讓學生在有意義學習中構建知識——“液體的壓強”教學設計的思考

姜玉梅 周悅羚 劉小蘭 張錫娟

（揚州大學物理科學與技術學院，江蘇 揚州 225002）

認知同化學習理論是由美國教育學家奧蘇貝爾提出的一種學習理論.在認知同化學習理論中，著重要求學習者在已有知識和新學知識之間建立起一種非任意的，實質性的聯(lián)系，即有意義學習.［1］在利用有意義學習進行教學的研究中，盛群力、何曄認為，有意義學習的教學應當要以理解為先，［2］只有先理解才可繼續(xù)學習；丁向陽、宋善炎在運用意義學習時，著重選擇了生活化、社會化的教學內容；［3］王文智、盛群力主張多媒體講解教學，促進主動學習.［4］與上述文獻不同，筆者認為，教學中應該更加注重各個零散概念間的內在聯(lián)系，教師可以依據(jù)這些內在聯(lián)系，將各個概念串連起來，形成漸進性的教學過程，層層遞進，讓學生一步步掌握課堂內容，最終引導學生完成認知同化，掌握新知識.另外，從學情的角度來看，對于初三年級的學生而言，他們具有自我效能感，喜歡動手實驗，能夠分析、解決一些簡單的問題.對于物理問題，他們也能發(fā)表一些自己的獨立見解.因此，在綜合考慮學生實際情況，及有意義學習理論的基礎上，筆者對“液體的壓強”一節(jié)進行了教學設計.下面將詳細闡述本教學設計的各個環(huán)節(jié).

1 依托認知基礎，引導學生過渡——訓練學生的同化能力

由于有意義學習理論中，奧蘇貝爾強調，“影響學習的最重要的因素是學生已知的內容.弄清了這一點后，進行相應的教學”.［5］所以，對“液體的壓強”的教學設計首先要從學生的已有知識出發(fā)，在此基礎上，注重教學內容安排的漸進性，使所學知識點間具有聯(lián)系.

在學習液體的壓強之前，學生已經學習了固體壓強，了解了壓力、壓強等概念，知道了壓強公式及其單位，學生也已經掌握了力的概念及二力平衡等力學知識.這些都為液體壓強的學習奠定了基礎.因此，教師可以從固體壓強的知識出發(fā)，利用一個小的演示“表演”，在桌上放置一個空瓶子，讓學生回顧固體壓強和固體壓強產生的原因.隨后，教師繼續(xù)“表演”，向瓶中倒水，進而提出新問題：（1）液體是否也存在壓強？（2）如果存在，那么液體的壓強又是由什么原因產生的？這樣，教師通過一個簡單的“表演”，幫助學生復習舊知識，同時引出新問題，激發(fā)學生的探究欲望和學習興趣，自然而然地將學生的注意力引導到液體壓強的問題上.最終，由學生自制儀器，在廢棄的可樂瓶中灌滿水，在底部和側壁上開孔，進行演示、觀察，學生可以清楚地明白，液體對容器底部和側壁都是有壓強作用的，且液體的壓強是由液體的重力及其流動性產生的.

以這樣一個依托于原有的認知基礎而創(chuàng)設的探究任務作為新課引入，完成了讓學生認識到液體壓強的存在，理解液體壓強產生原因的教學目標.既鍛煉了學生的知識同化能力，同時又為之后解決液體內部壓強其他問題做好了鋪墊.這樣的教學引入將使學生的認知自然地從固體壓強過渡到液體壓強，在新、舊知識之間建立起一個非人為的、有意義的聯(lián)系，從而實現(xiàn)真正意義上的認知結構同化，讓學生通過有意義學習進一步構建、完善知識結構.

2 猜想可能因素，設計實驗表格——訓練學生的探究能力

在學生有了液體對容器底部和側壁有壓強的認識之后，教師進一步提問：液體內部是否存在壓強？讓學生通過日常生活經驗，例如潛水時，人在水中，受到水的擠壓，而且潛水越深，擠壓越嚴重等事例，感受到液體內部也有壓強存在.

在有此認識的基礎上，教師引導學生進一步探究液體內部壓強的規(guī)律.教師利用自制實驗教具——一個兩端蒙上橡皮膜的塑料管，讓學生觀察橡皮膜在水中的凹陷程度.學生將明確液體內部各個方向都存在壓強的結論.隨之，教師要求學生依據(jù)該實驗，對可能影響液體內部壓強大小的因素進行猜想，提出假設，并根據(jù)猜想因素設計出實驗表格.同樣地，教師依舊以問題做引導：（1）液體內不同方向均有壓強存在，那么這些不同方向可以大致分為幾種情況？（2）除了方向，還有什么需要限制的因素嗎？經過一系列的問題、討論后，教師引導學生得到幾個因素，并設計出能夠驗證這些猜想因素是否成立的實驗表格，如表1所示.表1中Δh為U型管兩側的高度差.

表1 因素猜想表

隨后，通過壓強計實驗，完成實驗表格，進行驗證（實驗時，橡皮膜在水中深度為3cm）.驗證時，由教師引導學生，采用控制變量法，對表格中的數(shù)據(jù)分別進行橫向分析和縱向分析.對比在同一液體的同一深度處，不同方向上的液體壓強值的情況，以及不同液體的同一深度處，不同方向上的液體壓強值的情況.經過分析論證，進而引導學生得出影響液體內部壓強大小的定性規(guī)律.

在此過程中，液體內部壓強大小的定性規(guī)律的得出，是根據(jù)前面的一系列知識基礎，層層推進、聯(lián)系、探究得到的，是經過意義建構而得的.而這一猜想、實驗的過程，實際上是讓學生經歷了一次科學探究的過程，即 “問題——觀察——假設——驗證——結論”的過程，從而使學生的科學探究能力得到了鍛煉，同時，也讓學生具體了解了一種常用的科學研究方法，即“控制變量法”.這對其今后的科學探究提供了一定的借鑒經驗，構成了學生進一步科學探究的基礎.

3 實驗創(chuàng)設情境，引發(fā)學生思考——訓練學生的分析能力

完成了對液體內部壓強的定性規(guī)律的探究后，教師通過演示實驗（實驗裝置如圖1所示），讓學生分別觀察在空氣中和在液體中的緊貼兩端開口玻璃管下端的薄片，在其被放手后出現(xiàn)的不同情況.引導學生思考在液體中玻璃管下端的薄片為什么不掉落？然后在液體中的玻璃管中慢慢地注入液體，讓學生觀察玻璃管下端的薄片在何時掉落.引導學生分析當管內外液面齊平，玻璃管下端的薄片剛好掉落時薄片的受力情況.

圖1 實驗裝置及受力分析示意圖

在分析圖1（b）中的薄片受力情況時，教師可以讓學生回憶、聯(lián)系之前學過的質量、重力、壓強、力和二力平衡等知識.首先，根據(jù)重力的知識，學生可以較為容易地發(fā)現(xiàn)管內液體受到重力G作用，管內液體處于平衡狀態(tài)，薄片對它有個向上的支持力，這個力等于重力.當然薄片受到管內液體向下的壓力，大小等于薄片對管內液體向上的支持力的大小也就是管內液體的重力的大小.由于薄片也是處于平衡狀態(tài)，則必定受到一個向上方向力的作用，且大小等于管內液體的重力的大小.學生可以發(fā)現(xiàn)薄片還受到一個管外液體作用在其上向上的壓力F，且壓力F等于重力G，即F＝G.

其次，教師再引導學生分別對這兩個力進行分析.顯然學生較容易得到重力G的表達式G＝mg，結合質量m、密度ρ、體積V三者之間的關系可以推導出G＝ρShg.從而，學生能夠自行導出F＝ρShg.

由此，學生能夠依據(jù)前一節(jié)“壓強”所學的壓強公式得到液體內部壓強公式為

在這個由演示實驗創(chuàng)設的問題情境中，學生雖然不知道液體壓強的定量公式應該是怎樣的形式，但在教師的引導下，學生借助于之前學習過的質量m、重力G、壓強p等知識分析課堂中的特定情境，抓住薄片二力平衡的瞬間狀態(tài)，構建起有意義的聯(lián)系，經由層層推導，最終得到液體壓強的定量公式.在分析、推導的過程中，體會液體壓強的含義，達到掌握液體壓強公式的教學目標，其分析能力也得到了一定的鍛煉.

4 注重鞏固練習，適當延伸拓展——訓練學生的應用能力

由前面對液體壓強的同化、探究、分析，學生已經基本掌握了其中包含的規(guī)律及定量公式.所以，在鞏固拓展環(huán)節(jié)，教師通過計算液體壓強的習題幫助學生進一步理解、掌握本節(jié)課的重點.讓學生能夠將壓強的知識運用到實際的解題中去，鍛煉學生的解題能力.同時，教師通過布置與連通器原理有關的思考題及課后動手實驗活動，促使學生應用本節(jié)課所學知識進行分析、思考，并為下一節(jié)課的學習做好準備.

對于習題、課后思考題及動手活動，學生需要應用本節(jié)所學知識加以解決，給了學生應用新知識的平臺.這樣的做法，能夠幫助學生鞏固所學知識，提高其應用知識的能力.

綜上所述，本節(jié)課以問題為線索，以活動為框架，讓學生在參與活動、思考、分析、假設、驗證等一系列的科學探究過程中進行意義構建.從壓強這一上位概念中分化得到液體壓強的概念，再由對液體內部壓強的實驗與理論探究中，獲得液體壓強的規(guī)律及表達式.這符合了意義講授教學中倡導的逐漸分化、整合協(xié)調的原則.［6］因此，本教學設計通過創(chuàng)設問題情境，激發(fā)學生探究、交流，讓學生積極聯(lián)系新舊知識，在意義學習中構建知識，鍛煉能力.

1 陳琦，劉儒德.當代教育心理學（第2版）［M］.北京：北京師范大學出版社，2007：165－172.

2 盛群力，何曄.意義學習，理解為先——UbD模式對課堂教學改革提出的新建議［J］.課程教學研究，2013（8）：22－31.

3 丁向陽，宋善炎.高中物理教學創(chuàng)造有意義的學習經歷——現(xiàn)狀調查、分析及策略［D］.湖南師范大學物理系，2010.

4 王文智，盛群力.意義學習與教學方式的聯(lián)系——當代國際教學設計專家梅耶研究透視［J］.浙江外國語學院學報，2012（2）：91－97.

5 施良方.學習論［M］.北京：人民教育出版社，2003：220－239.

6 樊立輝.奧蘇貝爾有意義學習理論在教學實踐中的應用研究［J］.西安社會科學，2012，31（2）：153－155.