。根据课标要求，“圆周运动”的情境化教学要达到的教学目标为：会用线速度、角速度、周期描述圆周运动；理解线速度、角速度的物理意义；隐性知识：学生个人对自行车运行的经验、对自行车运行现象的解释、曲线运动相关知识、经过预习获得的有关线速度和角速度的前概念。显性知识：系统整理的线速度、角速度物理概念（包括定义、物理意义等）。2.2教学设计示例2.2.1体验情境，构建隐性知识转化为隐性知识的创始场创设情境：以2 0 2 1 年东京奥运会自行车女子团体竞速赛为情境，教师展示比赛短视频及图片(图2)。图2 女子团体赛竞赛照片设计意图：以奥运会场景引人，材料是学生常见的自行车，创设的是与学生生活贴近的情境，在对学生有吸引力的情境中引起学生对即将学习的内容的关注。教师活动：向学生展示架起后轮自行车（实物)的传动装置，带领学生观察自行车各构件。用三种颜色的飘带在链轮、飞轮和后轮上标识出A，B,C三个位置,其中B,C与飞轮圆心共线,如图3所示。问题1：当自行车脚踏板转动，飞轮和后轮物理教学探讨掌握线速度、角速度的关系；能在具体情境中确定线速度和角速度。“圆周运动”难点之一是圆周运动的速度过于抽象，学生在传统课堂只能机械接受知识，无法将理论和实际联系起来。因此,本文结合SECI理论对“圆周运动”一节展开教学设计，探索情境化教学的具体实施方法，对“圆周运动”一章中第一课时“线速度角速度”进行设计，希望能弥补传统教学的不足，为研究者提供新的思路。2.1知识转化序列在“线速度角速度内容中,知识在“隐性一隐性、隐性一显性、显性一显性、显性一隐性”间互相转换的序列如表1 所示。表1 线速度、角速度知识转化序列隐性知识：经过教师提问及学生交流与感知，交换分享各自的隐性知识，最终获得相互信任与共享经历，产生共鸣的观点与经验，与已有认知结构碰撞，在团体中产生属于团体的新认知（例如，没认真观察过车轮运行的同学可以从他人口中获得相关经验）。显性知识：学生讨论得到的关于线速度、角速度概念的初步认知（如线速度与角速度的模糊联系等，多为个人头脑中的观点）。会如何转动，轮上的点做什么运动？问题2:同轴但不同半径的边缘点(B和C)、不同半径不同轴圆上的边缘点（A和B），速度大小能否进行比较？问题3：如何比较圆周运动的快慢？有几种方法？问题4：第一种方法怎么定义物理量？怎么定义圆周运动轨迹上某一点的线速度？问题5：线速度的大小、单位和方向？问题6：曲线运动的线速度和直线运动的速度的关系？问题7：第二种方法怎么定义物理量？在名称上如何与线速度加以区分？物理意义、单位分别是什么？问题8：线速度和角速度有关系吗？什么关系？飞轮链条CBU后轮图3自行车构造图设计意图：场景和具体问题是教师与学生隐性知识交互的桥梁。在体验师生熟悉的场景和回答问题时,学生会回忆头脑中已有的隐性知识,根2023年第8 期链轮一踏板-37 2023年第8 期据经验对教师提出的情境问题进行尝试性理解，得到独属于个人的阶段性认识。这个阶段的完成要基于师生、生生间的信任和价值认同，成员关系和谐会促进师生对知识的共鸣（例如，有共同的目标或者较强的班级凝聚力）。在这个阶段，学生基本不能确定自已答案的正误，也很难以清晰、系统化的物理语言进行表达。2.2.2质疑问难,构建隐性知识转化为显性知识的对话场学生回答1：圆周运动。学生回答2：通过观察，因为B点和A点不在同一个圆上,难以比较;B点看起来转得比C点快;B点和C点在一个圆上，所以一样快。学生回答3：两个方法。一是可以通过相同时间内转过的路程衡量快慢；二是通过相同时间转过的角度比较快慢。学生回答4：质点做圆周运动通过的弧长和所用时间的比值叫作线速度。学生回答5：类比直线运动速度的定义=可得线速度应是长度比时间,时间应该取极短时间。学生回答6：圆周运动的线速度是瞬时速度。学生回答7：角速度是与线速度不同的概念，描述转动应该用角度比时间。单位由角度单位和时间单位推出。学生回答8：都是描述圆周运动的物理量，应该有关系。设计意图：用质疑问难的方式，引导学生将隐性知识进行表达。教师针对学生特点进行分组，最终选择小组代表进行表述。学生梳理自己的隐性知识,在将自已头脑中对线速度、角速度的模糊理解通过文字、语言或图像进行表达甚至辩论时，将隐性知识显性化，并与他人的知识进行碰撞产生不同角度、比较全面的新知识，有利于后续在系统场中构建物理概念。2.2.3概括省思，构建显性知识转化为显性知识的系统场结论1：轨迹是圆的曲线运动叫圆周运动。结论2：观察的结论不可靠，可以进行定量比较。B,C点在相同时间内转过的角度相同,则可以比较相同时间内转过的弧长；A,B点在相同时间内转过的弧长相同，则可以比较相同时间内转过的角度。结论3：有两种方法。可以将相同时间规定为单位时间。比较方法总结为：通过单位时间内-38一物理教学探讨转过的路程大小比较快慢；通过单位时间转过的角度大小比较快慢。结论4：求某一点的线速度要用到极限的思想。假设s是极短的距离,经过s所用的时间AsAt0时,就可以表示质点在该点运动的快慢，通常把它称为线速度的大小,用符号表示。线速度描述的是物体圆周运动中通过弧长的快慢。结论 5:线速度的表达式=会，单位为 m/s。线速度的方向为物体做圆周运动时该点的切线方向（线速度的方向可由砂轮切割金属工件视频，结合前面讲到曲线运动的方向与轨迹相切进行引导）。结论6：这里的线速度实际上就是我们在描述直线运动中已经学过的瞬时速度。当t足够小时，弧长s的长度与线段I几乎没有差别，即弧长s的大小约等于物体的位移大小I。结论7：角速度指在t时间内，半径r扫过的角度与所用时间之比,符号为,=At在国际单位制中,角的单位是弧度(rad),时间的单位是秒(s）,因此角速度的单位是rad/s。角速度描述的是物体绕圆心转动的快慢。结论8：物体既平动也转动，线速度和角速度一定存在关系。定性分析后进行定量的推理和判断,得到线速度和角速度的关系式：s=r,u=As-rAe=rw。教师活动：以表格形式呈现“线速度”和“角速度”的定义式、物理意义、单位及相互的联系(表2)。表2 线速度和角速度线速度定义式描述物体圆周运动描述物体绕圆心物理意义通过弧长的快慢单位m/s联系:U=or设计意图：教师针对学生讨论和交流中的问题，引导学生深入推理和归纳，构建系统场，进行显性知识的概括和思考。通过类比、推理等方法，将情境抽象为质点圆周运动模型，将学生表达的模糊的显性知识按照思维过程逐步深人引导。学生在这个阶段中可以获得其他显性知识,对自身Vol.41 No.8At角速度=t转动的快慢rad/sVol.41 No.8零散的认识进行归纳整理，使用表格、知识树、思维导图等方式将知识合理化与系统化。构建系统场有利于学生将现有知识联接之前学过的知识或者将要学习的知识形成知识框架。2.2.44学以致用，构建显性知识转化为隐性知识的实践场问题9:比较A,B,C三点的线速度与角速度？教师活动：选取中心轴线或固定参考点，采用多媒体或者实物标记的方法，让学生进行实验探究并记录实验时间，以及在此时间内通过的弧长、角度。学生活动：比较相同时间内通过的弧长，得到A,B,C三个位置通过的弧长满足：SA=SBSc,所以线速度vA=UBVc。记录并比较相同时间内转过的角度,得到A,B,C三点相同时间内转过的角度满足:0 0 g=0c,所以角速度WAWB=Wco问题1 0：毛泽东诗句中的“坐地日行八万里，巡天遥看一千河”要在地球的哪个纬度才可以实现？该点的线速度和角速度分别是多少？教师活动：教师用地球仪展示地球的自转，在地球表面上取一个点,说明该点做的运动是圆周运动，进一步布置课后探究习题。设计意图：学生脑海中已经有关于线速度、角速度的基本知识,要检验学生是否真正理解所学知识，应以多种形式进行评估，如实践报告、接近实际情境的测试题等。在这个环节，学生将已习得的显性知识在头脑中以个性化的形式综合呈现,其理解程度虽然难以用语言表达，但可以在相关练习中检验知识是否已发生迁移以及知（上接第34 页）计课堂检测的对象、内容和方式，通过问题的解决来积累思维方法，并在测评中强化知识的来龙去脉，从而形成科学认知架构。检测本课的教学效果，较好地体现了“构建新的评价体系”的课程理念。2.7许评价交流，健全思维品质请同学们从“知识层面”“方法层面”“思维层面”“探究层面”进行评估与交流。【评价】脑科学研究表明，评价体系和评价方式的改革有助于提高学生的科学素养，使学生的个性特长得到发展。而科学的评价，可使学生始终保持良好的心态、进取的精神，最大限度地预防和减少学生的心理障碍疾患 4 。准确、系统、合理的评价与反思能够锻炼学生的表达能力和自我评价能力，帮助学生更好地物理教学探讨识的迁移程度。关键在于让学生认识到物理来源于生活，服务于生活，要注重积累解决实际情境中问题的经验。3小结针对传统教学存在的学生所学理论难以联系实际的问题，本文基于SECI模型及情境化教学相关理论，提出了SECI理论引领下的情境化教学实施策略，并给出了教学设计案例。情境化教学结合SECI理论是物理教学的一种新的教学形式尝试，通过这种方式进行教学，遵循学生认知规律,利于学生习得知识和进行知识迁移。物理教育工作者在教学中已经开始重视情境的使用，在使用中结合SECI理论进行教学设计不失为一种合理的、清晰的、新颖的、有效的思路。参考文献：1中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准(2 0 1 7年版2 0 2 0 年修订)S.北京：人民教育出版社，2 0 2 0.2刘林.基于物理学科核心素养的创设问题情境教学设计的研究一一以“向心加速度”为例 J.物理教学探讨，2019,37(5):1-4.3李吉林.情境教育的独特优势及其建构 J.教育研究，2009,30(3):52-59.4迈克尔波兰尼.个人知识：朝向后批判哲学 M.徐陶，许泽民，译.上海：上海人民出版社，2 0 1 7.5Lkujiro,Nonaka,Hirotaka Takeuchi.创新求胜 M.台北：远流出版社，1 9 9 7.6竹内宏高，野中郁次郎.知识创造的螺旋一一知识管理理论与案例研究 M.李萌，译.北京：知识产权出版社，2006.7谢昌醒，张强.SECI理论视角下教学过程中教师场域的构建 J.教学与管理,2 0 2 0(1 5)：1 8-2 0.屏邓磊）理清知识体系，发展学生善于总结、善于反思、善于评价的学科素养,真正发挥评价的育人功能，促进学生核心素养发展。总之,以脑科学为基础的“教一学一评”一体化，带领教师走向了一个新的教学起点。脑科学突出了学习为中心、标准为纲领、目标达成为基准、评价为准心的一体化复杂系统工程，为课堂教学改革、核心素养的落实奠定了坚实的基础。参考文献：1唐孝威，黄秉宪.脑的四个功能系统学说 J.应用心理学,2 0 0 3,2 3(2):3-5.2冯春艳.脑科学知识及其在教学中的应用J.基础教育课程,2 0 2 1,1 7(9):4 0-4 6.3高峰.固体也能轻如烟 .华夏星火，2 0 0 2,9(1 1)：6 0.4陶西平.脑科学与教育 J.基础教育参考,2 0 0 6,4(12):1.(栏目编辑邓磊）-39一2023年第8 期（栏目编辑