“六步”教學(xué)過程模型的應(yīng)用
——以“壓強”概念的教學(xué)為例

● 寇延臣 房永翠

“六步”教學(xué)過程模型的應(yīng)用
——以“壓強”概念的教學(xué)為例

● 寇延臣 房永翠

皮連生教授綜合奧蘇伯爾的有意義言語學(xué)習(xí)理論、加涅的智慧技能學(xué)習(xí)層次論以及J.R.安德森的陳述性知識與程序性知識相互轉(zhuǎn)化的理論，提出了廣義知識教學(xué)過程模型。該教學(xué)過程模型既能指導(dǎo)陳述性知識的教學(xué)，又能解決陳述性知識向程序性知識轉(zhuǎn)化的難題。[1]教師要根據(jù)不同的學(xué)習(xí)類型和階段選擇相應(yīng)的教學(xué)步驟。程序性知識的教學(xué)過程如圖1所示。

圖1 程序性知識教學(xué)一般過程

圖1 的中間一欄描述學(xué)習(xí)的一般過程：注意與預(yù)期、激活原有知識、選擇性知覺、新舊知識相互作用、通過變式練習(xí)知識轉(zhuǎn)化為技能、技能的遷移與運用。右邊對應(yīng)的教學(xué)步驟是影響內(nèi)部學(xué)習(xí)過程的外部條件。左邊的“學(xué)習(xí)階段”將六步學(xué)習(xí)分成三階段。這樣的教學(xué)過程就是“六步三段”教學(xué)過程模型所描述的、適用于程序性知識學(xué)習(xí)的一般課堂教學(xué)過程結(jié)構(gòu)。①我們下面就運用該模型來分析“壓強”教學(xué)過程和方法的設(shè)計。

教學(xué)目標(biāo)：

1.學(xué)生能結(jié)合生活實例，區(qū)分“壓力”與“重力”“彈力”“拉力”等概念；

2.對于給定的情境，學(xué)生能運用壓強公式正確計算壓強的大小，并能說明增大和減小壓強的方法。

任務(wù)分析：

1.按照加涅的學(xué)習(xí)結(jié)果分類，目標(biāo)2屬于定義性概念學(xué)習(xí)。“定義性概念”是通過概念的定義而習(xí)得的概念。壓強的定義是：“物體所受的壓力與受力面積的比”。其學(xué)習(xí)條件是預(yù)先習(xí)得構(gòu)成概念定義的相關(guān)概念。此處是：“壓力”、“受力面積”“比”。其中“比”是學(xué)生的起點知識；“受力面積”是“面積”的下位派生概

寇延臣/濟南歷城區(qū)教學(xué)研究室 房永翠/濟南柳埠一中念，不難學(xué)習(xí)。難點是“壓力”概念的學(xué)習(xí)。

2.壓力是彈力的下位概念，而彈力又是力的下位概念；重力與彈力是并列概念，如圖2所示。前面學(xué)習(xí)中已經(jīng)建立力、彈力和重力的概念，也出現(xiàn)過壓力這個名詞，但是還沒有建立壓力的概念，所以在學(xué)習(xí)壓強之前應(yīng)該先建立壓力的概念。

圖2 “力”的相關(guān)概念的結(jié)構(gòu)

3.受力面積是面積的下位概念，在本課題下就是產(chǎn)生壓力的兩物體之間的接觸面積，只要教師說明，學(xué)生還是很容易辨別的。

起點能力：

1.會用比值定義法建立速度等概念②。

2.知道力的作用效果與力的大小有關(guān)。

3.知道力、重力、彈力、拉力、面積、比的概念和基本單位。

根據(jù)以上任務(wù)分析，設(shè)計如下針對性的教學(xué)：

第一步：引起注意，告知目標(biāo)

呈現(xiàn)大熊、小熊在雪地上行走時留下腳印的圖片，讓學(xué)生觀察腳印的大小，從而引起學(xué)生的注意，進(jìn)一步思考：誰的腳印深或淺些，為什么？從而激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動機，并為下一步的教學(xué)做好鋪墊。

第二步：提示回憶原有知識

復(fù)習(xí)提問力的作用效果、重力、彈力等概念。引導(dǎo)學(xué)生辨別重力與彈力的區(qū)別，為區(qū)別壓力與重力做鋪墊。

第三步：呈現(xiàn)概念的例子，引導(dǎo)學(xué)生辨別

1.壓力的概念：出示一組壓力的例子，用以辨別壓力與重力。通過“交流與討論”，說明壓力和重力是不同性質(zhì)的力，詳見義務(wù)教育教科書《物理》（滬科版2012年）第143頁。幫助學(xué)生理解壓力的概念，為后面學(xué)習(xí)壓強做準(zhǔn)備。

2.受力面積的概念：讓學(xué)生用拇指和食指夾住只削尖一頭的鉛筆兩端，體會兩根手指的感受有什么不同，為什么？學(xué)生自然而然想到疼痛的感覺與“受力面積”的大小有關(guān)，即手與筆接觸的“面積”有關(guān)。另外說明，手指受到的力就是壓力，不同于鉛筆的重力。

3.探究壓力作用效果與壓力和受力面積的關(guān)系。

綜上所述，教師就可以提出，“壓力的作用效果與哪些因素有關(guān)？”學(xué)生自然而然地可以猜想出壓力的作用效果可能與“壓力”和“受力面積”的大小有關(guān)。

為了驗證上述感受與猜想是否正確，通過教師的指導(dǎo)，學(xué)生設(shè)計實驗并分若干組進(jìn)行實驗，用探究式學(xué)習(xí)的方法，呈現(xiàn)壓力作用效果與哪些因素有關(guān)的例子。如下表所示：

?

第一次實驗，將一塊磚平放在海綿狀泡沫塑料上，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)泡沫塑料略下陷；第二次實驗，將兩塊磚疊放在海綿狀泡沫塑料上，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)泡沫塑料下陷較深。通過這兩次實驗所呈現(xiàn)的正例，以及各組交流后普遍一致的結(jié)果，學(xué)生可以得出這樣的結(jié)論：當(dāng)受力面積相同時，壓力越大，壓力的作用效果越明顯。第三次實驗，將一塊磚豎放在海綿狀泡沫塑料上，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)泡沫塑料的下陷程度與第一次相比較明顯加深，在各組展示后進(jìn)一步得出結(jié)論：當(dāng)壓力相同時，受力面積越小，壓力的作用效果越明顯。

4.補充“受力面”不在水平面的例子：

把氣球粘在垂直的墻壁上，用手掌和手指分別擠壓充滿氣的氣球，觀察壓力作用效果與受力面積的關(guān)系；手指用大小不同的力分別擠壓充滿氣的氣球，觀察壓力作用效果與壓力的關(guān)系，進(jìn)一步闡明上述實驗結(jié)論。

第四步：概括例子與結(jié)論之間的關(guān)系——運用比值定義法建立壓強概念

在得出壓力的作用效果與壓力和受力面積的關(guān)系基礎(chǔ)上，教師進(jìn)一步提示學(xué)生思考：把兩個不同的秤砣置于海綿上，兩者對海綿的壓力和受力面積分別是10N，4×10-4m2和20N，10×10-4m2，當(dāng)我們比較它們的壓力作用效果時，發(fā)現(xiàn)直接比較無法得到符合學(xué)生日常經(jīng)驗的結(jié)論，在實驗現(xiàn)象中反映出，壓力較大的秤砣2使海綿形變的程度反而比壓力較小的秤砣1使海綿形變小，即壓力大的物體產(chǎn)生的作用效果反而小。針對這一困惑和急驟的認(rèn)知沖突，教師可引導(dǎo)學(xué)生分析原因：沒有選取相同的標(biāo)準(zhǔn)。于是解決問題的方法就落腳在對相同標(biāo)準(zhǔn)的選取。教師及時抓住心里契機，點明選擇秤砣壓力的作用面積（即秤砣的底面積）作為共同的標(biāo)準(zhǔn)。這意味著將兩次的“受力面積”變?yōu)橐粯?，然而這并不是要用數(shù)學(xué)中的割補法，而是直接用除法這一數(shù)學(xué)工具，將壓力與受力面積相除，使選擇的標(biāo)準(zhǔn)（受力面積）化為“1平方米”，使用壓力與受力面積的比值就可以有效地進(jìn)行比較了。接下來，教師要引導(dǎo)學(xué)生把比值大小與壓力作用效果作對比，并進(jìn)一步解釋比值的物理意義，壓強概念將由此建立③。

為了反映物體單位面積上所有壓力的作用效果，人們引入了壓強的概念：“在物理學(xué)中，把物體所受的壓力與受力面積的比叫做壓強?！?/p>

第五步：呈現(xiàn)變式練習(xí)材料、提供反饋

通過上面的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)理解壓強的概念，為了使學(xué)生將知識轉(zhuǎn)化為技能，要進(jìn)行變式練習(xí)，根據(jù)學(xué)生的完成情況，提供反饋。

練習(xí)1：將同一個物體放在大桌子上和小桌子上，壓強是否相同？

該練習(xí)是為了讓學(xué)生辨別受力面積與表面積。

練習(xí)2：作出下圖中的壓力示意圖

通過本練習(xí)，學(xué)生能結(jié)合生活實例，區(qū)分“壓力”與“重力”“彈力”“拉力”等概念，達(dá)成教學(xué)目標(biāo)1的同時，在知識的習(xí)得階段后，對壓力的概念進(jìn)一步鞏固和深化。

練習(xí)3：大熊的重力為2000N，每個腳印大約有2×10-3m2，小熊的重力為300N，每個腳印大約有6× 10-3m2，比較一下誰對雪地的壓強更大呢？

通過這一練習(xí)，使學(xué)生學(xué)會運用壓強公式進(jìn)行簡單的計算，達(dá)成教學(xué)目標(biāo)2。另外，也通過比較壓力與受力面積的比值大小，進(jìn)一步理解壓強概念，同時將知識轉(zhuǎn)化為技能。

第六步：智慧技能在新情景中遷移和運用

學(xué)生根據(jù)提供的新情境，進(jìn)行有意識的回憶和提取已習(xí)得的知識，對學(xué)生的認(rèn)知情況進(jìn)行測量和評價。

1.某同學(xué)用以下器材探究了影響壓力作用效果的因素

（1）由A、B兩圖對比可得結(jié)論：_____________。

（2）由B、C兩圖對比可得結(jié)論：_____________。

2.在日常生活和生產(chǎn)中，我們常見到的以下事例中屬于減小壓強的是___________。（填寫序號）

①有“沙漠之舟”稱號的駱駝的體重比馬的體重大不了1倍，卻長有馬蹄子面積3倍的腳掌

②號稱“森林醫(yī)生”的啄木鳥長有細(xì)長而堅硬的尖嘴，便于啄開樹皮

③用螺栓緊固機器零件時，在螺母下墊墊圈

④要把圖釘按進(jìn)較硬的木板，需加更大的力

3.請同學(xué)們思考，當(dāng)人行走時人對地面的壓強比站立時大了，還是小了？

綜上所述，我們是以科學(xué)取向的教學(xué)論為指導(dǎo)，來展開對“壓強”一節(jié)的教學(xué)設(shè)計的。在設(shè)計教學(xué)過程之前，首先依據(jù)教學(xué)目標(biāo)，分析了學(xué)習(xí)結(jié)果的類型，確定“壓強”是定義性概念，相應(yīng)地采用了定義性概念教學(xué)的方法。在分析了學(xué)生的起點能力之后，根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)的心理規(guī)律，運用六步三段教學(xué)模型設(shè)計了整個教學(xué)過程。首先通過問題情景的創(chuàng)設(shè)引起了學(xué)生的注意、告知目標(biāo)，再通過提問幫學(xué)生回憶原有的知識，后又呈現(xiàn)了例子，闡明了新舊知識的聯(lián)系；然后運用比值定義法概括了例子和結(jié)論之間的關(guān)系，建立了“壓強”概念；最后呈現(xiàn)變式練習(xí)、提供反饋，進(jìn)一步將知識轉(zhuǎn)化為技能。

注釋：

①陳述性知識教學(xué)過程模型稍有不同，與本教案無關(guān)，此處從略。

②首都師大邢紅軍教授指出：比值定義法是獲得壓強概念過程中的核心與主線

③節(jié)選自首都師大邢紅軍教授《初中物理高端備課—壓強教學(xué)案例》

[1]皮連生.智育心理學(xué)[M].北京：人民教育出版社，1996：248.

（責(zé)任編輯：劉君玲）