基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的課堂教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

杜靜 彭小月

摘 要：本文基于學(xué)習(xí)進(jìn)階理論，通過(guò)分析進(jìn)階起點(diǎn)、終點(diǎn)和進(jìn)階水平，探討“動(dòng)能和勢(shì)能”一節(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì)，并以學(xué)習(xí)進(jìn)階的關(guān)鍵“階”點(diǎn)為依托，嘗試進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐.

關(guān)鍵詞：學(xué)習(xí)進(jìn)階;教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)踐;動(dòng)能和勢(shì)能

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7???? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B???? 文章編號(hào)：1008-4134（2021）24-0049-04

基金項(xiàng)目：山東省教育教學(xué)研究重點(diǎn)課題“基于初中物理核心概念的學(xué)習(xí)進(jìn)階實(shí)踐研究”（項(xiàng)目編號(hào)：2018JXZ1043）.

作者簡(jiǎn)介：杜靜（1970-），女，山東鄒平人，本科，中小學(xué)正高級(jí)教師，山東省特級(jí)教師，研究方向：初中物理教學(xué)教研;

彭小月（1975-），女，山東鄒平人，本科，中小學(xué)副高級(jí)教師，研究方向：初中物理教學(xué).

學(xué)生認(rèn)知發(fā)展過(guò)程一直是科學(xué)教育界普遍關(guān)心的問(wèn)題.基于知識(shí)碎片理論，教學(xué)論專(zhuān)家認(rèn)為“學(xué)生認(rèn)知思維發(fā)展過(guò)程具有進(jìn)階特點(diǎn)”，并據(jù)此提出“學(xué)習(xí)進(jìn)階”教學(xué)理論.本文結(jié)合初中物理“動(dòng)能和勢(shì)能”一節(jié)，嘗試將學(xué)習(xí)進(jìn)階理論應(yīng)用于教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)踐中.

1 學(xué)習(xí)進(jìn)階的含義

美國(guó)對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究起步最早，其成果體現(xiàn)在《美國(guó)新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》中.《標(biāo)準(zhǔn)》闡述學(xué)習(xí)進(jìn)階，以逐級(jí)遞進(jìn)的方式連貫地表征出學(xué)生K-12 各學(xué)段中應(yīng)達(dá)到的表現(xiàn)水平，使科學(xué)內(nèi)容學(xué)習(xí)隨著年級(jí)升高逐漸擴(kuò)展.多個(gè)教育機(jī)構(gòu)和學(xué)者對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)階進(jìn)行界定，如首次提出學(xué)習(xí)進(jìn)階的史密斯將其定義為：學(xué)習(xí)者在理解某核心概念過(guò)程中所遵循的一系列逐漸復(fù)雜的思維路徑.再如，美國(guó)國(guó)家研究理事會(huì)（NRC）認(rèn)為：學(xué)習(xí)進(jìn)階是對(duì)學(xué)生連貫且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)生在學(xué)習(xí)并探究某一重要知識(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)階實(shí)際上是延續(xù)課程與教學(xué)論對(duì)“應(yīng)為學(xué)生設(shè)定怎樣的學(xué)習(xí)路徑”這一核心問(wèn)題的探索，如布魯納提出螺旋式課程設(shè)計(jì)、維果茨基提出最近發(fā)展區(qū)理論、布朗和坎皮奧內(nèi)提出“發(fā)展階梯”“跨年級(jí)、跨年齡的學(xué)習(xí)路徑”，等等，這些概念的提出都為學(xué)習(xí)進(jìn)階研究奠定理論基礎(chǔ).

2 基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的“動(dòng)能和勢(shì)能”教學(xué)設(shè)計(jì)

本文參考北京師范大學(xué)郭玉英研究團(tuán)隊(duì)提出的“基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的科學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)模型”，結(jié)合我們對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)階內(nèi)容的理解，進(jìn)行“動(dòng)能和勢(shì)能”的教學(xué)設(shè)計(jì)（如圖1所示）.

2.1 進(jìn)階起點(diǎn)分析

進(jìn)階起點(diǎn)是對(duì)開(kāi)始理解某個(gè)概念之前學(xué)生已掌握知識(shí)的描述.

學(xué)生已有的事實(shí)經(jīng)驗(yàn)：如運(yùn)動(dòng)物體具有能量的具體事例，高空下落物體具有能量的具體事例，被壓縮的彈簧等發(fā)生形變的物體具有能量，運(yùn)動(dòng)快的物體能量大的具體事例.當(dāng)然，此時(shí)學(xué)生頭腦中還存在“只有生物具有能量”“靜止于高處的物體沒(méi)有能量”等迷思概念.

學(xué)生已有知識(shí)：人教版初中物理教材八年級(jí)下冊(cè)將“動(dòng)能和勢(shì)能”安排在“功”“功率”之后學(xué)習(xí)，此時(shí)學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)功的定義，知道做功包含兩個(gè)必要因素，會(huì)計(jì)算功的大小，會(huì)比較做功快慢，能計(jì)算功率大小.教材從“是否做功”的角度出發(fā)，依托生活實(shí)際，幫助學(xué)生建立能量的概念，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律.

學(xué)生思維特點(diǎn)：學(xué)生思維傾向于將“能量”“動(dòng)能”“勢(shì)能”與可觀察、可感知的具體實(shí)物或因素相聯(lián)系，如：因?yàn)槲矬w運(yùn)動(dòng)，所以具有能量;因?yàn)槲矬w大，所以能量多;等等.因此，學(xué)生思維還處于“基于日常經(jīng)驗(yàn)中，利用簡(jiǎn)單因果推理認(rèn)知能量”的認(rèn)知水平.

2.2 進(jìn)階終點(diǎn)預(yù)設(shè)

進(jìn)階終點(diǎn)是進(jìn)階結(jié)束后應(yīng)該達(dá)到的目標(biāo)，即最終被期望獲得的知識(shí)或技能.根據(jù)《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》要求，學(xué)生需要達(dá)到“了解能量及其存在的不同形式;描述各種各樣的能量和生產(chǎn)、生活的聯(lián)系;知道動(dòng)能、勢(shì)能和機(jī)械能”的教學(xué)目標(biāo).教材方面，在人教版初中物理教材中，設(shè)計(jì)“探究物體動(dòng)能與哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)，并介紹影響重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能的因素.結(jié)合進(jìn)階路徑，設(shè)定本節(jié)課進(jìn)階終點(diǎn)：能定性描述物體動(dòng)能與物體質(zhì)量、速度的關(guān)系，能定性描述物體重力勢(shì)能與物體質(zhì)量、高度的關(guān)系，知道彈性物體在一定范圍內(nèi)形變?cè)酱螅渚哂械膹椥詣?shì)能越大;學(xué)會(huì)運(yùn)用轉(zhuǎn)換法，將比較鋼球動(dòng)能轉(zhuǎn)換為比較木塊被撞擊移動(dòng)距離的遠(yuǎn)近;學(xué)會(huì)運(yùn)用控制變量法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究.通過(guò)學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容，學(xué)生逐步形成能量觀念;掌握運(yùn)用機(jī)械推理方式認(rèn)知能量的方法，即利用抽象物理概念思考“能量”;逐步學(xué)會(huì)從能量角度分析并研究生活實(shí)際問(wèn)題.

2.3 進(jìn)階水平

功是初中物理力學(xué)核心概念，做功過(guò)程是能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程，且做功多少是能量轉(zhuǎn)化的量度.要提高學(xué)生認(rèn)知水平，應(yīng)當(dāng)從已有“功”的概念出發(fā)認(rèn)知能量，這就需要教師為學(xué)生搭建不同“階”認(rèn)知能量.通過(guò)對(duì)課標(biāo)、教材以及學(xué)情進(jìn)行分析，本文依據(jù)學(xué)習(xí)進(jìn)階理論提前預(yù)設(shè)4個(gè)進(jìn)階水平（見(jiàn)表1）.

3 基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的“動(dòng)能和勢(shì)能”教學(xué)實(shí)踐過(guò)程

3.1 進(jìn)階水平1：重視原有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，感知能量

視頻播放：電影《海嘯》中海嘯產(chǎn)生巨大破壞力的片段.

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)這一令人震撼的畫(huà)面，讓學(xué)生感受到大自然巨大的能量威力，喚醒學(xué)生頭腦中已有事實(shí)經(jīng)驗(yàn)，形成初步能量認(rèn)識(shí)，提高學(xué)生保護(hù)自然、敬畏自然的意識(shí).

學(xué)生實(shí)驗(yàn)：利用小球、彈簧、橡皮筋及身邊物品模擬大自然的各種力量將“房子”（紙盒）毀壞——移動(dòng)、掀翻、變形.

學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后分析實(shí)驗(yàn)中流動(dòng)的空氣、滾動(dòng)的球、壓縮的彈簧、拉長(zhǎng)的橡皮筋、舉高的小球是否對(duì)“房子”做功.

設(shè)計(jì)意圖：利用學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，在鞏固原有知識(shí)“功包含兩個(gè)必要因素”的同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用抽象思維，如果這些物體對(duì)“房子”做功，就說(shuō)明這些物體具有能量，順利引出能量的概念，這是學(xué)生第一次學(xué)習(xí)進(jìn)階實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵.

3.2 進(jìn)階水平2：建立動(dòng)能和勢(shì)能的概念

請(qǐng)學(xué)生分析流動(dòng)的空氣、滾動(dòng)的球、壓縮的彈簧、拉長(zhǎng)的橡皮筋、舉高的小球等物體具有能量的原因，并將能量進(jìn)行分類(lèi).

歸納總結(jié)得出動(dòng)能、重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能的概念.

設(shè)計(jì)意圖：利用分析歸納法將事實(shí)經(jīng)驗(yàn)與科學(xué)術(shù)語(yǔ)之間建立簡(jiǎn)單聯(lián)系，讓學(xué)生明確什么是動(dòng)能、重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能，為更高水平的學(xué)習(xí)鋪好階梯.

3.3 進(jìn)階水平3：探究影響動(dòng)能、重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能的因素

實(shí)驗(yàn)一：探究物體動(dòng)能大小與哪些因素有關(guān).

多媒體播放颶風(fēng)的視頻后提出問(wèn)題：狂風(fēng)能撼動(dòng)大樹(shù)，而微風(fēng)只能搖動(dòng)樹(shù)葉，說(shuō)明動(dòng)能有大有小，動(dòng)能大小與什么因素有關(guān)？

小組討論得出：動(dòng)能大小可能與質(zhì)量、速度有關(guān).

設(shè)計(jì)意圖：利用生活實(shí)例讓學(xué)生意識(shí)到不同物體的動(dòng)能大小可能不同，接著提出問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生思維進(jìn)階發(fā)展.

請(qǐng)學(xué)生利用斜面、鋼球、木塊等器材設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn).在學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師提出四個(gè)思考問(wèn)題：

（1）怎么改變小球到達(dá)水平面的速度？

（2）怎樣使質(zhì)量不等的小球到達(dá)水平面時(shí)的速度相等？

（3）怎樣判斷小球動(dòng)能大小？

（4）如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟？

學(xué)生分組完成實(shí)驗(yàn)探究后，教師請(qǐng)一個(gè)實(shí)驗(yàn)小組展示實(shí)驗(yàn)過(guò)程，一位學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，另一位學(xué)生講解，其他學(xué)生適時(shí)補(bǔ)充，分享實(shí)驗(yàn)結(jié)論.

設(shè)計(jì)意圖：教師通過(guò)問(wèn)題串引導(dǎo)學(xué)生深入思考，與學(xué)生思維構(gòu)建階梯，使學(xué)生能順利設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)方案.通過(guò)讓學(xué)生經(jīng)歷基本科學(xué)探究，學(xué)會(huì)初步科學(xué)探究方法，培養(yǎng)學(xué)生相互合作的能力，實(shí)現(xiàn)由簡(jiǎn)單因果推理向機(jī)械推理的思維進(jìn)階.

交流：實(shí)驗(yàn)操作中發(fā)現(xiàn)的不足之處，并提出改進(jìn)方法.

這時(shí)學(xué)生討論非常積極熱烈，完全把自己當(dāng)成一個(gè)發(fā)明家.

有的說(shuō)，在實(shí)驗(yàn)時(shí)小球的運(yùn)動(dòng)軌跡不是直線，有時(shí)無(wú)法準(zhǔn)確撞擊到木塊.

討論得出改進(jìn)方法：用“帶槽軌道”代替斜面.

有的說(shuō)，實(shí)驗(yàn)中難以把握小球從同一高度滾下的準(zhǔn)確初始位置 .

討論得出改進(jìn)方法：在斜面的一端豎直固定一把刻度尺.

有的說(shuō)，木塊的運(yùn)動(dòng)軌跡不是直線，不容易比較木塊被推動(dòng)的距離.

討論得出改進(jìn)方法：木塊改為圓柱體，并讓圓柱體在直軌道中運(yùn)動(dòng)，且軌道一側(cè)標(biāo)上刻度，直接讀出圓柱體運(yùn)動(dòng)距離.

有的學(xué)生對(duì)“質(zhì)量不同的兩個(gè)小球從同一高度滾下到底端速度相同”會(huì)心生疑慮.

討論得出改進(jìn)方法：在小球運(yùn)動(dòng)的軌道上不同位置放置兩個(gè)光電門(mén)，用計(jì)時(shí)器測(cè)出不同質(zhì)量小球經(jīng)過(guò)相同距離所用時(shí)間，從而獲得并比較小球到斜面底端時(shí)的速度.

教師利用改進(jìn)后的器材進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn).

設(shè)計(jì)意圖：“紙上得來(lái)終覺(jué)淺，覺(jué)知此事要躬行”.學(xué)生從教材或教輔書(shū)上學(xué)到的實(shí)驗(yàn)方案遠(yuǎn)沒(méi)有親身設(shè)計(jì)感受深刻.學(xué)生在操作中發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)器材的不足，然后進(jìn)一步改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生會(huì)有很高的成就感，強(qiáng)烈地激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造思維，實(shí)現(xiàn)“科學(xué)探究”的教學(xué)價(jià)值.

實(shí)驗(yàn)二：探究物體重力勢(shì)能大小與哪些因素有關(guān).

講述《狼牙山五壯士》的故事，然后提出問(wèn)題：你覺(jué)得怎樣才能使石塊更具殺傷力？

學(xué)生思考與交流后得出：重力勢(shì)能可能與高度和質(zhì)量有關(guān).

利用如圖2所示自制實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行演示：同一鉤碼從不同高度落下，比較木塞被撞擊后在玻璃管中移動(dòng)的距離;再讓不同質(zhì)量鉤碼從同一高度落下，比較木塞被撞擊后在玻璃管中移動(dòng)的距離.

設(shè)計(jì)意圖：與動(dòng)能相比，學(xué)生對(duì)重力勢(shì)能的理解有一定難度.因此本環(huán)節(jié)巧妙創(chuàng)設(shè)情境、通過(guò)問(wèn)題啟發(fā)學(xué)生積極開(kāi)展思維活動(dòng)，驅(qū)使學(xué)生有目的地積極探索.通過(guò)此次探究過(guò)程，不僅讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到重力勢(shì)能大小與質(zhì)量和高度有關(guān)，也糾正學(xué)生錯(cuò)誤的認(rèn)知——只有運(yùn)動(dòng)的物體具有能量.實(shí)驗(yàn)中再次利用控制變量法和轉(zhuǎn)換法等科學(xué)研究方法，為學(xué)生下一步自主探究鋪好階梯.

實(shí)驗(yàn)三：探究物體的彈性勢(shì)能大小與哪些因素有關(guān).

讓學(xué)生利用小時(shí)候玩過(guò)的弓箭、彈弓或身邊的彈簧、橡皮筋、尺子、橡皮等自主探究影響彈性勢(shì)能大小的因素.

設(shè)計(jì)意圖：從觀察、分析演示實(shí)驗(yàn)到在教師指導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，再到教師放手讓學(xué)生完全自主探究，逐步實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰λ椒矫娴倪M(jìn)階.

3.4 進(jìn)階水平4：整合與應(yīng)用

（1）分析海嘯具有什么能量，為什么破壞性這么強(qiáng)？

（2）物體具有能量可以對(duì)外做功，但事物總是有正反兩面，有些有益，有些有害.

請(qǐng)通過(guò)討論交流的方式利用今天所學(xué)知識(shí)，為公共安全設(shè)計(jì)一句警示語(yǔ).

（3）探究發(fā)條小車(chē)的原理.

玩一玩：讓小車(chē)動(dòng)起來(lái)，比一比誰(shuí)能讓小車(chē)跑得更遠(yuǎn).

猜一猜：拉動(dòng)車(chē)上的線，小車(chē)具有什么能？

想一想：能量發(fā)生怎樣的變化？小車(chē)還可以進(jìn)行怎樣的改進(jìn)？

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生通過(guò)解決具體問(wèn)題，整合應(yīng)用相關(guān)物理知識(shí)，發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)，鞏固進(jìn)階成果，同時(shí)也為下一節(jié)“機(jī)械能及其轉(zhuǎn)化”的學(xué)習(xí)做好鋪墊.

4 有關(guān)基于學(xué)習(xí)進(jìn)階教學(xué)設(shè)計(jì)的思考

4.1 教學(xué)設(shè)計(jì)要尊重學(xué)生原有認(rèn)知和經(jīng)驗(yàn)

心理學(xué)家?jiàn)W蘇貝爾有句名言：“如果我不得不把全部教育心理學(xué)還原為一條原理的話，我將會(huì)說(shuō)影響學(xué)習(xí)的唯一的最重要的因素是學(xué)生已知的內(nèi)容.弄清這一點(diǎn)后，再進(jìn)行相應(yīng)的教學(xué).”這告訴我們，教師在教學(xué)設(shè)計(jì)之前，要先通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查、訪談、查閱資料等方式了解學(xué)生實(shí)際所處的進(jìn)階水平，從而確定進(jìn)階起點(diǎn).

4.2 教學(xué)設(shè)計(jì)中要構(gòu)建基于學(xué)習(xí)者視角的“階”

俗話說(shuō)，教學(xué)要讓學(xué)生“跳一跳，摘得到”.這就要求教師的教學(xué)設(shè)計(jì)要符合維果茨基“最近發(fā)展區(qū)”理論，在進(jìn)階起點(diǎn)與進(jìn)階終點(diǎn)之間架設(shè)基于學(xué)習(xí)者視角的“階”，這個(gè)“階”代表學(xué)生的不同思考方式，而不是簡(jiǎn)單的是否獲得某個(gè)知識(shí).

4.3 基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的教學(xué)設(shè)計(jì)，有利于學(xué)生物理核心素養(yǎng)的發(fā)展

物理核心素養(yǎng)是學(xué)生在接受物理教育過(guò)程中逐步形成的正確價(jià)值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力.這一素養(yǎng)是學(xué)生在長(zhǎng)期的連續(xù)的學(xué)習(xí)過(guò)程中逐漸形成的，這與學(xué)習(xí)進(jìn)階的含義一致.因此，我們可以應(yīng)用學(xué)習(xí)進(jìn)階規(guī)劃核心素養(yǎng)的發(fā)展，首先將核心素養(yǎng)的形成過(guò)程分成幾個(gè)大的“階”，然后在每一節(jié)物理課中再搭建層層小“階”，尋找適合學(xué)生的最佳學(xué)習(xí)路徑，幫助學(xué)生拾“階”而上，提高學(xué)生的物理核心素養(yǎng).

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（收稿日期：2021-07-18）