構建學習進階：初中科學概念性知識教學策略

王紅燕

摘 ?要 學生的學習過程是從簡單到復雜、連續的推理認知發展過程。概念是科學教育的基礎，學習進階是學生在學習某一核心概念的過程中所遵循的一系列逐漸復雜的思維路徑。就“力臂”這一核心概念的學習進階構建，從學生認知發展、思維發展的角度對其進行闡述。

關鍵詞 力臂;學習進階;核心概念;杠桿;滑輪;實驗;教學設計

中圖分類號：G633.7 ? ?文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）13-0086-04

1 引言

學習進階（learning progressions，簡稱LPs）也稱學習進程，是當前美國教育研究的熱點問題。劉晟、劉恩山的研究指出：學習進階是對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，一般呈現為圍繞核心概念展開的一系列由簡單到復雜、相互關聯的概念序列[1]。初中科學教學以概念為基礎，并在此基礎上促進學生的認知發展。核心概念的建構直接影響到學生對于科學知識的認知程度，甚至影響整塊知識的系統梳理和后續學習能力。

筆者觀察了許多科學課堂，發現在概念教學中存在一些明顯的不恰當之處。如在課堂教學過程中，教師不是通過實例和情境的創設去揭示概念的關鍵特征，而只是簡單地將概念描述給學生，重結論的傳授而忽視結論得出過程中的建構性和概括化，對于一些抽象的概念，學生更是無法理解;在概念教學中過分重視定義描述，導致學生死記硬背，混淆對概念關鍵屬性的理解;教師忽視實驗或呈現的感性材料不恰當，導致學生無法辨別出概念的本質特征，阻礙學生的學習等。

學生對知識的認識和學習過程是從簡單到復雜、從淺層到深度的連續的理解推理建構的認知發展過程，而學習進階能有效地促進認知構建，有利于學生形成較為完整、系統的概念。不恰當的教學方式恰恰忽視了學生認知概念是有“階”的。那么，在教學過程中該如何幫助學生鋪開認知發展的路徑？如何在學生認知發展過程中搭建他們建構概念過程中用以連續推理認知的踏板，幫助學生建構起概念之間的聯系？筆者以“杠桿和滑輪”這一內容為例，尋找其中的核心概念，并嘗試就這一概念的認識和發展，尋找有效構建它的“階”。

2 逆向教學設計確定核心概念

逆向教學設計的教學思想是首先明確課程目標，然后以此為基礎來安排設計各種教學活動，即“明確學習的結果—確定能證明學生達到預期學習結果的證據—安排相關教學活動”的過程。

學生在學習“杠桿”時，要能描述杠桿的特點，懂得杠桿平衡條件，并能運用杠桿平衡條件分析杠桿的平衡問題，且能識別省力杠桿或費力杠桿。學生如果要達到這樣的目標，首先要能夠辨別杠桿的五要素，尤其是尋找“力臂”這一關鍵因素。而學生往往會簡單地把杠桿上的力的作用點到支點的距離確定為力臂，或者死記概念“支點到力的作用線的垂直距離”。概念是書本上寫著的或者教師告知的，學生的頭腦中形成的依然是支點到力的作用點的距離就是力臂的定勢思維。概念的告知只是讓學生獲得力臂表象，因為不理解為什么是這樣，所以在分析題目的過程中往往容易出錯。通過逆向思考，在教學設計過程中明確了“力臂”這一關鍵問題，便可以針對關鍵問題進行具體的活動設計。

在“滑輪”教學中也可以逆向思考。在這一內容中，要求學生能識別動滑輪和定滑輪，描述它們的特點，并能說明滑輪的實質是一個杠桿，認識滑輪的特點。學生最難理解的問題就是：滑輪是杠桿的變形。通常學生認為杠桿大都是線條形的，可是滑輪是圓形的，很難在它們之間建立起聯系。尋找到教學中的這一關鍵問題，并順應這一問題進行活動設計思維引領，進行學習進階的構建，幫助學生形成完整系統的概念。

3 圍繞核心概念構建學習進階

《學習進階視域下的核心概念教學》一書中指出：學習進階是對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。那么關于力臂這一概念，在它所貫穿的學生學習杠桿和滑輪的階段，這一概念深入的落點可以是“直杠桿—彎曲的杠桿—非典型的杠桿（如圓柱滾上臺階）—滑輪”這一進階過程，也可以是“直杠桿—滑輪”。學習進階的路徑不是唯一的。皮亞杰認為：“知識是個體與環境交互作用中逐漸建構的結果，學習不只是對某種特定刺激做出反應，而是頭腦中認識的重建。”教師只有在安排教學活動時為學生提供更多探究發現的機會，學生才能透過書本發現更深層次的含義，得到有意義的推論，進而實現持久性理解。

階一：直杠桿 ?要建構起力臂這個概念，學生首先更容易理解和接受的是顯而易見的“直杠桿”，從直杠桿出發，幫助學生建構力臂的概念，是學習整個內容的關鍵?？梢酝ㄟ^學習情境的設計，在活動中發現概念的本質，幫助學生自主建構。

步驟1：在杠桿的一端固定位置（如距支點20 cm處）掛上三個鉤碼，在杠桿的另一端用彈簧測力計在10 cm處豎直向下拉，直到杠桿在水平位置平衡，讀出此時彈簧測力計的讀數，如圖1-a所示。

步驟2：A端鉤碼數和位置不變，將彈簧測力計作用點向外移動，拉力方向依舊豎直向下，讀出此時讀數，如圖1-b所示。

【思考與討論】彈簧測力計示數怎么樣改變？對此你有什么思考？當阻力位置方向不變時，動力的大小可能與什么有關？

學生會發現，力的作用點外移后，力也會變小，力的大小與力的作用點到支點的距離有關。

步驟3：彈簧測力計拉力的作用點不變，改變拉力方向，如圖1-c、圖1-d所示，觀察彈簧測力計示數變化。

【思考與討論】你發現了什么？對此你又有什么思考？

學生會發現，當力的作用點不變，而力的方向發生改變時，力的大小也會發生改變：當往內拉和往外拉時，力都比豎直拉時要大，力的大小好像不僅僅與力的作用點到支點的距離有關，還可能與力的方向有關。

【思考與討論】步驟3中兩次動力的方向雖然不同，但當拉力方向適當改變時，力的大小卻可能相同。以上實驗說明動力的大小與力的方向和力的作用點似乎都有關又似乎都無關，但這兩個因素都影響著力的大小，這其中到底是什么奧秘？到底是什么影響著力的大小？動力的大小到底與什么因素有關呢？

接著，可以引導學生進行作圖分析，進而建立“力臂”這一概念。

科學概念是有層次的，學習進階的始端就是認知的起點。按照以上的活動步驟，引導學生逐步分析思考，突破原有的概念，幫助學生順應新問題，引發新思考。學生邁過這個“階”，意味著他的認知發生了變化。讓學生在較短的時間里實現學習認知起點到終點的演進，這是最適合學生學習進階發展的有效路徑。

階二：從杠桿到滑輪 ?建構主義學習觀認為，學習者只有思考了教學內容并建構了自己的理解，學習才算是真正實現了。因此，教學就應該注重讓學生在思考如何完成任務的過程中建構自己的理解。如“滑輪是變形的杠桿”這一概念的建立，對于學生來說是很困難的，很難在兩者之間建立聯系。以下學習任務設計可以有效幫助學生突破原有概念，實現概念的同化。

任務1：如圖2所示，模擬古代勞動人民利用杠桿提升重物，用一根1.5 m長的杠桿，將重物分別提升到一定的高度，如0.5 m、1 m、2 m……發現提升重物的高度是有限的，該怎么辦呢？

如圖3-a所示，學生在完成任務過程中會發現，將重物掛在一端，另一端下壓來抬升重物，若支點位置不變，高度越高時，由于動力一端可以壓低的距離有限（壓到地面無法再下壓），重物也很難再上升。只有架高支點，才能完成任務。

任務2：再添加一根杠桿，形成一個“十”字，如圖3-b所示，繼續重復操作，請談一談使用后的感受。

學生發現提升重物的高度有所增加，但是操作過程不流暢。教師適時引導該如何繼續改進，學生提出再添加杠桿。如果按剛才的方式添加無數根杠桿，會形成什么形狀的物體？（圓盤。）如圖3-c所示，推出定滑輪的實質就是一個等臂杠桿，動力臂、助力臂就是滑輪的半徑，從而在杠桿和滑輪之間建立起聯系，實現知識的遷移及概念的同化。

任務3：教師再次引導學生，逆向思維拆解動滑輪，如圖4所示，最終發現動滑輪的實質為動力臂是阻力臂一半的省力杠桿。

階三：滑輪即杠桿 ?從學習效果來看，通過情境創設、任務布置等活動，已經為學生的思維開拓了一條前進的道路，有利于幫助學生理清概念及相互間的聯系，從而解決關鍵問題。但從概念的建構到真正地深入理解，教師還可以提供幫助，可以為學生的學習提供有效的新材料，搭建有效支架，進一步幫助學生深入持久地理解概念。

在以上學習了“力臂”和“滑輪是變形的杠桿”這兩個關鍵概念之后，可以分別借助自制的實驗材料來進一步明晰概念。山東省淄博市的李紹森老師很早之前就設計了如圖5所示可拆的滑輪模型，可以更好地幫助學生理解。圖5中，側面所示的是用泡沫或者木板等材料做成的中間有槽的圓盤，正面看到的是圓盤分成的三部分：中間切下一根直桿，上下保留，上下半圓和中間直桿兩端各做成類似榫卯結構，以便安裝和拆卸。然后進行圖6所示定滑輪與動滑輪的實驗，先呈現完整的滑輪，然后拆去上下圓盤即可。

這樣的新實驗材料的呈現，不僅幫助學生明晰了滑輪是變形的杠桿，而且通過動滑輪和定滑輪的演示，學生也能直觀地分析出定滑輪是等臂杠桿，動滑輪是動力臂是阻力臂兩倍的省力杠桿，為后續的學習做了很好的鋪墊。

4 結語

只有找到學生每一次進步的階梯，才能幫助學生發展和完善原有的認知結構，順利構建有意義的認知。當然，當學生對新概念有一個初步認識后，還需要一個消化吸收的過程。教師可以為學生再一次搭建階梯，比如設置難度更大的、思維深度更進一步的思考題，引導他們通過歸納總結提煉出概念的本質特征。布魯納曾說過：“習得的知識，如果沒有完整的結構把它們整合在一起，那多半會是一種即將被遺忘的知識?！睂τ诤诵母拍畹牧暤茫處熆梢跃慕M織活動，搭建學習的“階”，幫助學生建構。教師不能對學生的已有認知進行全盤否定，要在他們已有知識的基礎上，慢慢引導、循序漸進地扭轉科學前概念給他們帶來的誤區。教師應嘗試采用情境創設、任務驅動等策略優化教學設計，更多地關注學習進階，包括如何組織學生思考，如何組織學生互相協作，從而共同完成活動等，為學生搭建學習橋梁。因此，教師要分析核心概念的關鍵特征及核心概念的教學目標，從而選擇或確定核心概念學習進階教學設計策略，教學過程圍繞核心活動展開，在活動中推進核心概念的構建。但不論如何搭“階”，目的都是促進有效的認知構建，幫助學生形成更完整、系統的概念。

參考文獻

[1]劉晟，劉恩山.學習進階：關注學生認知發展和生活經驗[J].教育學報，2012，8（2）：81-87.

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[4]郭玉英，姚建欣，張靜.整合與發展：科學課程中概念體系的建構及其學習進階[J].課程·教材·教法，2013（2）：44-49.