學習進階理論下的初中壓強概念教學

張興梅

[摘? ?要]概念教學是物理教學的基礎，學習進階理論下的概念教學，強調讓學生的學習經歷經驗、映射、關聯、系統、整合五個層級。在壓強概念教學中，根據學習進階理論分析學情，并設計出相應的五個層級教學，尤其強調學生的前認知與自主建構的作用，可以讓學生對壓強概念的理解更為深刻，同時還能培養學生的物理學習品質。

[關鍵詞]學習進階理論;壓強;概念教學

[中圖分類號]? ? G633.7? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2019）02-0046-02

美國國家研究理事會（NRC）對學習進階的定義是：學習進階就是對學生連貫且逐漸深入的思維方式的描述。之所以采用進階的概念，是因為研究者發現，學生在學習的過程中，思維方式總表現出依次進階的特征。由于物理教學中，概念是重要的基礎，因此在學習進階理論被引入之后，概念學習進階就受到了物理教學研究者的高度重視。顧名思義，概念學習進階，就是研究學生在概念學習中表現出來的思維進階特征，并尋找最恰當的教學方法。本文以初中物理“壓強”概念的教學為例，闡述筆者的理解。

一、基于學習進階理論及學情的壓強概念分析

壓強概念是初中物理力學部分的核心概念。學習進階理論中有兩個重要認識：一是學習進階的起點是學生的前認知，這意味著教師在設計教案時需要分析的學情，就是學生的前認知;二是概念學習進階通常分為經驗、映射、關聯、系統、整合等五個層次。結合這兩點認識，筆者認為可以從五個層次分析學生的前認知。

一看經驗。眾所周知，壓強在初中階段被表述為“描述壓力作用效果的物理量”，這是對壓強概念的基本界定。那么學生有哪些相關的經驗呢？其一，學生在生活中積累了力和壓力的經驗，加上壓力概念的教學，學生知道垂直作用在物體上的力可以使物體發生形變;其二，學生知道物體的形變大小可以反映力（包括壓力）的作用效果，且能想象出形變大小與壓力大小的關系;其三，學生在表述壓力作用效果的時候有可能出現語言使用上的困難，比如形變常用“大、小”來形容，而力的作用效果用“明顯、不明顯”來形容。經驗表明，這種語言選擇與運用的困難，會對學生的物理學習造成障礙。

二看映射。映射是指學生在受到信息刺激之后，將形成的認識投射到自己的經驗之上，實際上就是新信息刺激前認知的過程。比如說教師在上課開始時提出問題：“力是有作用效果的，壓力是力的一種，也是有作用效果的，那么壓力的作用效果與哪些因素有關呢？”學生在受到這一信息刺激之后，就會將這一表述映射到自己的經驗系統中的壓力作用圖景上，比如說當學生舉出手指壓在臉頰上的例子，并以此說明壓力作用效果與壓力大小有關時，就是一個映射過程。

三看關聯。其實映射與關聯密切相關，只不過前者接近經驗，而后者則更多地需要用物理語言描述映射結果，從而在物理概念認知上能夠將新認識植根于原有認識的基礎之上。壓強概念教學中，學生根據壓力的概念、壓力作用效果的物理圖景、壓力作用效果的描述等，將這些具有一定聯系的內容關聯在一起建構壓強概念，是這一教學環節的關鍵。

四看系統。物理概念的形成不可能是孤立的，從知識體系上說，壓強定義與壓力、力、受力面積相關，壓強單位與牛頓、平方米相關，壓強定義方式、單位的推導得出以及壓強的物理意義與前面的速度、密度等知識相關（這是方法上的相關性）。當學生能夠從這些角度對壓強概念做出理解時，則系統這個層次就比較完善了。

五看整合。整合是在系統認知的基礎上進一步刪繁就簡、去粗取精的過程。新的物理概念的學習，必然用到大量的前概念，這些前概念有的是促進概念學習正遷移的，有的是產生負遷移的，在整合的環節需要進行精細化處理。如壓強概念的構建過程中，運用控制變量法進行實驗是一個重要環節，而這個實驗中部分學生形成的壓力作用對象的軟硬會影響壓強大小的認識，就需要厘清——被壓對象的軟硬不影響壓力作用效果，壓強大小只與壓力大小和受力面積有關。實驗中用同一個易形變的物體來顯示更便于比較壓力的作用效果，那是為了實驗現象明顯而非意味著壓強大小與被壓對象的軟硬有關。

顯然，上述五個層次較好地描述了學生在包括壓強在內的物理概念學習中的階梯性特征，因而物理概念的學習確實是一個進階的過程。明白了這個過程，物理概念的教學就有了一個清晰的思路。

二、基于學習進階理論的壓強概念的教學設計

基于上述分析，對照概念學習進階的五個層級，同時結合學生在概念學習中的思維發展，筆者對壓強概念的教學進行了這樣的三個步驟的設計：

第一步，基于生活經驗建構物理圖景，建構壓力概念。

壓強概念的建立以壓力概念為基礎，傳統教學中通常是給出若干種壓力實例，讓學生作出壓力示意圖，然后總結壓力特點（垂直作用在物體表面上），然后給出壓力定義。筆者以為這樣的設計不盡合理，尤其是讓學生作壓力示意圖的過程過于突兀，學生難以尋找到經驗支撐。而概念學習進階的第一層級就是“經驗”，學生生活中有大量的壓力經驗，不應該棄之不用。因此筆者的設計是：首先，根據生活中形成的壓力概念，尋找具有壓力的場景;其次，用示意圖表示你理解的壓力;再次，分析、歸納壓力特點，得出壓力定義。其中的關鍵是第一步，因為這樣的設計，可以讓學生首先有一個從經驗系統中尋找壓力實例的過程，而這個實例必然又與下面要研究的壓力作用效果有關，因此這一環節實際上起到了學生的經驗基礎與探究間的橋梁作用，可以為后面“壓力作用效果”映射到實例上奠定基礎。

第二步，自主設計實驗，探究壓力作用效果與哪些因素有關。

實驗的設計不要急于追求正確的步驟，更不能忽視前面的基礎性工作而讓學生直接操作（或觀看操作），而應當讓學生先在大腦中構思實驗。從概念學習進階的角度來看，構思實驗的過程，應當對應著其中的關聯與系統層級，而教學經驗也告訴我們，實驗設計成功之后，學生大腦中便會有一個完整的、系統的實驗想象表象——真正的實驗過程就是想象表象轉換為實際操作的過程;當然，反過來理解就是，如果學生的想象表象不清晰，那就意味著對這些學生而言，還沒有達到關聯與系統層級。筆者在教學中重點引導學生關注三個問題：一是如何控制壓力大小相同而受力面積不同;二是如何控制受力面積相同而壓力大小不同;三是如何體現壓力作用效果。這三個問題須由學生自主解決，教師的任務是幫助學生將零散的思路關聯起來并系統化。筆者常用的方法是跟學生一起想象實驗過程，。

第三步，借助邏輯推理，自主建構壓力概念。

這一步主要是幫助學生回顧速度、密度的定義模式、單位推導模式、物理意義的表述模式等。由于有了前面的實驗構思與操作為基礎，學生的認識已經形成，因此到了這里的整合，就沒有太大的挑戰了，不再贅述。

三、基于學習進階理論的壓強概念的教學反思

在上述三步設計中，概念學習進階的五個層級得到了體現，學生經歷的是一個進階式的物理概念建構過程。實踐表明，這樣的過程，保證了學生對壓強概念的認識是全面的、完整的、牢固的。

這讓筆者陷入了深深的反思：日常教學中，概念的教學其實并不是總能得到重視，因為試卷上通常沒有對概念的直接考查;但概念掌握不牢固又會讓學生在解題中被掣肘。于是概念教學就游走在重視與不重視之間，這顯然背離了物理教學的初衷。而概念學習進階理論的運用表明，基于學生的前認知，讓學生經歷概念進階的五個層級，不僅可以讓物理概念植根于學生的原認知，還可以讓學生在五個層級進階的過程中形成良好的物理學習品質。

因此，學習進階理論對初中物理教學來說，有著極強的理論指導與引領作用，再加上其理解起來并不復雜，故而筆者認為應當成為更多物理教師的選擇。

（責任編輯 易志毅）