MDA習題課教學模式的建構(gòu)與應用
——以“動能定理的應用”習題課教學為例

王宇辰 胡 正

（1.深圳市龍崗區(qū)華中師范大學龍崗附屬中學，廣東 深圳 518100；2.深圳市龍崗區(qū)外國語學校（集團）星河學校，廣東 深圳 518100）

1 MDA習題課教學模式的建構(gòu)

1.1 建構(gòu)背景

為全面深化課程改革，落實立德樹人根本任務，2017年12月，教育部印發(fā)了新修訂的普通高中課程方案和學科課程標準，把學科核心素養(yǎng)作為確定課程目標、遴選教學內(nèi)容、設計教學活動的主要依據(jù).［1］物理學科“核心素養(yǎng)”主要包括4個方面，即“物理觀念”“科學思維”“科學探究”“科學態(tài)度與責任”.2019年，教育部提出要立足全面發(fā)展育人目標，構(gòu)建包括“核心價值、學科素養(yǎng)、關鍵能力、必備知識”在內(nèi)的高考考查內(nèi)容體系.為了能夠準確施行新課標、新教材、新評價體系下的物理習題課教學，培養(yǎng)學生基礎知識和基本技能的過程中強化對關鍵能力培養(yǎng)，本文提出了MDA（Model Based Discovery and Application，基于發(fā)現(xiàn)與應用的模型，簡稱MDA）習題課教學模式.

1.2 MDA習題課教學模式解析

基于圖1的原型、模型與理論的關系，設計了圖2的MDA習題課教學模式，分為4個教學環(huán)節(jié)并呈現(xiàn)循環(huán)的特點.

圖1 原型、模型與理論的關系

圖2 MDA習題課教學模式

第Ⅰ象限（右上）.MDA習題課教學模式的第1環(huán)節(jié)是在真實的生活情境中發(fā)現(xiàn)原型.情境認知學習理論認為，知識具有情境性，抽象的知識是在與學習情境的有效融合過程中得以不斷發(fā)展和完善.《普通高中物理課程標準》（2017年版）明確提出：“構(gòu)建新的物理概念，必須對所觀察的現(xiàn)象重新加工，在客觀情境中概括事物的共同屬性，抽象事物的本質(zhì)特征.”［1］通過從日常生活以及生產(chǎn)實踐中創(chuàng)設使學生熟悉的、真實的情境，讓物理學習走向社會，激發(fā)起學生對所要探究問題的強烈欲望，使學生感受到學習物理的成功，從而發(fā)揮他們的社會責任感，這在物理教學中是非常有意義的.

第Ⅱ象限（右下）.MDA習題課教學模式的第2環(huán)節(jié)是在實驗探究中建構(gòu)模型.建構(gòu)主義理論認為，人類均是以自己的經(jīng)驗為基礎來建構(gòu)現(xiàn)實或解釋現(xiàn)實，學習是學習者基于自己的知識經(jīng)驗、主動對新信息加工處理、進行有意義知識建構(gòu)的過程.《普通高中物理課程標準》（2017年版）中對物理學科核心素養(yǎng)進行了水平劃分，其中對物理模型建構(gòu)的5個水平要求如圖3所示.

圖3 物理模型建構(gòu)的5個水平要求

從說出到應用再到轉(zhuǎn)換，從熟悉情境到實際問題再到復雜實際問題，課程標準明確地劃分了不同水平的物理建模能力，也充分說明培養(yǎng)學生學會建模和應用建模是一個長期的過程，要將物理模型建構(gòu)滲透到日常的教學中.

第Ⅲ象限（左下）.MDA習題課教學模式的第3環(huán)節(jié)是在鏈式問題中深化應用.我國著名的心理學家林崇德教授提出關于思維發(fā)展的階段論.

如圖4所示，各種思維形式之間是替代與共存的辯證統(tǒng)一關系.如最初的直觀行動思維在個體發(fā)展中向著兩個方向轉(zhuǎn)化，一是給具體形象思維讓位，二是向更高水平的動作邏輯思維發(fā)展；對于具體形象思維來說，既是抽象邏輯思維的直接基礎，同時也是形象邏輯思維的前期階段.［2］我們將思維發(fā)展階段論用在實際的習題課教學中，前兩個教學環(huán)節(jié)培養(yǎng)學生直觀行動思維和具體形象思維，那么第3個教學環(huán)節(jié)將在此基礎上培養(yǎng)學生的抽象邏輯思維.而鏈式問題的設置就像思維的“腳手架”，可以幫助學生攀上新的認知結(jié)構(gòu).解決鏈式問題可以讓學生在千變?nèi)f化的題目中抓住解決問題的本質(zhì)，在經(jīng)歷推理、歸納的過程中滲透問題意識和證據(jù)意識，培養(yǎng)學生的抽象邏輯思維，從而達到舉一反三、以不變應萬變.

圖4 思維發(fā)展模式圖

第Ⅳ象限（左上）.MDA習題課教學模式的第4環(huán)節(jié)是在拓展優(yōu)化中回歸原型.明達和史密斯（Minda&Smith，2002）基于原型理論和樣例理論提出了“原型表征+樣例記憶”的復合學習策略.這一策略要求個體在學習階段儲存相應的原型信息，對新的刺激的歸類就根據(jù)它與原型相似性得出.［3］返回原型就是回歸到最初情境或是相似的情境中，用直觀行動思維、具體形象思維和抽象邏輯思維對建構(gòu)的模型進行優(yōu)化拓展，從而實現(xiàn)將所學的物理知識內(nèi)化為解決問題的物理觀念和科學思維.

2 MDA習題課教學模式的教學案例

以新人教版高中物理必修第2冊“動能定理的應用”習題課教學為例.

2.1 在生活情境中發(fā)現(xiàn)原型

通過播放過山車“第一視角”的驚險刺激視頻（圖5）來激發(fā)學生學習興趣，選取過山車運動過程中特殊的一段進行研究.

圖5 過山車實景圖

教師啟發(fā)學生進行思考：“實際的過山車為了保證乘客的安全，會設置很多安全保障措施，其中車輪與圓環(huán)軌道間的安全鎖就是其中之一，可以有效地防止過山車運行中發(fā)生脫軌.試想：如果沒有安全鎖，過山車在圓環(huán)軌道中運行一定會發(fā)生脫軌嗎？”

這一問題的設置既聯(lián)系生活實際，又能激發(fā)學生探索欲望，在觀察現(xiàn)象基礎上提出物理問題，在興趣的驅(qū)動下進行科學探究，幫助學生建立正確的相互作用觀.

2.2 在實驗探究中建構(gòu)模型

為了方便探究，把沒有安全鎖的過山車繞圓環(huán)軌道的運動等效成小球在圓環(huán)軌道中的運動（圖6），讓學生經(jīng)歷解決物理問題的基本過程——模型建構(gòu).這一建構(gòu)過程強化物理知識與實踐情境的關聯(lián)，激發(fā)學生能動性.

圖6 實驗模型

如圖7所示，將小球從斜面軌道不同高度釋放，小球在圓環(huán)軌道中的運動會出現(xiàn)3種情況：（1）做完整的圓周運動；（2）沿著圓環(huán)軌道滑下；（3）脫離軌道做斜拋運動.通過簡單的實驗解決了“如果沒有安全鎖，過山車在圓環(huán)軌道中運行一定會發(fā)生脫軌嗎？”這一問題，通過模型建構(gòu)強調(diào)物理情境與物理概念的關聯(lián)，同化和順應學生的物理前概念逐步接近更科學的認知，幫助學生形成扎實的物理觀念，并注意讓學生在情境中運用規(guī)律解釋物理現(xiàn)象和解決實際問題，從而提升學生科學思維能力，真正做到以學生為中心.

圖7 簡化模型

2.3 在鏈式問題中深化應用

動能定理是高中物理中的核心重點內(nèi)容之一，許多學生在綜合性比較強的復雜情境中往往漏洞百出，本節(jié)課將復雜情境抽絲剝繭，由簡單問題出發(fā)，進行“七步”拓展，逐步引導學生運用動能定理解題，并在習題中總結(jié)運用動能定理解題的分析方法和基本步驟.

基于上述建構(gòu)的基礎模型，讓學生深入探索小球“脫軌”“不脫軌”所隱含的物理規(guī)律，從學生基本認知出發(fā)，設置例題：“若小球質(zhì)量m，圓軌道半徑R，不考慮鋼球與斜面、圓環(huán)間的摩擦，重力加速度g.小球要越過圓環(huán)軌道最高點，斜面釋放點距水平面的高度應滿足怎樣條件？”

通過這個問題強調(diào)“臨界值”的重要性，強化物理知識與實踐情境的關聯(lián)，激發(fā)學生能動性.著名心理學家皮亞杰的認知發(fā)展理論告訴我們，個體的認知發(fā)展是以已有的認知結(jié)構(gòu)為基礎，教學要讓學生在原有的認知結(jié)構(gòu)基礎上建立新的認知結(jié)構(gòu)，必須循序漸進、層層深入.該問題的設置可以喚醒學生對動能定理的基本認知，為建構(gòu)深度認知做好鋪墊.

接下來，在例題基礎上設置鏈式拓展問題，如表1所示.

表1 鏈式拓展問題

續(xù)表

2.4 在優(yōu)化拓展中返回原型

表2 優(yōu)化拓展中返回原型

3 結(jié)束語

如何在習題課教學中使學生的學科核心素養(yǎng)方面獲得全面發(fā)展？這是每一位一線教育工作者需要深入思考的問題.MDA習題課教學模式是從知識本位轉(zhuǎn)向素養(yǎng)本位的新型習題課教學模式，它強化情境體驗，引導學生在真實的生活情境中體驗科學探究的過程，形成核心物理知識和觀念；它注重模型建構(gòu)，激發(fā)學生的想象力和創(chuàng)造力，培養(yǎng)學生的科學思維；它設置鏈式問題，鼓勵學生發(fā)散思維，由淺入深，循序漸進，培養(yǎng)學生應用物理知識和方法解決問題的探究能力；它回歸實踐應用，在解決問題中滲透科學態(tài)度與責任，學會自主遷移并運用于生活情境中，真正做到物理來源于生活并服務于生活.