基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的教學(xué)設(shè)計(jì)
——以《流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系》為例

謝 芳

（西南大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 重慶 400700）

1 學(xué)習(xí)進(jìn)階理論

2004年“學(xué)習(xí)進(jìn)階”第一次在科學(xué)教育領(lǐng)域被正式提出，最初主要被用于測(cè)評(píng)設(shè)計(jì)。但是“學(xué)習(xí)進(jìn)階”很快被發(fā)現(xiàn)對(duì)學(xué)生認(rèn)知和指導(dǎo)教學(xué)具有非常重要的意義，并得到了重視。國(guó)外研究者認(rèn)為，以整合概念體系為核心、圍繞少數(shù)概念進(jìn)行深入探究的進(jìn)階學(xué)習(xí)，能夠有效改變“廣而淺”的科學(xué)學(xué)習(xí)現(xiàn)狀，最終實(shí)現(xiàn)科學(xué)素養(yǎng)的發(fā)展。目前，學(xué)者們對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)階的定義未達(dá)成一致。學(xué)習(xí)進(jìn)階這一概念被應(yīng)用于多種情境中，被用來(lái)描述不同的事物，有時(shí)是概念，有時(shí)是學(xué)生的表現(xiàn)。Roseman認(rèn)為學(xué)習(xí)進(jìn)階是一種由小學(xué)延續(xù)到高中的、符合學(xué)生發(fā)展規(guī)律的、有邏輯的“概念序列”。美國(guó)國(guó)家研究理事會(huì)將學(xué)習(xí)進(jìn)階定義為:“學(xué)習(xí)進(jìn)階是對(duì)學(xué)生連貫上逐漸深入的思維方式的假定描述，在一個(gè)適當(dāng)?shù)臅r(shí)間跨度下，學(xué)生學(xué)習(xí)在探究某一重要的知識(shí)或者實(shí)踐領(lǐng)域時(shí)，其思維方式逐漸進(jìn)階。”學(xué)習(xí)進(jìn)階理念認(rèn)為，學(xué)習(xí)是一個(gè)逐漸累積、不斷演進(jìn)的過(guò)程，學(xué)生對(duì)某一內(nèi)容主題的理解存在多個(gè)不同的中間水平。在學(xué)習(xí)某個(gè)內(nèi)容主題相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間段中，學(xué)生對(duì)該內(nèi)容的理解和思考將日趨成熟、不斷深入。通俗來(lái)講，學(xué)習(xí)進(jìn)階理論就是在學(xué)習(xí)的起點(diǎn)和終點(diǎn)之間設(shè)置不同的小目標(biāo)，這個(gè)小目標(biāo)就稱為“階”，因此構(gòu)建學(xué)習(xí)進(jìn)階的框架就必須先確定進(jìn)階起點(diǎn)和預(yù)設(shè)目標(biāo)。

2 進(jìn)階分析

2.1 進(jìn)階起點(diǎn)分析

本節(jié)教材選自人教版八年級(jí)下冊(cè)《物理》第九章《壓強(qiáng)》的第4節(jié)，是對(duì)前面學(xué)習(xí)的液體壓強(qiáng)和氣體壓強(qiáng)特點(diǎn)的拓展，對(duì)學(xué)生知識(shí)能力的一次總結(jié)，對(duì)學(xué)生觀察現(xiàn)象、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、收集證據(jù)進(jìn)行合理解釋等科學(xué)能力的一次很好的檢閱和培養(yǎng)。

該階段的學(xué)生在物理知識(shí)方面已有了一定的科學(xué)常識(shí)和認(rèn)知基礎(chǔ)，對(duì)于速度，重力等概念有了一定的認(rèn)識(shí)，加之剛剛學(xué)習(xí)過(guò)大氣壓強(qiáng)和液體壓強(qiáng)，對(duì)流體的壓強(qiáng)非常了解。該階段的學(xué)生已經(jīng)有了一定的事實(shí)經(jīng)驗(yàn)：室外吹風(fēng)而窗簾向外飄；可以懸浮在空中的乒乓球等。該階段的學(xué)生思維仍屬于經(jīng)驗(yàn)型，抽象的邏輯思維能力較弱，但對(duì)新奇的事物具有強(qiáng)烈的好奇心和求知欲。

2.2 預(yù)設(shè)目標(biāo)分析

理解流體與流速的概念，學(xué)會(huì)從物理學(xué)視角形成關(guān)于物質(zhì)的基本認(rèn)識(shí)。并掌握在流體中，流速大的位置壓強(qiáng)小，流速小的位置壓強(qiáng)大的物理規(guī)律。

通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象出現(xiàn)的原因，逐步推理并且歸納得到流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。

通過(guò)觀察生活中的現(xiàn)象，讓學(xué)生在老師的引導(dǎo)下發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出合理猜測(cè)與假設(shè)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究意識(shí)。

通過(guò)科學(xué)探究，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中，能基于證據(jù) 和邏輯發(fā)表自己的見解，實(shí)事求是，不迷信權(quán)威。應(yīng)用流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系，學(xué)會(huì)解釋生活中的一些現(xiàn)象和問(wèn)題，使進(jìn)一步認(rèn)識(shí)物理來(lái)源于生活又服務(wù)于生活，逐漸形成對(duì)科學(xué)和技術(shù)應(yīng)有的正確態(tài)度以及責(zé)任感。

3 教學(xué)實(shí)踐過(guò)程

3.1 創(chuàng)設(shè)情境，引入新課

教師活動(dòng)：用吹風(fēng)吹動(dòng)氣球彩環(huán)，并提出問(wèn)題“氣球彩環(huán)為什么可以轉(zhuǎn)起來(lái)”。（如圖1）

圖1

學(xué)生活動(dòng)：觀察并思考。

設(shè)計(jì)意圖：從學(xué)生已有的知識(shí)與認(rèn)知結(jié)構(gòu)入手，引入一個(gè)能引起學(xué)生認(rèn)知沖突的問(wèn)題情景，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

3.2 觀察發(fā)現(xiàn)，提出猜想

教師活動(dòng)：

（1）透明塑料管里有一個(gè)黃色乒乓球（如圖2），請(qǐng)學(xué)生回答怎樣可以在不碰到乒乓球的情況下將乒乓球取出來(lái)？并提出疑問(wèn)用吹風(fēng)在垂直與管口的方向吹能不能將乒球吹出來(lái)？老師垂直與管口的方向吹，請(qǐng)同學(xué)觀察乒乓球的運(yùn)動(dòng)情況。

圖2

（2）在觀察到乒乓球被吹風(fēng)“吸”過(guò)來(lái)以后，引導(dǎo)學(xué)生分析為什么乒乓球沒(méi)有被風(fēng)吹走，反而好像被吹風(fēng)“吸”過(guò)來(lái)了。并帶領(lǐng)學(xué)生一起提出猜想“在氣體中，流速大的位置壓強(qiáng)小，流速小的位置壓強(qiáng)大”。

學(xué)生活動(dòng)：回答問(wèn)題，思考乒乓球的可能運(yùn)動(dòng)情況，觀察乒乓球的實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況，并和老師一起分析實(shí)驗(yàn)，提出猜想。

設(shè)計(jì)意圖：聯(lián)想舊知識(shí)，自主思考，提出猜想：此類現(xiàn)象與壓強(qiáng)有關(guān)、與空氣流速有關(guān)，并提出猜想，空氣流速越大，壓強(qiáng)越小。

3.3 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證猜想

【實(shí)驗(yàn)一】

教師活動(dòng)：

（1）兩根兩端開口的透明塑料管內(nèi)各有一個(gè)乒乓球，并讓乒乓球處于同一條豎直線上，在右端，用吹風(fēng)改變空氣流速，請(qǐng)同學(xué)們觀察乒乓球的運(yùn)動(dòng)情況。（如圖3）

圖3

（2）通過(guò)分析乒乓球的運(yùn)動(dòng)情況得到乒乓球右側(cè)的壓強(qiáng)情況。再通過(guò)離吹風(fēng)口的距離分析出乒乓球右側(cè)的空氣流速情況，離吹風(fēng)口越近，空氣流速越大，離吹風(fēng)口越遠(yuǎn)，空氣流速越小。對(duì)比兩個(gè)乒乓球右側(cè)的空氣流速和壓強(qiáng)情況，得出結(jié)論在氣體中，流速大的位置壓強(qiáng)小，流速小的位置壓強(qiáng)反而壓強(qiáng)大。

學(xué)生活動(dòng)：仔細(xì)觀察乒乓球往的運(yùn)動(dòng)情況，逐步推導(dǎo)出氣體流速與壓強(qiáng)的關(guān)系。

設(shè)計(jì)意圖：在推導(dǎo)的過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生邏輯思考的能力。

【實(shí)驗(yàn)二】

教師活動(dòng)：

（1）將乒乓球置于盛有水的透明塑料盆中，用水流控制乒乓球的運(yùn)動(dòng)。請(qǐng)同學(xué)們找出控制乒乓球的運(yùn)動(dòng)方法。

（2）控制乒乓球運(yùn)動(dòng)的方法為“向乒乓球的一側(cè)倒水”。向哪側(cè)倒水，乒乓球就向哪側(cè)運(yùn)動(dòng)，被倒水的一側(cè)，水的流速大而壓強(qiáng)小，從而說(shuō)明液體壓強(qiáng)的規(guī)律。

（3）得出液體壓強(qiáng)的規(guī)律后，因?yàn)闅怏w和液體統(tǒng)稱為流體。得出最后的總結(jié)論：對(duì)流體來(lái)說(shuō)，流速大的位置壓強(qiáng)小，流速小的位置壓強(qiáng)大。

學(xué)生活動(dòng)：仔細(xì)觀察乒乓球的運(yùn)動(dòng)，找出控制乒乓球運(yùn)動(dòng)的方法。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，歸納得到液體壓強(qiáng)的特點(diǎn)，最后總結(jié)得到流體壓強(qiáng)的特點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。

3.4 拓展提高、解釋應(yīng)用

【應(yīng)用一】

教師活動(dòng)：揭秘課前實(shí)驗(yàn)，解釋氣球彩環(huán)為什么可以轉(zhuǎn)起來(lái)。

學(xué)生活動(dòng)：運(yùn)用新的知識(shí)解釋現(xiàn)象。

設(shè)計(jì)意圖：起到首尾呼應(yīng)的作用，加深學(xué)生對(duì)本堂課知識(shí)的理解。

【應(yīng)用二】

教師活動(dòng)：為了進(jìn)一步掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容，帶領(lǐng)同學(xué)們分析土撥鼠空調(diào)洞穴的結(jié)構(gòu)，并解釋土撥鼠的洞穴之所以涼快的原因。土撥鼠的洞穴有兩個(gè)出口，一個(gè)比較平坦，另一個(gè)則是隆起的土堆，風(fēng)吹過(guò)平坦洞口的流速小，壓強(qiáng)大，通過(guò)凸起洞口的流速大而壓強(qiáng)小。兩個(gè)洞口就因此產(chǎn)生了壓強(qiáng)差，洞內(nèi)的空氣從壓強(qiáng)大的一方流向壓強(qiáng)小的一方，就給給洞內(nèi)帶來(lái)陣陣涼風(fēng)。

學(xué)生活動(dòng)：思考并嘗試解釋

設(shè)計(jì)意圖：調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，復(fù)習(xí)所學(xué)規(guī)律，學(xué)以致用，探索自然奧秘。

3.5 趣味升華

教師活動(dòng)：為了進(jìn)一步掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容，讓同學(xué)們觀看鯨魚噴水的視頻，并請(qǐng)同學(xué)們課后再思考，為什么鯨魚會(huì)吐出水柱？

學(xué)生活動(dòng)：思考并嘗試解釋鯨魚會(huì)噴水柱的原因。

設(shè)計(jì)意圖：引起學(xué)生的好奇心，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，復(fù)習(xí)所學(xué)規(guī)律，學(xué)以致用，探索自然奧秘。

4 結(jié)束語(yǔ)

將學(xué)習(xí)進(jìn)階的理論用到課堂教學(xué)中，需要確定好學(xué)習(xí)進(jìn)階的起點(diǎn)和預(yù)設(shè)的目標(biāo)。物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)責(zé)任與態(tài)度的形成是物理學(xué)習(xí)過(guò)程中的一個(gè)“大階”，在實(shí)際的教學(xué)過(guò)程中，我們需要將“大階”細(xì)分為很多“小階”，就像爬樓梯一樣，一步一步幫助學(xué)生完成物理學(xué)習(xí)目標(biāo)，讓學(xué)生具有物理學(xué)科核心素養(yǎng)。