學(xué)習(xí)進(jìn)階視角下的物理教學(xué)設(shè)計(jì)——以“浮力單元”教學(xué)為例

吳志明

物理概念和規(guī)律的學(xué)習(xí)是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，需要建立起關(guān)聯(lián)知識(shí)之間的相互聯(lián)系，有一個(gè)逐步理解、深化和完善的歷程。但在日常教學(xué)中，有些教師和學(xué)生往往只注重某一概念或規(guī)律自身單獨(dú)的建構(gòu)，缺乏統(tǒng)籌規(guī)劃與設(shè)計(jì)，缺乏知識(shí)點(diǎn)之間的相互聯(lián)系與整合，致使物理學(xué)習(xí)出現(xiàn)碎片化現(xiàn)象。應(yīng)用學(xué)習(xí)進(jìn)階理論進(jìn)行教學(xué)的大單元設(shè)計(jì)，能夠提升教學(xué)設(shè)計(jì)的站位，有利于學(xué)生構(gòu)建起結(jié)構(gòu)化的知識(shí)體系，促進(jìn)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的形成與發(fā)展。本文從學(xué)習(xí)進(jìn)階的視角出發(fā)，結(jié)合具體教學(xué)案例，探討物理概念的教學(xué)設(shè)計(jì)思路和實(shí)踐應(yīng)用。

一、學(xué)習(xí)進(jìn)階理論要義簡(jiǎn)述

近年來(lái)學(xué)習(xí)進(jìn)階理論越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)外教育界的關(guān)注，成為科學(xué)教育研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。美國(guó)國(guó)家研究理事會(huì)（NRC）在2007 年發(fā)布的《讓科學(xué)走進(jìn)學(xué)校：K-8 年級(jí)科學(xué)學(xué)習(xí)的學(xué)與教》中將學(xué)習(xí)進(jìn)階定義為“隨著時(shí)間的不斷增加，學(xué)生對(duì)某一學(xué)習(xí)主題的思考和認(rèn)識(shí)不斷豐富、精致和深入的一種過(guò)程”［1］。國(guó)內(nèi)不少學(xué)者結(jié)合本土實(shí)際開(kāi)展學(xué)習(xí)進(jìn)階理論的研究與應(yīng)用，取得了令人矚目的階段性成果。學(xué)習(xí)進(jìn)階是學(xué)生在各學(xué)段學(xué)習(xí)同一主題概念時(shí)所遵循的連貫的、典型的學(xué)習(xí)路徑的描述，一般呈現(xiàn)為圍繞核心概念展開(kāi)的一系列由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、相互關(guān)聯(lián)的概念序列。［2］

科學(xué)教育內(nèi)容是以一系列核心概念為基本框架的理論體系，涵蓋了重要的概念、原理、觀點(diǎn)等基本理解和解釋。規(guī)劃和實(shí)施中小學(xué)科學(xué)課程，需遵循由淺入深、由現(xiàn)象到本質(zhì)、連續(xù)且螺旋上升的基本原則。學(xué)習(xí)進(jìn)階理論認(rèn)為，學(xué)生對(duì)核心概念的學(xué)習(xí)需要經(jīng)歷一段較長(zhǎng)的時(shí)間才能正真理解，才能逐步建立起核心概念之間的相互聯(lián)系，建構(gòu)出連貫、系統(tǒng)的知識(shí)架構(gòu)。學(xué)生從剛接觸某一概念或規(guī)律，到真正掌握其內(nèi)涵與本質(zhì)，再到能夠靈活運(yùn)用，這期間要經(jīng)歷許多不同的中間水平。這些中間水平，我們稱(chēng)之為“階”?！半A”代表著學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)程中的不同思維方式和學(xué)習(xí)層級(jí)，或者說(shuō)學(xué)習(xí)的短期目標(biāo)。學(xué)習(xí)進(jìn)階的起點(diǎn)是學(xué)生學(xué)習(xí)前已有的對(duì)核心概念的粗淺經(jīng)驗(yàn)和零碎事實(shí)，學(xué)習(xí)進(jìn)階的終點(diǎn)就是學(xué)習(xí)目標(biāo)，是我們期望學(xué)生能夠達(dá)到的對(duì)核心概念的理解水平。在學(xué)習(xí)進(jìn)階的起點(diǎn)與終點(diǎn)之間，需要教師為學(xué)習(xí)目標(biāo)的達(dá)成設(shè)計(jì)清晰可循的路線導(dǎo)航圖，提供學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的有效路徑，并且在認(rèn)知發(fā)展的關(guān)鍵處提供可靠的腳踏點(diǎn)和支撐點(diǎn)，這是學(xué)習(xí)進(jìn)階理論應(yīng)用于教學(xué)實(shí)際的要義所在。

二、“浮力單元”的學(xué)習(xí)進(jìn)階設(shè)計(jì)

“浮力單元”包括浮力、物體的浮與沉以及綜合實(shí)踐活動(dòng)三課時(shí)內(nèi)容，以大單元來(lái)設(shè)計(jì)教學(xué)，能夠改變浮力知識(shí)點(diǎn)的碎片化教學(xué)現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)教學(xué)設(shè)計(jì)與進(jìn)階目標(biāo)的有效對(duì)接。

1.進(jìn)階分析。

（1）進(jìn)階起點(diǎn)分析

經(jīng)過(guò)小學(xué)科學(xué)課程學(xué)習(xí)以及日常生活中的觀察體驗(yàn)，學(xué)生對(duì)于浮力相關(guān)知識(shí)已具有一些零碎的經(jīng)驗(yàn)與事實(shí)：浮在水面的物體受到浮力，如航行中的船只、游泳的人等；升空的物體受到浮力，如氣球、孔明燈等。但同時(shí)存在諸多模糊甚至是錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)，如：下沉的物體不受浮力，重的物體下沉，輕的物體上浮，飛機(jī)也是受浮力升空的，等等。

（2）進(jìn)階目標(biāo)預(yù)設(shè)

通過(guò)“浮力單元”的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)能夠建立浮力的概念，知道浮力產(chǎn)生的原因，會(huì)用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量浮力的大小，探究浮力大小與哪些因素有關(guān)，知道并會(huì)初步運(yùn)用阿基米德原理進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算和判斷，了解漂浮、懸浮的含義，知道物體的浮沉條件，能夠運(yùn)用浮沉條件解釋生產(chǎn)生活中的一些現(xiàn)象，運(yùn)用浮力知識(shí)解決一些簡(jiǎn)單的實(shí)際問(wèn)題。

（3）進(jìn)階點(diǎn)和目標(biāo)預(yù)設(shè)

結(jié)合進(jìn)階起點(diǎn)和預(yù)設(shè)學(xué)習(xí)目標(biāo)進(jìn)行分析，學(xué)生可能會(huì)遇到一些典型的思維障礙，如：浮力是怎樣產(chǎn)生的？為什么沉底的物體也受浮力？浮力的大小與物體自身的體積、浸入液體的深度有沒(méi)有關(guān)系？浮力計(jì)算有哪些解題思路？浮力的實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題等。據(jù)此我們?cè)O(shè)置符合學(xué)生實(shí)際的進(jìn)階點(diǎn)，如表1。

表1 “浮力單元”教學(xué)的進(jìn)階點(diǎn)、起點(diǎn)和預(yù)設(shè)目標(biāo)

2.進(jìn)階層級(jí)預(yù)設(shè)。

根據(jù)上述分析，“浮力單元”教學(xué)需創(chuàng)設(shè)真實(shí)的物理情境，補(bǔ)充與浮力相關(guān)的演示與學(xué)生實(shí)驗(yàn)，增加直觀體驗(yàn)；采用定性、半定量到定量的方法研究、理解和應(yīng)用阿基米德原理。整個(gè)“浮力單元”的教學(xué)確立下列進(jìn)階層級(jí)，如表2。

表2 “浮力單元”學(xué)習(xí)進(jìn)階層級(jí)

3.進(jìn)階途徑與策略。

“浮力單元”教學(xué)第一課時(shí)完成第一到第三層級(jí)的進(jìn)階，第二課完成第四、五層級(jí)的進(jìn)階，第三課時(shí)完成第六層級(jí)的進(jìn)階目標(biāo)。進(jìn)階途徑和策略主要有：一是增加學(xué)生的實(shí)驗(yàn)與體驗(yàn)，提供豐富直觀的感性材料，支撐學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程；二是學(xué)生親自動(dòng)手探究、自主學(xué)習(xí)、合作交流，對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行分析論證，理解阿基米德原理的本質(zhì)內(nèi)涵；三是設(shè)置有梯度、有思維深度的浮力問(wèn)題來(lái)驅(qū)動(dòng)和引領(lǐng)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)程，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的持續(xù)發(fā)展；四是在分析和解決問(wèn)題的過(guò)程中完善浮力相關(guān)知識(shí)的建構(gòu)，形成運(yùn)動(dòng)與相互作用的物理概念。

三、教學(xué)實(shí)踐片段

以“浮力單元”第三課時(shí)綜合實(shí)踐活動(dòng)為例，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)進(jìn)階的最后一個(gè)層級(jí)的躍升，即：浮力知識(shí)的綜合運(yùn)用、設(shè)計(jì)與創(chuàng)新，學(xué)習(xí)內(nèi)容是“自制密度計(jì)，測(cè)量液體密度”。

1.情境設(shè)置。

教師取出三只均盛有無(wú)色透明液體的量筒，將三根完全相同的塑料吸管分別放入其中，吸管漂浮在液面，但露出液面的長(zhǎng)度各不相同，如圖1 所示，這是怎么回事？

圖1

2.原理分析。

3.任務(wù)布置。

教師布置學(xué)生自制密度計(jì)，小組合作完成。

（1）實(shí)驗(yàn)器材：一端用熱熔膠封口的塑料吸管，細(xì)沙，燒杯，水，量筒，刻度尺等。

（2）標(biāo)注刻度：塑料吸管豎直漂浮在水面上，標(biāo)出水面所在位置，用刻度尺測(cè)量浸入水中的深度H，根據(jù)上述推導(dǎo)公式計(jì)算出液體密度與表3中的密度值相等時(shí)，自制密度計(jì)浸入液體的深度h，并填入表3，在塑料細(xì)吸管相應(yīng)位置處標(biāo)注密度值：0.8，0.9，1.0，1.1，1.2（g·cm-3）。

表3 標(biāo)注刻度

（3）實(shí)際測(cè)量：教師準(zhǔn)備好幾種待測(cè)液體——鹽水，可樂(lè)，酒精，牛奶等，各小組同學(xué)用自制密度計(jì)測(cè)量液體密度，記錄測(cè)量數(shù)據(jù)，進(jìn)行交流分享。

4.評(píng)估與改進(jìn)。

學(xué)生展示與交流時(shí)發(fā)現(xiàn)，有的自制密度計(jì)在測(cè)量酒精時(shí)沉底了，有的測(cè)量鹽水密度時(shí)不能保持豎直漂浮，發(fā)生了傾倒現(xiàn)象。教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析討論，找出問(wèn)題的原因，提出解決問(wèn)題的方法，進(jìn)一步思考如何提高自制密度計(jì)的測(cè)量精度？如何擴(kuò)大它的量程？改進(jìn)和完善活動(dòng)方案，撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

安排這一教學(xué)活動(dòng)，為學(xué)生創(chuàng)建了一個(gè)可靠的進(jìn)階支撐點(diǎn)，幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)浮力相關(guān)知識(shí)的系統(tǒng)化和結(jié)構(gòu)化構(gòu)建。該綜合實(shí)踐活動(dòng)涉及的思維難度較大，動(dòng)手操作的要求比較精細(xì)，既要通過(guò)理論分析解決標(biāo)注密度計(jì)刻度的問(wèn)題，又要對(duì)活動(dòng)方案、過(guò)程和結(jié)論進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，提出改進(jìn)方法。通過(guò)學(xué)習(xí)，學(xué)生在綜合應(yīng)用、設(shè)計(jì)和創(chuàng)新方面的能力和素養(yǎng)得到了鍛煉和提高。

四、思考與啟示

將學(xué)習(xí)進(jìn)階理論應(yīng)用于物理課堂教學(xué)，是一項(xiàng)行之有效的實(shí)踐探索，帶給我們一些思考與啟示：

一是學(xué)習(xí)進(jìn)階有利于中小學(xué)科學(xué)課程的有效銜接。小學(xué)、初中和高中階段的科學(xué)教育內(nèi)容，有綜合，也有分科，教學(xué)實(shí)踐中各學(xué)段之間的銜接存在一些問(wèn)題，有些內(nèi)容存在相同層級(jí)上的重復(fù)，有些內(nèi)容則難度跨度太大，也有科學(xué)概念的解釋在不同學(xué)科間差別較大，缺乏一致性和互通性。學(xué)習(xí)進(jìn)階理論為解決這一難題提供了有效思路，可圍繞科學(xué)領(lǐng)域的核心概念開(kāi)發(fā)構(gòu)建符合我國(guó)學(xué)生認(rèn)知發(fā)展規(guī)律的“學(xué)習(xí)進(jìn)階”體系［3］，形成完整連續(xù)的科學(xué)課程體系。

二是學(xué)習(xí)進(jìn)階有利于整合課程教學(xué)內(nèi)容。學(xué)習(xí)進(jìn)階描述了學(xué)生對(duì)核心概念的理解連貫且逐漸深入的典型發(fā)展路徑［4］，這提示我們組織課堂教學(xué)時(shí)，要以核心概念為認(rèn)知需求的主線整合教學(xué)內(nèi)容，依據(jù)學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，設(shè)置進(jìn)階點(diǎn)、進(jìn)階層級(jí)和進(jìn)階目標(biāo)，針對(duì)性地組織教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程有清晰的目標(biāo)、任務(wù)、臺(tái)階和發(fā)展路徑。

三是學(xué)習(xí)進(jìn)階有利于開(kāi)發(fā)教學(xué)設(shè)計(jì)。學(xué)習(xí)進(jìn)階是對(duì)“應(yīng)該為學(xué)生設(shè)定怎樣的學(xué)習(xí)路徑”這一問(wèn)題的探索。［5］這一學(xué)習(xí)路徑不僅包括學(xué)習(xí)內(nèi)容的層級(jí)設(shè)置，更重要的是學(xué)生思維認(rèn)知能力的發(fā)展層級(jí)?；趯W(xué)習(xí)進(jìn)階的教學(xué)設(shè)計(jì)，主要特征是探索連接進(jìn)階起點(diǎn)到目標(biāo)終點(diǎn)之間的學(xué)習(xí)路徑以及進(jìn)階的腳踏點(diǎn)。學(xué)習(xí)路徑不是唯一的，但有最佳的，有最合適的，教師通過(guò)對(duì)學(xué)習(xí)中“階”的分析與把握，可以探尋到最適合學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的學(xué)習(xí)路徑，從而有效地提高教與學(xué)的效率和效益。