在平衡與非平衡中 促進學(xué)生思維的進階發(fā)展

汪小云

在構(gòu)建知識體系和模型的過程中發(fā)展思維，是《科學(xué)》學(xué)習(xí)的重要目標(biāo)。有關(guān)研究表明學(xué)生的思維從自然狀態(tài)向高層次發(fā)展的過程并非呈簡單的線性增長，而是一系列復(fù)雜程度逐次增加的類似螺旋式的過程?！皩W(xué)生在各學(xué)段學(xué)習(xí)同一主題的概念時所遵循的連貫的、典型的學(xué)習(xí)路徑的描述”稱為學(xué)習(xí)進階。學(xué)生思維進階發(fā)展的規(guī)律提示我們“只有符合學(xué)生認知發(fā)展、充分調(diào)動其生活經(jīng)驗的課程才可能構(gòu)建對核心概念的深入理解?！边@一認識對于教學(xué)實踐有著十分重要的指導(dǎo)作用。本文以一線教師的視角，以親身經(jīng)歷的“大氣的壓強（第1課時）”的教學(xué)為例，探討教學(xué)中如何圍繞力學(xué)“平衡與非平衡”的解決，促進學(xué)生在概念建構(gòu)中實現(xiàn)思維的進階發(fā)展。

一、問題與分析

1.課堂上的困境

在初中《科學(xué)》教科書（浙教版2013年版）中，“大氣的壓強”一節(jié)的內(nèi)容分為“大氣壓強的存在及大小”“生活中的大氣壓強”和“氣壓與沸點、流速的關(guān)系”三部分。筆者以前多次執(zhí)教本課題及曾連續(xù)觀察多位教師執(zhí)教本課題基本上都是利用“覆杯實驗”來說明大氣壓強的存在，也都會出現(xiàn)如我這樣的現(xiàn)象：在做覆杯實驗時，我將紙片蓋在杯子口，然后倒過來，紙片由于重力掉下。然后在杯中裝滿水，將紙片蓋在杯子上，然后倒過來。學(xué)生們驚奇的發(fā)現(xiàn)，紙片居然沒有掉下來。我順勢提問——這是由于什么原因呢？有的學(xué)生思維很快，說：“紙片被水吸住了！”這個答案令我很意外。然后就會在黑板上進行受力分析，說明紙片不掉下來的原因是由于大氣壓的作用等。學(xué)生雖然表面上同意，但學(xué)生心里還是不這樣認為，教學(xué)變成了教師的自說自話。凡按照上述思路進行本課教學(xué)的大多會陷入類似的困境。

2.學(xué)生的認知起點

學(xué)生在學(xué)習(xí)這節(jié)內(nèi)容前，已經(jīng)學(xué)了第一節(jié)大氣層，知道了我們生活在大氣之中，時時刻刻被大氣包圍著，它們自始至終都在擠壓著你。學(xué)生根據(jù)原有固體和液體壓強知識，可以很容易的知道有大氣壓強，但問題是為什么我們感覺不到大氣壓著我們，沒有體驗呀！在學(xué)生現(xiàn)有的前科學(xué)知識中，對物體的觀察和研究還停留在有形的、能觸摸的物體層面上，看不見、摸不著的空氣對學(xué)生來說確實難以理解。

3.學(xué)科邏輯順序與學(xué)生心理順序的矛盾

受線性思維和還原思維的影響，為體現(xiàn)嚴謹?shù)膶W(xué)科邏輯體系、清晰而有序地呈現(xiàn)知識的需要，在理科教材中，各單元的知識基本上依據(jù)學(xué)科本身的系統(tǒng)和內(nèi)在聯(lián)系，沿著線性的路徑編排。這常常會與剛開始入門學(xué)習(xí)的初中生的心理順序產(chǎn)生矛盾。學(xué)生對自然界及其背后蘊藏的科學(xué)知識的認知，常常是從真實世界的問題開始的，如為什么會有大氣壓，為什么這么大的大氣壓而我們感覺不到等。這種認知順序與人類早期對自然的認識有著驚人的相似性。人類為了解釋這些現(xiàn)象，開始尋找因果關(guān)系，并在此過程中建立科學(xué)概念體系，即學(xué)科專家建立科學(xué)邏輯體系也是始于現(xiàn)象和問題的。但是在教材和教學(xué)序列的過程中，為了體現(xiàn)主題性的知識整合，大氣壓強并沒有與固、液體壓強在同一主題上，而把其整合在天氣與氣候這部分內(nèi)容里，忽略了孩子們的認知需求和發(fā)展路徑把專家們?nèi)〉玫母鞣N結(jié)論加以濃縮提煉讓學(xué)生從系列的定義開始學(xué)習(xí)。

二、教學(xué)改進的思路與定位

在本課的教學(xué)設(shè)計中需要根據(jù)學(xué)習(xí)者的身心發(fā)展規(guī)律以及他們的興趣、愛好、需要、經(jīng)驗背景等來安排學(xué)習(xí)內(nèi)容努力溝通學(xué)科邏輯順序與學(xué)生心理順序，圍繞平衡與非平衡問題的解決展開教學(xué)。

在本課的設(shè)計中我們直接從如何打破平衡這個真實的問題入手來組織教學(xué)，使科學(xué)知識服務(wù)于解決實際問題。這不僅基于對前述矛盾的分析，而且將知識隱含在解決真實問題的過程中十分有利于學(xué)生將新知與已有經(jīng)驗相連接。當(dāng)知識為問題解決服務(wù)時，它是活的，這些都會促使學(xué)生積極主動地投人學(xué)習(xí)。而且對以后九年級，解答一些氣體在裝置中流動的形成原因非常有利。

三、“大氣的壓強（第一課時）”的學(xué)習(xí)進程

1.前置任務(wù)

在本單元第二節(jié)的學(xué)習(xí)結(jié)束后，“大氣的壓強（第一課時）”教學(xué)開始前，我布置了一些前置任務(wù)（即“相似方法聯(lián)想型先學(xué)”）。

2.課堂教學(xué)過程

（1）現(xiàn)象引發(fā)思考

課堂教學(xué)從討論課前任務(wù)開始。繼短暫的小組交流后，進入班級討論。通過從液體壓強，然后延伸到氣體，找4個問題的共同點和不同點，在討論中達成共識。教師讓學(xué)生說說最想問的問題。

（2）暴露真實問題

教師順?biāo)浦圩寣W(xué)生解釋“覆杯實驗”紙片為什么不會掉下來？拓展提問：怎么樣讓紙片掉下來？學(xué)生一下就會順著前面的問題想出辦法。

（3）模擬實驗見證

利用實驗室里的器材，讓學(xué)生體驗“馬德堡半球?qū)嶒灐?。讓學(xué)生解釋為什么要抽氣？學(xué)生一下就想到改變一邊的氣壓，破壞原有的平衡狀態(tài)。

（4）拓展與回歸

在“大氣的壓強”一節(jié)的教學(xué)中，除了做一些演示實驗之外，我們還應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生到生活中去找原型，說出證明大氣壓存在的有關(guān)生活事例。學(xué)生們經(jīng)過回憶可以列舉出大量事例，這些事例能夠配合課堂上的演示實驗，讓學(xué)生通過切身實際感受和分析大氣壓的存在，學(xué)生學(xué)習(xí)起來感到親切，對知識掌握得更牢固。

四、對幾項操作性策略的反思

1.知識遷移，對比學(xué)習(xí)，更顯探究實質(zhì)

在本案例中，作者巧妙地采用了對比方法，“空氣，也像液體那樣受到重力作用，而且能流動”，從而順利完成了知識能力的遷移，但同時又提醒學(xué)生，切記不能不經(jīng)過分析論證隨意遷移，過渡自然貼切。

2.任務(wù)前置，給問題解決提供思維工具

面對真實問題，知識的斷層和思維方法的欠缺使問題解決變得困難重重。因此，需要讓學(xué)生具備一些準備性的知識和思維工具。精心設(shè)計的前置任務(wù)引導(dǎo)學(xué)生在課前激活經(jīng)驗，先行思考；并且“有備而來”的學(xué)生有了與教師“平起平坐”的底氣，他們將在課堂上自己推理和判斷，甚至指出教師的“錯誤”。因此，課堂成為思維的“盛宴”。