關注學生思維發(fā)展的教學設計及實施路徑*
——以蘇科版“壓強”教學為例

蔣文遠 范艷梅

(無錫市山北中學 江蘇 無錫 214035)

隨著教學改革的不斷深入，實驗及探究教學在初中物理教學中得到了一線教師普遍的接受，也取得了一定的成效.但在具體的教學實踐中，教師往往只關注實驗及探究本身，沒有更好地關注學生科學思維的培養(yǎng)，這是對教學資源的一種浪費.物理學科的“科學思維”，是從物理學視角認識客觀事物的本質屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關系的方式；是基于經(jīng)驗事實建構理想模型的抽象概括過程；是分析綜合、推理論證等科學思維方法的內(nèi)化；是基于事實證據(jù)和科學推理對不同觀點和結論提出質疑、批判，進而提出創(chuàng)造性見解的能力與品質.如何更好地培養(yǎng)學生的科學思維，成為提升物理教學品質的重要方面.本文以蘇科版“壓強”的教學為例，闡述指向學生科學思維培養(yǎng)的物理教學設計及實施的途徑.

1 以課標為據(jù) 以學生為本 明確思維培養(yǎng)的目標

課程標準規(guī)定了學科教學內(nèi)容目標，基于證據(jù)的課堂教學要以課標為依據(jù)，根據(jù)學生的實際情況，確定具體的課時目標.初中物理課標對壓強的內(nèi)容要求是“通過實驗，理解壓強.知道日常生活中增大和減小壓強的方法.”并建議了“估測自己站立時對地面的壓強”的活動事例.由此可見，壓強的教學目標要求屬于理解層次.理解壓強就是能進行相關的計算；能解釋相關的現(xiàn)象；能理解壓強概念的內(nèi)涵和物理意義.從課標不難看出，要達到理解壓強，學習的途徑是實驗，是體驗，是活動.這樣的定位有利于學生從物理學視角認識壓強的本質屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關系，有利于科學思維的培養(yǎng).

因此，根據(jù)課標的規(guī)定，教師結合學生的具體情況，學校的環(huán)境支持，制定出具體的課時目標.具體目標如下：

(1)學生通過繪制壓力示意圖，知道壓力的定義；通過討論區(qū)分物體所受的重力和它對支持面的壓力的區(qū)別.

(2)學生經(jīng)歷體驗活動，能猜測壓力的作用效果跟什么因素有關，并能合理選擇器材尋找支持猜想的證據(jù).

(3)學生在尋求比較壓力作用效果的過程中，經(jīng)歷壓強概念的建構過程.

(4)運用壓強概念，估測人站立時對地面的壓強；知道增大壓強和減小壓強的方法；能解釋與壓強有關的現(xiàn)象.

這樣的目標不僅符合學生的認知能力，而且緊扣課標要求.這樣的目標不僅給出了知識與能力要求，而且給出了具體的、可觀測的學習行為要求，將學生的思維可視化；這樣的目標不僅提供目標參考系，而且具有良好的導向性.無論是教師的教，還是學生的學，都應在目標的關照之下進行.要確保做到這一點，就必須要有及時的反饋，要設計好評價活動.

2 以目標為據(jù) 以表現(xiàn)為準 確定思維評價的活動

學生與教師如何知道自己思維目標是否達成呢？這就需要評價活動.

評價要以教學目標為依據(jù)，要能有效地指導學與教，為更好地達成目標服務.“壓強”一課的評價活動設計如表1所示.

表1 “壓強”一課的評價活動

下面選擇壓強概念應用模塊的評價設計，說明評價任務的設計如何錨定目標，對學習行為如何檢測與反饋.

評價活動1：估測人站立時對地面的壓強

猜一猜：同組學生中，哪位學生對地面的壓強最大？

設計實驗：

(1)如何測量人對地面的壓力？

(2)如何估測地面的受力面積？

(3)實驗并收集數(shù)據(jù).

(4)思考與討論：哪位學生對地面的壓強大？是不是體重越大壓強就越大？實際的鞋底與地面的接觸面積與圖示的鞋印是否相同？實際的壓強偏大還是偏??？

評析：估測活動，讓學生在解決實際的原始問題中，發(fā)現(xiàn)壓強計算單位要統(tǒng)一，體會圖1估算面積的方法，發(fā)現(xiàn)壓力大的，壓強不一定大，從而使學習進入深度學習，思維進入高階思維.通過評價發(fā)現(xiàn)學生能夠到達的思維層級，并作出有效指導.在提升技能的同時，培養(yǎng)估測意識、測量的誤差意識，提升科學素養(yǎng).

圖1 鞋印的面積估算

評價活動2：判定如何增大和減小壓強

師：在日常生活和生產(chǎn)中，有時需要增大壓強，有時需要減小壓強.下列情況哪些是為了增大壓強？哪些是為了減小壓強？各采用了什么方法？(1)載重汽車裝有許多車輪；(2)壓路機的碾子質量很大；(3)冰鞋上裝有冰刀；(4)房屋建在承重面積更大的地基上；(5)飛鏢的箭頭很尖.

生：自由選擇話題，進行分析并說明方法.

評析：通過活動評價學生能否有效提取信息，能否用壓強的知識去解釋生活中的現(xiàn)象，在鍛煉思維的過程中讓知識產(chǎn)生意義感.

評價活動3：解釋壓不壞的氣球

師：如圖2所示，把氣球放在釘板上，再把木板放在氣球上，向木板上施加一定的壓力，氣球變形但不會被刺破.

圖2 壓不壞的氣球

生：試一試，并解釋這個現(xiàn)象.

評析：學生驚訝于現(xiàn)象的意想不到，但運用物理知識解釋時，又在情理之中，增強學習熱情的同時深化了對壓強概念的理解，突出了思維的訓練.

思維的評價要求教師在課堂上要時刻關注學生的表現(xiàn)、思維和狀態(tài)，作出及時的反饋.教師通過收集到的評價證據(jù)，實時調(diào)整自己的教學行為，指導學生的學習方式，發(fā)揮評價促學的作用.

目標解決的是“去哪里”的問題；評價解決的是“到了哪里”的問題；而“如何去”重在問題鏈的設計和思維載體的選擇.一個好的思維載體的選擇，不僅有利于學生興趣的激發(fā)，而且有利于學生科學思維的開展，反映了教師的教學智慧.

3 以發(fā)展為據(jù) 以問題為鏈 突出思維載體的設計

3.1 設計以思維訓練為主線的問題鏈

指向學生科學思維培養(yǎng)的課堂，要關注問題鏈的設計，突出學生科學思維的訓練.壓強一課可以利用下面的3個問題來形成問題鏈.

(1)什么是壓力，壓力的作用效果是什么？

(2)壓力的作用效果跟哪些因素有關？如何比較壓力的作用效果？

(3)你能用壓強知識解決下列問題嗎？

這樣的問題鏈有利于學生思維品質的培養(yǎng)，重點在后面兩個問題.3個問題對應3個模塊：認識壓力；探究壓力的作用效果跟哪些因素有關，建構壓強概念；運用壓強知識，解決實際問題，提升對壓強的理解.具體教學流程如圖3所示.

圖3 壓強的教學流程

在設計好問題鏈之后，關鍵是思維載體的設計.思維載體的選擇要以“有利于學生的發(fā)展”為依據(jù)，與“知識認知發(fā)展的邏輯序”相切合，與“問題鏈的設計”相呼應.

3.2 設計提升思維品質的體驗活動

體驗活動的設計不僅要讓學生具身體驗，拉近物理與生活的聯(lián)系，更要為物理思維的發(fā)展提供養(yǎng)分，使學生的思維有直接的經(jīng)驗基礎，確保思維的品質.

體驗1：初識壓力

師：分別畫出鐵錘對釘子作用力的示意圖和運動員對平衡木作用力的示意圖.想一想，所畫的力的示意圖有何共同點？

生：這些力都垂直作用于物體表面.

師：垂直作用于物體表面的力，稱為壓力.運動員對平衡木的壓力的作用效果是什么？

生：平衡木發(fā)生了形變.

評析：這樣的活動有利于學生從物理學視角認識壓力的本質屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關系的方式；是基于經(jīng)驗事實建構壓力模型的抽象概括過程.

體驗2：體驗壓力效果系列活動

活動1：在情境中猜測影響壓力作用效果的因素

教材：小明和小華都站在沼澤地上，小明陷得比較深.想一想，導致這一差異的原因可能是什么？

教師：他們對沼澤地的壓力作用效果一樣嗎？你是依據(jù)什么來判斷的？導致這一差異的原因可能是什么？

評析：指向更加明確，學生知道觀察和對比什么.也更容易激發(fā)他們?nèi)ニ伎疾町?

學生猜想：

生甲：小明的體重大，對地面的壓力大.

生乙：小華腳下踩了木板(小華與地面的受力面積大)

評析：這里的猜想是基于學生的觀察與經(jīng)驗之上的，教師要善于追問.學生提出如此猜想的依據(jù)是什么？而學生的這種經(jīng)驗往往是模糊的、零碎的、不易表述的，往往有直覺的成分.教師要學會傾聽，并將學習引入下一個環(huán)節(jié).

活動2：在驗證猜想的體驗中形成假設

師：是這樣的嗎？我們再來體驗兩種情形.

A.如圖4所示，一只手壓在氣球上，另一只手的食指頂住氣球，觀察氣球的形變情況.改變壓力的大小，氣球的形變有何不同？

圖4 情形一

B.如圖5所示，將鉛筆的一端削尖，用兩只手的食指分別壓住鉛筆的兩端.兩根手指的感覺有什么不同？改變壓力的大小，多體驗幾次.

圖5 情形二

通過對上述現(xiàn)象的觀察，你認為壓力的作用效果可能與哪些因素有關？

生：壓力的作用效果可能與壓力的大小和受力面積有關.

評析：學生通過生動的體驗不僅驗證了之前的猜想，并能鎖定相關變量，形成有效假設.這直接影響后面的實驗驗證，使實驗更有目的性.

活動3：設計實驗，尋找證據(jù)支持假設，形成新的知識

師：現(xiàn)在有如下器材，請設計實驗并驗證你的假設.

器材：用釘子做腿的小桌、海綿、砝碼、木板、盛有適量水的礦泉水瓶、裝有沙子的容器等.

試選擇合適的器材設計實驗，驗證你的假設.

師：如何體現(xiàn)壓力的作用效果？如何改變壓力大??？如何改變受力面積？

生：分小組進行實驗.

師：你們的結論是什么？

生：自由表述觀點……

評析：學生表述結論，教師追問，你得到這一結論的依據(jù)是什么？學生當眾演示實驗，證實結論.教師追問，為什么要如此操作？學生思考操作背后的科學方法.

3.3 設計發(fā)展思維的概念建構活動

活動1：如何比較壓力的作用效果

師：如下3種受壓情況，如何比較壓力的作用效果？(1)2 m2的面積上受到的壓力為10 N；(2)2 m2的面積上受到的壓力為20 N；(3)5 m2的面積上受到的壓力為20 N.

生丙：(2)的壓力的作用效果比(1)大.

師：你的依據(jù)是什么：

生丙：受力面積相同時，壓力越大，壓力的作用效果越明顯.

生丁：(2)的壓力的作用效果比(3)大，因為壓力相同時，(2)的受力面積比(3)小.

師：(1)、(3)如何比較？

生：學生遇到困難，開始思考……

生戊：可以將(1)面積和壓力都擴大2倍，這樣壓力相同，就比較出來了.

生己：可以將(1)面積擴大5倍，壓力變?yōu)?0 N；(3)的面積擴大2倍，壓力變?yōu)?0 N，然后比較.

師：還有其他方法嗎？

生庚：可以用壓力除以面積，發(fā)現(xiàn)(1)比(3)的作用效果大.

師：壓力除以面積，得到的是什么？為什么可以比較壓力的作用效果？

生：大家通過思考，發(fā)現(xiàn)壓力除以面積，得到的是1 m2的面積上受到的壓力大小.

評析：創(chuàng)設具體情境，形成問題沖突，從而構建出壓強的概念.學生在解決問題的過程中，建構了概念并讓思維可視化，有利于感悟科學的方法和思維的快樂.

活動2：閱讀課本相關信息，回答問題

師：例題中坦克對地面的壓強為5×104Pa，其物理含義是什么？

師：你是怎樣判斷受力面積的？

師：物體所受的重力和它對支持面的壓力有什么區(qū)別？

評析：學生通過閱讀，了解與壓強相關的概念、公式、符號、單位等.閱讀例題，加深對壓強概念的理解層次.教師通過提問，檢測學生學習情況.做到了學生能看懂的不講，學生有困難的地方突出討論，讓思維在課堂中飛揚.

4 結束語

培養(yǎng)學生的科學思維，教師要發(fā)揮主導作用，要以課標為據(jù)，以學生為本，明確思維培養(yǎng)的可操作性目標；要以目標為據(jù)，以表現(xiàn)為準，確定思維評價的活動；要以發(fā)展為據(jù)，以問題為鏈，突出思維載體的設計.讓物理課堂不僅僅有現(xiàn)象、有體驗、有實驗、有活動，更有思維與智慧.