合作對話建構 促進概念轉變

摘要:本文在現代認知理論的指導下運用概念轉變策略促使學生建構“功”這一物理概念。

關鍵詞:社會建構主義;概念轉變教學;圖式;小組合作學習

中圖分類號:G633.7 文獻標識碼:A 文章編號:1003-6148(2010)5(S)-0077-3

建構主義學習理論認為，學習是新舊經驗之間雙向的相互作用過程，不是學習者被動吸收信息而是主動建構信息意義的過程。學習者在學習新概念之前，頭腦中已經形成了前概念。教師的工作應當是在充分了解學生原有認知水平的基礎上，采取恰當的教學策略有效促使學生發生概念轉變，最終幫助學生構建完整的科學概念。本文通過若干教學片段并借助合作學習在課堂實踐中努力實現“為概念轉變而教”這一理念，從而建立起“功”這一概念。

1 激活舊知，同化順應

功的概念在初中是這樣定義的。“功等于力跟物體在力的方向上通過的距離的乘積”。因此，我們應當充分利用學生已有的初步認識，直接設置熟悉情景激活舊知。

教學片段1 請同學計算下面圖1及圖2中力F所做的功?

實踐表明幾乎全部的學生都能運用力的分解加以解決，總結出功的一般表述:W=FScosα，同時復習了做功的兩要素:力和物體在力的方向上發生的位移。

反思 此教學過程在建構主義里屬于典型的同化，同化是把新的知覺要素納入到原有的認知結構，這一過程需要下列條件:(1)學生必須有同化新知識的相應的原知識基礎;(2)學生認知結構必須具有邏輯意義;(3)學生必須具有獲及材料意義的學習動機;(4)學習者必須對新舊命題精細加工，以便生成新的意義。但如果新的刺激物不能被原有圖式同化，就要對就圖式進行修改或重新創建新圖式來吸納新的刺激物，這屬于順應。例如，關于電場力做功圖式，就不可能為機械做功的圖式所包容，于是通過改造，構建了如下圖所示新的圖式。所謂的概念轉變研究主要是從順應的側面來研究概念建構，揭示學生錯誤概念向科學概念轉變的規律。

2 對話交互，社會建構

功是標量還是矢量，是學生容易混淆的問題。究其原因，這與概念建立初期教師未按學生認知規律進行教學有關。因此，教師應當構建平臺讓學生合作學習進行水平、垂直互動。

教學片段2 學生分組合作討論，組內形成觀點并由各小組代表發言闡述其支持理由。

學生甲:因為功的表述W=FScosα中力和位移都是矢量，兩矢量相乘應該也是矢量。

學生乙:當α為鈍角時，功出現負值。功的正負物理意義應當和力、速度、加速度的正負一樣，表示的是方向。

實踐表明大多數學生認為“功是矢量”，如果教師不顧客觀存在，“粗魯”評價并代替學生得出結論，教學效果將大打折扣。教師此時就要學會傾聽不同的聲音，引導對話交鋒，以便提升教學層次。下面記載了課堂實錄中一段精彩的生生、師生對話。

教師:這兩位同學不自覺將以前的知識“類比遷移”于此，顯得言之有“理”。但是否還有不同的理由或者不同的觀念呢?(注意有學生欲言還休，不是很有自信，加以適當鼓勵)。

學生丙:矢量觀點的確很好接受，矢量應該有方向，請問甲同學功的具體方向如何?

學生甲:具體表述需要研究過程，但肯定與力、位移的方向有關。

學生丙:那么當位移方向相同，而力的方向不同，功的方向也應該不同吧。

學生甲:應該是的。

學生丙:那請問下列兩種情況中功的方向如何?如圖4所示。

學生甲:將力分解，圖4等效于圖2情況，兩種情況下功的方向都是水平方向。

學生丁:這種說法有問題。我們不妨將功的表達式中的F、S進行順序對換，即W=SFcosα=FScosα，如果把Scosα說成是“物體在力的方向上發生的位移”，那么可以說成是“物體在位移的方向上的力”。這和矢量矛盾。

教師:你能否用圖畫表達剛才的觀點?(注意到其他同學聽不明白，加以引導提示)。

學生丁:如圖5所示，SFcosα就是將力分解到位移方向上，而FScosα則就是將位移分解到力的方向上，兩者應當是等效的，如果功是矢量，這兩種情況方向應該不同，所以功應是標量。

教師:大家都覺得將S這樣分解比較新穎，你是怎么想到的呢?

學生丁:因為S和F一樣都是矢量。F可以分解，那S也應該可以分解。

聽到這里，同學們都為之鼓掌。持矢量觀點的同學立場也開始轉變了。

反思 社會建構主義認為:”學習不但只是強調個體心智活動的主動性，更應兼及社群與集體之間的互動、磋商、討論，直至形成共識。”[2]本次教學過程通過學生的互動交流產生不同觀念的對立、交鋒，從而引發學生觀念的沖突，當看到他人的觀念比自己的更合理時，學生開始對自己的觀念產生懷疑，迫切要求改變原有觀念，接受新的正確的科學觀念。這種基于合作學習的教學對話既有同能力的伙伴間的水平互動，又有和教師的垂直互動。這樣“提出問題-合作討論-闡明觀點-交流評價-得出結論”的對話循環可以在課堂中反復出現。

3 搭建支架，頓悟遷移

功的標量性與力和位移的矢量性常使學生混淆，以下的教學過程教師通過搭建支架促使學生自己頓悟遷移，其中逐層遞進的教學設計將隱性的“過程與方法”巧妙展現出來。

教學片段3:

創設情景:視頻展示“悶頭驢”拉石磨的物理情景，生活中常以推磨的驢子比喻因為缺乏目標只在原地打轉沒有前行半步的人。試從物理學角度討論這一寓意的合理性?

合作學習討論:學生分組合作學習以后在驢推磨是否做功上產生分歧，爭論不休。

搭建支架:教師設計問題情境串加以引導，促使學生頓悟遷移。

問題1 如圖6所示，在粗糙水平面上將物體從A點用水平恒力F緩慢推到B點，再用反方向的水平恒力F將其緩慢推回A點，試問整個過程推力是否做功?

問題2 如圖7所示，若在粗糙水平面上用大小不變的力F緩慢將物體分段沿A-B-C-D-A長為S的正方形路徑推到A點，試問整個過程推力是否做功?

問題3 如圖8所示驢用大小不變的力F緩慢拉石磨走了一圈，水平拉力方向始終保持與圓切線方向一致，求驢做的功?

社會建構評價 合作討論解決問題后，學生評價認為思維關鍵著力點主要有倆:一是解決過程中分段畫出了力和位移兩矢量方向(如圖7所示)，成功之處值得以后借鑒。二是問題2情景似曾相識、承上啟下，其微元思想已在平均速度與瞬時速度、曲線運動中出現過。

反思 教學設計應遵循“化整為零、化難為易”的原則，借鑒數學家祖沖之的“割圓術”分層次呈現問題，尋找最近發展區，充分利用學生已有知識尋找新知識的增長點。其中設計方向與課堂呈現相逆，并且充分考慮了合適的問題距。

在本次教學片斷中，教師先以趣誘思，在物理教學中滲透了人文精神使學生學習心理進入優化、高效的狀態，再通過合理架設問題臺階的方式精心設計“從一維到二維、從直線到曲線”的問題情境串創設積極的遷移線索，讓學生在比較鑒別中認識新舊知識的聯系和區別。概括而言:積極的心理狀態是實現正遷移的前題;重視培養學生的概括能力是基礎;加強認識結構的聯系對比是基本途徑。

4 微元類比，圖像表征

物理必修2中新增的《探究彈性勢能的表達式》涉及到線性變化力做的功，蘊含較多典型的物理思想方法，教師要善于用類比方法引導學生尋找出新舊知識的聯系。

4.1 類比遷移確定探究思路

多媒體展示:張弓射箭、撐桿跳高、發條等物理情境感受彈性勢能，猜想“彈性勢能可能與哪些因素有關”。再通過上節探究重力勢能過程的類比得到探究彈性勢能的思路。

4.2 類比遷移確定探究方法

通過重力做功的類比確定探究方法-微元法。其中重力做功曲線路徑微元體現“化曲為直”思想，彈力做功變力微元體現“化變為恒”思想。

4.3 圖像轉化突破探究難點

通過v-t圖像求位移的類比得到F-L圖，其中涉及兩次圖像轉化。

反思 作為新課程物理唯一的一節理論探究課不要求定量研究彈性勢能，也不要求學生掌握探究的結論，更不要求用彈性勢能的表達式解題，而是要著重讓學生體會探究的過程和所用的方法。在前節恒力做功的基礎上繼續滲透和提升“功是能量轉化的量度”這一思想.

5 溯本追源，滲透STS

在學完功能這一章節后，刨根問底的學生愛問一個“傻”問題:為什么功的定義是力和位移的乘積而不是其他物理量?教師以此了布置一個研究性學習作業。

學生查資料后溯本追源了功概念建立的歷史，發現“功”和“能”的概念原本是在解決剎車問題的過程中引入的。在相同的情況下，摩擦力越大，車走過的距離就越短。即在效果一定的情況下，力與位移成反比。那么在物理中，就把力的這種作用效果叫做“功”，它有兩個必要因素:一是要有力的作用;二是要有力的作用效果，即在力的方向上要有位移。隨后聯系生活中的安全駕車衍生出如何縮短剎車距離的研究型課題，如“關于防抱死ABS剎車系統的物理解釋”，“汽車車輪花紋和剎車距離的關系研究”等。

反思 傳統教學重視知識的邏輯結構，強調由淺入深、由易到難，系統性較強。而新課程理念要求教師注重“從生活走向物理，從物理走向社會”以及“注意學科滲透，關心科技發展”。因此教師必須讓“物理教學從知識的學術形態深入到它的教育形態中去”[4]。在概念教學設計中既要關注“Why-為什么知道”(即關注學生對知識的應用)，又要思考“How-怎樣知道”(即關注學生對科學知識的主動建構，強調學生探究能力的培養，注重科學的歷史發展)，更多地從解決實際問題的角度出發構建有助于促進學生積極參與、主動探究的最優化的“教學過程”。

參考文獻:

[1]P. H. Scott ， H. M. Asoko， R. H. Driver著，郭玉英，盧俊梅譯.“為概念轉變而教”策略綜述[J].物理教師，2003(5)

[2]鐘啟泉.社會建構主義.在對話與合作中學習[J].上海教育，2001(7)

[3]吳加澍.面對新課程的思考[J]. 物理教學，2007(2)

(欄目編輯張正嚴)