構(gòu)建學(xué)習(xí)進階：初中科學(xué)概念性知識教學(xué)策略

王紅燕

摘 ?要 學(xué)生的學(xué)習(xí)過程是從簡單到復(fù)雜、連續(xù)的推理認(rèn)知發(fā)展過程。概念是科學(xué)教育的基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)進階是學(xué)生在學(xué)習(xí)某一核心概念的過程中所遵循的一系列逐漸復(fù)雜的思維路徑。就“力臂”這一核心概念的學(xué)習(xí)進階構(gòu)建，從學(xué)生認(rèn)知發(fā)展、思維發(fā)展的角度對其進行闡述。

關(guān)鍵詞 力臂;學(xué)習(xí)進階;核心概念;杠桿;滑輪;實驗;教學(xué)設(shè)計

中圖分類號：G633.7 ? ?文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）13-0086-04

1 引言

學(xué)習(xí)進階（learning progressions，簡稱LPs）也稱學(xué)習(xí)進程，是當(dāng)前美國教育研究的熱點問題。劉晟、劉恩山的研究指出：學(xué)習(xí)進階是對學(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，一般呈現(xiàn)為圍繞核心概念展開的一系列由簡單到復(fù)雜、相互關(guān)聯(lián)的概念序列[1]。初中科學(xué)教學(xué)以概念為基礎(chǔ)，并在此基礎(chǔ)上促進學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展。核心概念的建構(gòu)直接影響到學(xué)生對于科學(xué)知識的認(rèn)知程度，甚至影響整塊知識的系統(tǒng)梳理和后續(xù)學(xué)習(xí)能力。

筆者觀察了許多科學(xué)課堂，發(fā)現(xiàn)在概念教學(xué)中存在一些明顯的不恰當(dāng)之處。如在課堂教學(xué)過程中，教師不是通過實例和情境的創(chuàng)設(shè)去揭示概念的關(guān)鍵特征，而只是簡單地將概念描述給學(xué)生，重結(jié)論的傳授而忽視結(jié)論得出過程中的建構(gòu)性和概括化，對于一些抽象的概念，學(xué)生更是無法理解;在概念教學(xué)中過分重視定義描述，導(dǎo)致學(xué)生死記硬背，混淆對概念關(guān)鍵屬性的理解;教師忽視實驗或呈現(xiàn)的感性材料不恰當(dāng)，導(dǎo)致學(xué)生無法辨別出概念的本質(zhì)特征，阻礙學(xué)生的學(xué)習(xí)等。

學(xué)生對知識的認(rèn)識和學(xué)習(xí)過程是從簡單到復(fù)雜、從淺層到深度的連續(xù)的理解推理建構(gòu)的認(rèn)知發(fā)展過程，而學(xué)習(xí)進階能有效地促進認(rèn)知構(gòu)建，有利于學(xué)生形成較為完整、系統(tǒng)的概念。不恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方式恰恰忽視了學(xué)生認(rèn)知概念是有“階”的。那么，在教學(xué)過程中該如何幫助學(xué)生鋪開認(rèn)知發(fā)展的路徑？如何在學(xué)生認(rèn)知發(fā)展過程中搭建他們建構(gòu)概念過程中用以連續(xù)推理認(rèn)知的踏板，幫助學(xué)生建構(gòu)起概念之間的聯(lián)系？筆者以“杠桿和滑輪”這一內(nèi)容為例，尋找其中的核心概念，并嘗試就這一概念的認(rèn)識和發(fā)展，尋找有效構(gòu)建它的“階”。

2 逆向教學(xué)設(shè)計確定核心概念

逆向教學(xué)設(shè)計的教學(xué)思想是首先明確課程目標(biāo)，然后以此為基礎(chǔ)來安排設(shè)計各種教學(xué)活動，即“明確學(xué)習(xí)的結(jié)果—確定能證明學(xué)生達到預(yù)期學(xué)習(xí)結(jié)果的證據(jù)—安排相關(guān)教學(xué)活動”的過程。

學(xué)生在學(xué)習(xí)“杠桿”時，要能描述杠桿的特點，懂得杠桿平衡條件，并能運用杠桿平衡條件分析杠桿的平衡問題，且能識別省力杠桿或費力杠桿。學(xué)生如果要達到這樣的目標(biāo)，首先要能夠辨別杠桿的五要素，尤其是尋找“力臂”這一關(guān)鍵因素。而學(xué)生往往會簡單地把杠桿上的力的作用點到支點的距離確定為力臂，或者死記概念“支點到力的作用線的垂直距離”。概念是書本上寫著的或者教師告知的，學(xué)生的頭腦中形成的依然是支點到力的作用點的距離就是力臂的定勢思維。概念的告知只是讓學(xué)生獲得力臂表象，因為不理解為什么是這樣，所以在分析題目的過程中往往容易出錯。通過逆向思考，在教學(xué)設(shè)計過程中明確了“力臂”這一關(guān)鍵問題，便可以針對關(guān)鍵問題進行具體的活動設(shè)計。

在“滑輪”教學(xué)中也可以逆向思考。在這一內(nèi)容中，要求學(xué)生能識別動滑輪和定滑輪，描述它們的特點，并能說明滑輪的實質(zhì)是一個杠桿，認(rèn)識滑輪的特點。學(xué)生最難理解的問題就是：滑輪是杠桿的變形。通常學(xué)生認(rèn)為杠桿大都是線條形的，可是滑輪是圓形的，很難在它們之間建立起聯(lián)系。尋找到教學(xué)中的這一關(guān)鍵問題，并順應(yīng)這一問題進行活動設(shè)計思維引領(lǐng)，進行學(xué)習(xí)進階的構(gòu)建，幫助學(xué)生形成完整系統(tǒng)的概念。

3 圍繞核心概念構(gòu)建學(xué)習(xí)進階

《學(xué)習(xí)進階視域下的核心概念教學(xué)》一書中指出：學(xué)習(xí)進階是對學(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。那么關(guān)于力臂這一概念，在它所貫穿的學(xué)生學(xué)習(xí)杠桿和滑輪的階段，這一概念深入的落點可以是“直杠桿—彎曲的杠桿—非典型的杠桿（如圓柱滾上臺階）—滑輪”這一進階過程，也可以是“直杠桿—滑輪”。學(xué)習(xí)進階的路徑不是唯一的。皮亞杰認(rèn)為：“知識是個體與環(huán)境交互作用中逐漸建構(gòu)的結(jié)果，學(xué)習(xí)不只是對某種特定刺激做出反應(yīng)，而是頭腦中認(rèn)識的重建?！苯處熤挥性诎才沤虒W(xué)活動時為學(xué)生提供更多探究發(fā)現(xiàn)的機會，學(xué)生才能透過書本發(fā)現(xiàn)更深層次的含義，得到有意義的推論，進而實現(xiàn)持久性理解。

階一：直杠桿 ?要建構(gòu)起力臂這個概念，學(xué)生首先更容易理解和接受的是顯而易見的“直杠桿”，從直杠桿出發(fā)，幫助學(xué)生建構(gòu)力臂的概念，是學(xué)習(xí)整個內(nèi)容的關(guān)鍵?？梢酝ㄟ^學(xué)習(xí)情境的設(shè)計，在活動中發(fā)現(xiàn)概念的本質(zhì)，幫助學(xué)生自主建構(gòu)。

步驟1：在杠桿的一端固定位置（如距支點20 cm處）掛上三個鉤碼，在杠桿的另一端用彈簧測力計在10 cm處豎直向下拉，直到杠桿在水平位置平衡，讀出此時彈簧測力計的讀數(shù)，如圖1-a所示。

步驟2：A端鉤碼數(shù)和位置不變，將彈簧測力計作用點向外移動，拉力方向依舊豎直向下，讀出此時讀數(shù)，如圖1-b所示。

【思考與討論】彈簧測力計示數(shù)怎么樣改變？對此你有什么思考？當(dāng)阻力位置方向不變時，動力的大小可能與什么有關(guān)？

學(xué)生會發(fā)現(xiàn)，力的作用點外移后，力也會變小，力的大小與力的作用點到支點的距離有關(guān)。

步驟3：彈簧測力計拉力的作用點不變，改變拉力方向，如圖1-c、圖1-d所示，觀察彈簧測力計示數(shù)變化。

【思考與討論】你發(fā)現(xiàn)了什么？對此你又有什么思考？

學(xué)生會發(fā)現(xiàn)，當(dāng)力的作用點不變，而力的方向發(fā)生改變時，力的大小也會發(fā)生改變：當(dāng)往內(nèi)拉和往外拉時，力都比豎直拉時要大，力的大小好像不僅僅與力的作用點到支點的距離有關(guān)，還可能與力的方向有關(guān)。

【思考與討論】步驟3中兩次動力的方向雖然不同，但當(dāng)拉力方向適當(dāng)改變時，力的大小卻可能相同。以上實驗說明動力的大小與力的方向和力的作用點似乎都有關(guān)又似乎都無關(guān)，但這兩個因素都影響著力的大小，這其中到底是什么奧秘？到底是什么影響著力的大小？動力的大小到底與什么因素有關(guān)呢？

接著，可以引導(dǎo)學(xué)生進行作圖分析，進而建立“力臂”這一概念。

科學(xué)概念是有層次的，學(xué)習(xí)進階的始端就是認(rèn)知的起點。按照以上的活動步驟，引導(dǎo)學(xué)生逐步分析思考，突破原有的概念，幫助學(xué)生順應(yīng)新問題，引發(fā)新思考。學(xué)生邁過這個“階”，意味著他的認(rèn)知發(fā)生了變化。讓學(xué)生在較短的時間里實現(xiàn)學(xué)習(xí)認(rèn)知起點到終點的演進，這是最適合學(xué)生學(xué)習(xí)進階發(fā)展的有效路徑。

階二：從杠桿到滑輪 ?建構(gòu)主義學(xué)習(xí)觀認(rèn)為，學(xué)習(xí)者只有思考了教學(xué)內(nèi)容并建構(gòu)了自己的理解，學(xué)習(xí)才算是真正實現(xiàn)了。因此，教學(xué)就應(yīng)該注重讓學(xué)生在思考如何完成任務(wù)的過程中建構(gòu)自己的理解。如“滑輪是變形的杠桿”這一概念的建立，對于學(xué)生來說是很困難的，很難在兩者之間建立聯(lián)系。以下學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)計可以有效幫助學(xué)生突破原有概念，實現(xiàn)概念的同化。

任務(wù)1：如圖2所示，模擬古代勞動人民利用杠桿提升重物，用一根1.5 m長的杠桿，將重物分別提升到一定的高度，如0.5 m、1 m、2 m……發(fā)現(xiàn)提升重物的高度是有限的，該怎么辦呢？

如圖3-a所示，學(xué)生在完成任務(wù)過程中會發(fā)現(xiàn)，將重物掛在一端，另一端下壓來抬升重物，若支點位置不變，高度越高時，由于動力一端可以壓低的距離有限（壓到地面無法再下壓），重物也很難再上升。只有架高支點，才能完成任務(wù)。

任務(wù)2：再添加一根杠桿，形成一個“十”字，如圖3-b所示，繼續(xù)重復(fù)操作，請談一談使用后的感受。

學(xué)生發(fā)現(xiàn)提升重物的高度有所增加，但是操作過程不流暢。教師適時引導(dǎo)該如何繼續(xù)改進，學(xué)生提出再添加杠桿。如果按剛才的方式添加無數(shù)根杠桿，會形成什么形狀的物體？（圓盤。）如圖3-c所示，推出定滑輪的實質(zhì)就是一個等臂杠桿，動力臂、助力臂就是滑輪的半徑，從而在杠桿和滑輪之間建立起聯(lián)系，實現(xiàn)知識的遷移及概念的同化。

任務(wù)3：教師再次引導(dǎo)學(xué)生，逆向思維拆解動滑輪，如圖4所示，最終發(fā)現(xiàn)動滑輪的實質(zhì)為動力臂是阻力臂一半的省力杠桿。

階三：滑輪即杠桿 ?從學(xué)習(xí)效果來看，通過情境創(chuàng)設(shè)、任務(wù)布置等活動，已經(jīng)為學(xué)生的思維開拓了一條前進的道路，有利于幫助學(xué)生理清概念及相互間的聯(lián)系，從而解決關(guān)鍵問題。但從概念的建構(gòu)到真正地深入理解，教師還可以提供幫助，可以為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供有效的新材料，搭建有效支架，進一步幫助學(xué)生深入持久地理解概念。

在以上學(xué)習(xí)了“力臂”和“滑輪是變形的杠桿”這兩個關(guān)鍵概念之后，可以分別借助自制的實驗材料來進一步明晰概念。山東省淄博市的李紹森老師很早之前就設(shè)計了如圖5所示可拆的滑輪模型，可以更好地幫助學(xué)生理解。圖5中，側(cè)面所示的是用泡沫或者木板等材料做成的中間有槽的圓盤，正面看到的是圓盤分成的三部分：中間切下一根直桿，上下保留，上下半圓和中間直桿兩端各做成類似榫卯結(jié)構(gòu)，以便安裝和拆卸。然后進行圖6所示定滑輪與動滑輪的實驗，先呈現(xiàn)完整的滑輪，然后拆去上下圓盤即可。

這樣的新實驗材料的呈現(xiàn)，不僅幫助學(xué)生明晰了滑輪是變形的杠桿，而且通過動滑輪和定滑輪的演示，學(xué)生也能直觀地分析出定滑輪是等臂杠桿，動滑輪是動力臂是阻力臂兩倍的省力杠桿，為后續(xù)的學(xué)習(xí)做了很好的鋪墊。

4 結(jié)語

只有找到學(xué)生每一次進步的階梯，才能幫助學(xué)生發(fā)展和完善原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，順利構(gòu)建有意義的認(rèn)知。當(dāng)然，當(dāng)學(xué)生對新概念有一個初步認(rèn)識后，還需要一個消化吸收的過程。教師可以為學(xué)生再一次搭建階梯，比如設(shè)置難度更大的、思維深度更進一步的思考題，引導(dǎo)他們通過歸納總結(jié)提煉出概念的本質(zhì)特征。布魯納曾說過：“習(xí)得的知識，如果沒有完整的結(jié)構(gòu)把它們整合在一起，那多半會是一種即將被遺忘的知識?！睂τ诤诵母拍畹牧?xí)得，教師可以精心組織活動，搭建學(xué)習(xí)的“階”，幫助學(xué)生建構(gòu)。教師不能對學(xué)生的已有認(rèn)知進行全盤否定，要在他們已有知識的基礎(chǔ)上，慢慢引導(dǎo)、循序漸進地扭轉(zhuǎn)科學(xué)前概念給他們帶來的誤區(qū)。教師應(yīng)嘗試采用情境創(chuàng)設(shè)、任務(wù)驅(qū)動等策略優(yōu)化教學(xué)設(shè)計，更多地關(guān)注學(xué)習(xí)進階，包括如何組織學(xué)生思考，如何組織學(xué)生互相協(xié)作，從而共同完成活動等，為學(xué)生搭建學(xué)習(xí)橋梁。因此，教師要分析核心概念的關(guān)鍵特征及核心概念的教學(xué)目標(biāo)，從而選擇或確定核心概念學(xué)習(xí)進階教學(xué)設(shè)計策略，教學(xué)過程圍繞核心活動展開，在活動中推進核心概念的構(gòu)建。但不論如何搭“階”，目的都是促進有效的認(rèn)知構(gòu)建，幫助學(xué)生形成更完整、系統(tǒng)的概念。

參考文獻

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