在平衡與非平衡中 促進學生思維的進階發展

汪小云

在構建知識體系和模型的過程中發展思維，是《科學》學習的重要目標。有關研究表明學生的思維從自然狀態向高層次發展的過程并非呈簡單的線性增長，而是一系列復雜程度逐次增加的類似螺旋式的過程。“學生在各學段學習同一主題的概念時所遵循的連貫的、典型的學習路徑的描述”稱為學習進階。學生思維進階發展的規律提示我們“只有符合學生認知發展、充分調動其生活經驗的課程才可能構建對核心概念的深入理解。”這一認識對于教學實踐有著十分重要的指導作用。本文以一線教師的視角，以親身經歷的“大氣的壓強（第1課時）”的教學為例，探討教學中如何圍繞力學“平衡與非平衡”的解決，促進學生在概念建構中實現思維的進階發展。

一、問題與分析

1.課堂上的困境

在初中《科學》教科書（浙教版2013年版）中，“大氣的壓強”一節的內容分為“大氣壓強的存在及大小”“生活中的大氣壓強”和“氣壓與沸點、流速的關系”三部分。筆者以前多次執教本課題及曾連續觀察多位教師執教本課題基本上都是利用“覆杯實驗”來說明大氣壓強的存在，也都會出現如我這樣的現象：在做覆杯實驗時，我將紙片蓋在杯子口，然后倒過來，紙片由于重力掉下。然后在杯中裝滿水，將紙片蓋在杯子上，然后倒過來。學生們驚奇的發現，紙片居然沒有掉下來。我順勢提問——這是由于什么原因呢？有的學生思維很快，說：“紙片被水吸住了！”這個答案令我很意外。然后就會在黑板上進行受力分析，說明紙片不掉下來的原因是由于大氣壓的作用等。學生雖然表面上同意，但學生心里還是不這樣認為，教學變成了教師的自說自話。凡按照上述思路進行本課教學的大多會陷入類似的困境。

2.學生的認知起點

學生在學習這節內容前，已經學了第一節大氣層，知道了我們生活在大氣之中，時時刻刻被大氣包圍著，它們自始至終都在擠壓著你。學生根據原有固體和液體壓強知識，可以很容易的知道有大氣壓強，但問題是為什么我們感覺不到大氣壓著我們，沒有體驗呀！在學生現有的前科學知識中，對物體的觀察和研究還停留在有形的、能觸摸的物體層面上，看不見、摸不著的空氣對學生來說確實難以理解。

3.學科邏輯順序與學生心理順序的矛盾

受線性思維和還原思維的影響，為體現嚴謹的學科邏輯體系、清晰而有序地呈現知識的需要，在理科教材中，各單元的知識基本上依據學科本身的系統和內在聯系，沿著線性的路徑編排。這常常會與剛開始入門學習的初中生的心理順序產生矛盾。學生對自然界及其背后蘊藏的科學知識的認知，常常是從真實世界的問題開始的，如為什么會有大氣壓，為什么這么大的大氣壓而我們感覺不到等。這種認知順序與人類早期對自然的認識有著驚人的相似性。人類為了解釋這些現象，開始尋找因果關系，并在此過程中建立科學概念體系，即學科專家建立科學邏輯體系也是始于現象和問題的。但是在教材和教學序列的過程中，為了體現主題性的知識整合，大氣壓強并沒有與固、液體壓強在同一主題上，而把其整合在天氣與氣候這部分內容里，忽略了孩子們的認知需求和發展路徑把專家們取得的各種結論加以濃縮提煉讓學生從系列的定義開始學習。

二、教學改進的思路與定位

在本課的教學設計中需要根據學習者的身心發展規律以及他們的興趣、愛好、需要、經驗背景等來安排學習內容努力溝通學科邏輯順序與學生心理順序，圍繞平衡與非平衡問題的解決展開教學。

在本課的設計中我們直接從如何打破平衡這個真實的問題入手來組織教學，使科學知識服務于解決實際問題。這不僅基于對前述矛盾的分析，而且將知識隱含在解決真實問題的過程中十分有利于學生將新知與已有經驗相連接。當知識為問題解決服務時，它是活的，這些都會促使學生積極主動地投人學習。而且對以后九年級，解答一些氣體在裝置中流動的形成原因非常有利。

三、“大氣的壓強（第一課時）”的學習進程

1.前置任務

在本單元第二節的學習結束后，“大氣的壓強（第一課時）”教學開始前，我布置了一些前置任務（即“相似方法聯想型先學”）。

2.課堂教學過程

（1）現象引發思考

課堂教學從討論課前任務開始。繼短暫的小組交流后，進入班級討論。通過從液體壓強，然后延伸到氣體，找4個問題的共同點和不同點，在討論中達成共識。教師讓學生說說最想問的問題。

（2）暴露真實問題

教師順水推舟讓學生解釋“覆杯實驗”紙片為什么不會掉下來？拓展提問：怎么樣讓紙片掉下來？學生一下就會順著前面的問題想出辦法。

（3）模擬實驗見證

利用實驗室里的器材，讓學生體驗“馬德堡半球實驗”。讓學生解釋為什么要抽氣？學生一下就想到改變一邊的氣壓，破壞原有的平衡狀態。

（4）拓展與回歸

在“大氣的壓強”一節的教學中，除了做一些演示實驗之外，我們還應引導學生到生活中去找原型，說出證明大氣壓存在的有關生活事例。學生們經過回憶可以列舉出大量事例，這些事例能夠配合課堂上的演示實驗，讓學生通過切身實際感受和分析大氣壓的存在，學生學習起來感到親切，對知識掌握得更牢固。

四、對幾項操作性策略的反思

1.知識遷移，對比學習，更顯探究實質

在本案例中，作者巧妙地采用了對比方法，“空氣，也像液體那樣受到重力作用，而且能流動”，從而順利完成了知識能力的遷移，但同時又提醒學生，切記不能不經過分析論證隨意遷移，過渡自然貼切。

2.任務前置，給問題解決提供思維工具

面對真實問題，知識的斷層和思維方法的欠缺使問題解決變得困難重重。因此，需要讓學生具備一些準備性的知識和思維工具。精心設計的前置任務引導學生在課前激活經驗，先行思考；并且“有備而來”的學生有了與教師“平起平坐”的底氣，他們將在課堂上自己推理和判斷，甚至指出教師的“錯誤”。因此，課堂成為思維的“盛宴”。