促進(jìn)學(xué)生模型建構(gòu)能力提升的深度教學(xué)實踐
——以電磁感應(yīng)線框模型微專題教學(xué)設(shè)計為例

文∣柯尊淦

《國務(wù)院辦公廳關(guān)于新時代推進(jìn)普通高中育人方式改革的指導(dǎo)意見》提出，積極探索基于情境、問題導(dǎo)向的互動式、啟發(fā)式、探究式、體驗式等課堂教學(xué)?！镀胀ǜ咧形锢碚n程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》68次提到情境，課標(biāo)的教學(xué)建議第二條指出：在教學(xué)設(shè)計和教學(xué)實施中要重視情境的創(chuàng)設(shè)，指出模型建構(gòu)是科學(xué)思維發(fā)展的核心要求，可見“情境”和“模型建構(gòu)”在教學(xué)中擁有舉足輕重的地位。本文結(jié)合一線教學(xué)實踐經(jīng)驗，在學(xué)習(xí)進(jìn)階和深度學(xué)習(xí)理念的指導(dǎo)下，總結(jié)形成了“情境解構(gòu)、模型建構(gòu)、回歸情境”教學(xué)模型，以“情境解構(gòu)、模型多元表征、模型修正優(yōu)化、模型拓展與推廣”為主線，融合“整體構(gòu)建，多元表征，類比遷移，思維進(jìn)階，表現(xiàn)評價”等設(shè)計策略，設(shè)置驅(qū)動性學(xué)習(xí)任務(wù)和活動，通過對物理模型的深度解構(gòu)，實現(xiàn)對物理知識和規(guī)律的深度加工，通過學(xué)生的深度參與，沉浸體驗，內(nèi)化吸收，真正提高學(xué)生問題解決能力，發(fā)展學(xué)生物理核心素養(yǎng)，為一線教師開展微專題復(fù)習(xí)課提供可借鑒的操作模式、實施路徑和教學(xué)案例。

一、“情境解構(gòu)、模型構(gòu)建、回歸情境”操作程序

學(xué)習(xí)進(jìn)階是對學(xué)生在一個時間跨度內(nèi)學(xué)習(xí)和探究某一主題時依次進(jìn)階、逐級深化的思維方式的描述，學(xué)習(xí)進(jìn)階理論認(rèn)為，學(xué)習(xí)是一個逐漸累積、不斷演進(jìn)的過程，學(xué)生對某一內(nèi)容主題的理解存在多個不同的中間水平。在學(xué)習(xí)某個內(nèi)容主題相當(dāng)長的時間段中，學(xué)生對該內(nèi)容的理解和思考將日趨成熟、不斷深入。[1]在電磁感應(yīng)線框微專題教學(xué)設(shè)計中，筆者嘗試以學(xué)習(xí)進(jìn)階和深度學(xué)習(xí)理論為指導(dǎo)，構(gòu)建了圖1所示的“情境解構(gòu)、模型建構(gòu)、回歸情境”模式操作程序。在操作程序中實現(xiàn)情境線、建模線、思維線三條線索并行，其中情境解構(gòu)是明線，模型建構(gòu)是暗線，貫穿著學(xué)生思維水平的逐步進(jìn)階。在教學(xué)實施時，首先根據(jù)學(xué)生的學(xué)情、考查方向、難點及教學(xué)目標(biāo)選擇合適的情境，從真實情境中抽提出必備知識、關(guān)鍵能力、學(xué)科素養(yǎng)、核心價值，將其轉(zhuǎn)化為學(xué)科核心問題，設(shè)計教學(xué)活動。在活動設(shè)計中基于課標(biāo)和真實情境，聚焦學(xué)生認(rèn)知行為，采用表現(xiàn)性評價手段，采用任務(wù)驅(qū)動、問題鏈接、邏輯串聯(lián)策略，逐層分解教學(xué)目標(biāo)，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，形成完整的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生的關(guān)鍵能力。在教學(xué)目標(biāo)、情境和問題三者的相互關(guān)系的理解上， “情境”營造的是學(xué)習(xí)場域，“問題”牽引的是教學(xué)線索，而“目標(biāo)”達(dá)成的是課堂教學(xué)的應(yīng)然追求。情境創(chuàng)設(shè)與問題探究過程不能只是熱鬧場面，必須自始至終圍繞教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容，將生成知識、形成關(guān)鍵能力和培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)融入具體情境和相關(guān)問題中，在最大程度上促進(jìn)師生的發(fā)展與進(jìn)步。在模型優(yōu)化環(huán)節(jié)要注重對比分析，將不同個體的模型進(jìn)行對比，找出其中的共性和區(qū)別，嘗試進(jìn)行初步的構(gòu)建，將自己的模型與公認(rèn)的規(guī)范結(jié)論進(jìn)行比較，找出模型的差距及差距形成的原因，在模型完善階段要注意整合策略，將其他個體的模型、公認(rèn)的規(guī)范結(jié)論和自己的模型進(jìn)行整合，形成對模型的全面理解。這一過程可以是同化為主，也可以是順應(yīng)為主，或者平衡整合。在建模完成后要進(jìn)行合理拓展和推廣，嘗試在應(yīng)用中印證，對模型進(jìn)行全面總結(jié)，包括研究對象、成立條件、適用范圍、表達(dá)方式等，嘗試用規(guī)范的方式將科學(xué)模型規(guī)范地表達(dá)出來。

圖1 “情境解構(gòu)、模型構(gòu)建、回歸情境”模式操作程序

二、“情境解構(gòu)、模型建構(gòu)、回歸情境”教學(xué)模式的課堂實施

只有在學(xué)生面對新的、真實世界的情境知道如何調(diào)適、修正知識，能夠解釋知識、創(chuàng)建模型、解決問題、建立與其他概念和學(xué)科及真實世界情境的關(guān)聯(lián)，從而形成理解世界的新方式時，有深度的學(xué)習(xí)才真實發(fā)生。[2]以下是筆者結(jié)合“情境解構(gòu)、模型建構(gòu)、回歸情境”的模式操作程序采用情境、模型、問題融合設(shè)計策略，在一節(jié)公開研討課上的教學(xué)設(shè)計。

(一)任務(wù)1：情境解構(gòu)，模型表征

1.情境呈現(xiàn)

超級高鐵是一種以“真空管道運輸”為理論核心設(shè)計的交通工具，它具有超高速、低能耗、無噪聲、零污染等特點。它具有兩個重要系統(tǒng)。一個是懸浮系統(tǒng)，利用磁力(可由超導(dǎo)電磁鐵提供)使車體在導(dǎo)軌上懸浮起來與軌道脫離接觸從而減小阻力；另一個是驅(qū)動系統(tǒng)，即利用磁場與固定在車體下部的感應(yīng)金屬框相互作用，使車體獲得牽引力。

【問題鏈】

(1)請觀看超級高鐵視頻，并思考超級高鐵的原理。

(2)在電磁感應(yīng)的學(xué)習(xí)過程中，有哪些物理模型？超級高鐵情境與之前學(xué)習(xí)的哪個模型相似？

(3)根據(jù)以往學(xué)習(xí)電磁感應(yīng)的知識，你覺得可以從哪些方面來研究超級高鐵的運行？能夠想起哪些問題解決的方法？

【設(shè)計意圖】

情境是教學(xué)活動設(shè)計的載體，選擇“超級高鐵”這一情境素材，可以承載電磁感應(yīng)幾乎所有的知識和方法，實現(xiàn)對教材中電磁感應(yīng)內(nèi)容的深度挖掘。同時超級高鐵是高鐵技術(shù)的發(fā)展和延伸，是中國的國家重器，是國家的名片。能夠引起學(xué)生的自豪感，更好發(fā)揮物理課堂的育人價值；能夠引發(fā)學(xué)生的積極思考，刺激學(xué)生的興趣點；可啟迪思考，激發(fā)學(xué)生的探究興趣。引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行模型的定向表征，達(dá)成學(xué)生模型建構(gòu)學(xué)習(xí)進(jìn)階水平一模型外顯的目標(biāo)，也對接模型建構(gòu)的學(xué)業(yè)質(zhì)量水平的第一個水平，即能夠說出一些簡單的物理模型，促進(jìn)學(xué)生模型建構(gòu)、科學(xué)推理和質(zhì)疑創(chuàng)新等學(xué)科核心素養(yǎng)的提升。

2.模型表征

研究小組根據(jù)以上情境建立了如圖2模型：管道中固定兩根平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ，軌道間有垂直軌道平面的勻強(qiáng)磁場，在列車的底部固定著繞有N匝相同的閉合正方形金屬線圈，并且與之絕緣。金屬線圈abcd的邊長為L，且兩磁場的寬度均與金屬線圈的邊長相同(列車的車廂在圖中未畫出)已知列車車廂及線圈的總質(zhì)量為m,不計導(dǎo)軌的電阻。

圖2 超級高鐵模型

【問題鏈】

(1)超級高鐵列車為什么可以懸?。?/p>

(2)超級高鐵列車受到了什么力使其驅(qū)動前行？

(3)超級高鐵受到的磁場力怎樣產(chǎn)生？

(4)產(chǎn)生磁場力的磁場分布有怎樣特點？請嘗試畫出模型結(jié)構(gòu)示意圖。

【設(shè)計意圖】

本環(huán)節(jié)在利用學(xué)生閱讀、質(zhì)疑、討論、交流、釋疑等環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生在模型建構(gòu)過程中抓住主要矛盾，忽略次要因素，注重圖像表征，將運動過程簡化，純化為一種理想狀態(tài)，保留物理本質(zhì)，使其更能反應(yīng)運動特征，將情境轉(zhuǎn)化為模型，通過對模型原型的抽象概括，實現(xiàn)由感性知識到理性認(rèn)知的飛躍，達(dá)成模型建構(gòu)能力學(xué)習(xí)進(jìn)階水平二等級，概念模型表征目標(biāo)，對接模型建構(gòu)學(xué)業(yè)質(zhì)量水平的第二個等級，能在問題情境中應(yīng)用常見的物理模型，培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維、形象思維、直覺和邏輯思維能力。

(二)任務(wù)2：啟動分析，初步建模

圖3 模型參數(shù)1

【問題鏈】

(1)若電源E端接電源“-”、F接“+”，接通電源時判斷列車運行方向，并簡要說明理由。

(2)請畫出電路的等效電路圖。

(3)求通過電源的電流大?。?/p>

(4)請畫出列車的受力分析圖，并求剛接通電源時列車的加速度a的大??？

(5)請評估以上列車啟動模型并嘗試優(yōu)化。

【設(shè)計意圖】

問題鏈的設(shè)置以小切口切入，聚焦核心知識和關(guān)鍵能力的培養(yǎng)，注重學(xué)生學(xué)情分析。第(1)問從左手定則入手，考查學(xué)生安培力的方向判定方法；第(2)問考查電路結(jié)構(gòu)圖，從等效電路圖的方式表征模型；第(3)問考查閉合電路歐姆定律；第(4)問考查動力學(xué)在電磁感應(yīng)中的應(yīng)用。以上四個問題牽涉知識面非常小，有利于培養(yǎng)學(xué)生的思維深度。(1)～(4)問對接模型建構(gòu)學(xué)業(yè)質(zhì)量水平的第三等級，能在熟悉的問題情境中根據(jù)需要選用恰當(dāng)?shù)哪Ｐ徒鉀Q簡單的物理問題；第(5)問則從模型修正的角度思考建模是否符合實際，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行抽象表征，達(dá)成學(xué)習(xí)進(jìn)階水平三的模型優(yōu)化等級的目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)推理和批判性思維的能力。

(三)任務(wù)3：運行分析，模型修正

如圖4，學(xué)生為了模擬列車的運行規(guī)律，在軌道間設(shè)置垂直軌道平面的勻強(qiáng)磁場B1和B2，且B1和B2的方向相反，大小相等，即B1=B2=B=1 T。線框總電阻R=2 Ω，正方形線框長度L=0.1 m，匝數(shù)N=10 匝,磁場水平向右移動的速度大小為v0=5 m/s，m=2 kg。

圖4 模型參數(shù)2

【問題鏈】

(1)列車為什么會運動？若列車不受阻力，將如何運動？

(2)請畫出列車運動的v-t圖象。

(3)為使列車能運動，列車所受到的阻力f應(yīng)該滿足哪些條件？

(4)若列車受到的阻力f=2 N時，列車的最大速度vm為多少？

(5)若列車受到的阻力f=2 N時，要使列車維持最大速度運動，每秒需要消耗多少能量？這些能量誰來提供？

(6)若列車受到的阻力f=2 N時，如果兩磁場由靜止開始沿水平向右勻加速運動來啟動列車，當(dāng)兩磁場運動的時間為t1=9 s時，列車也正在以速度v1=7 m/s向右做勻加速直線運動。求兩磁場開始運動到列車開始運動所需要的時間t0以及列車的加速度a。

(7)通過以上問題的思考，你有何啟示？

【設(shè)計意圖】

在模型修正階段采用支架式教學(xué)策略，將復(fù)雜問題逐步分解，搭建腳手架，讓下一個問題都能夠處在學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)中，引導(dǎo)學(xué)生對列車運行模型的評估和修正，促進(jìn)學(xué)生進(jìn)一步思考。前五個問題都為貼近生活實際的第六個問題作鋪墊，第七個問題目的在于引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行反思性評價。以上問題從動力學(xué)與能量角度不斷挖掘核心知識的應(yīng)用價值，促使學(xué)生深度思考和學(xué)習(xí)，最終達(dá)成模型建構(gòu)的進(jìn)階水平三等級；模型優(yōu)化完善，實現(xiàn)模型建構(gòu)學(xué)業(yè)質(zhì)量水平的第四級水平，能將實際問題中的對象和過程轉(zhuǎn)換成物理模型，在解決實際問題的思維引導(dǎo)下建立對象模型和過程模型，培養(yǎng)學(xué)生形象思維、科學(xué)論證和元認(rèn)知的能力。

(四)任務(wù)4：剎車分析，模型拓展

學(xué)生為了研究列車進(jìn)站的制動規(guī)律，做如圖5實驗設(shè)計：當(dāng)列車進(jìn)站時，軌道內(nèi)依次分布磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1=B2=B，寬度為L的勻強(qiáng)磁場，且相鄰的勻強(qiáng)磁場的方向相反。線框匝數(shù)為N，線圈總電阻為R，某次實驗時，列車以速度v0進(jìn)入車站開始制動。

圖5 模型參數(shù)3

【問題鏈】

(1)畫出列車運行的v-t圖象并求列車以速度v0制動后通過距離L后的速度v(此時列車滑行L未停)。

(2)列車以速度v0制動后到停止前運行的距離x為多少？

(3)列車從上一段磁場中進(jìn)入下一段磁場中，通過線圈的電荷量q是多少？

(4)求列車在剎車過程中產(chǎn)生的總熱量Q。

【設(shè)計意圖】

問題(1)用圖象表征模型，并嘗試用微元法及動量定理研究列車剎車問題的速度，促使學(xué)生從低價思維逐步過渡分析綜合；創(chuàng)新應(yīng)用高階思維，尤其是問題(2)需要考慮列車運行L是否停止的問題，故要分兩種情況進(jìn)行討論，培養(yǎng)學(xué)生分析問題的嚴(yán)謹(jǐn)性和思考的完備性；問題(3)和問題(4)拓展學(xué)生思維的時空，從電荷量和熱量的角度重新審視分析列車剎車模型，從而達(dá)成模型建構(gòu)的學(xué)習(xí)進(jìn)階水平四等級，模型拓展和模型變式，培養(yǎng)學(xué)生分析綜合、質(zhì)疑創(chuàng)新等高階科學(xué)思維能力。

(五)任務(wù)5，回歸情境，模型推廣

如圖6，在水平導(dǎo)軌上進(jìn)行超級高鐵列車實驗，不考慮摩擦及空氣阻力。導(dǎo)軌的水平部分有n段相同的勻強(qiáng)磁場區(qū)域(圖中虛線部分)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，寬度為L，垂直導(dǎo)軌平面向上，當(dāng)列車以一定初速度滑上水平導(dǎo)軌進(jìn)入磁場區(qū)域，最終列車恰好完全通過n段磁場區(qū)域，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場可以忽略。

圖6 模型參數(shù)4

【問題鏈】

(1)求列車剛進(jìn)入第一段磁場區(qū)域的速度v0。

(2)求整個過程中產(chǎn)生的焦耳熱Q。

(3)求列車完全進(jìn)入第k(k

【設(shè)計意圖】

通過改變情境的初始條件，促使學(xué)生舉一反三，觸類旁通，類比遷移，達(dá)成模型建構(gòu)學(xué)習(xí)進(jìn)階水平五等級的模型推廣應(yīng)用，同時對接模型建構(gòu)學(xué)業(yè)質(zhì)量水平五等級，能將較復(fù)雜的實際問題中的對象和過程轉(zhuǎn)換成物理模型，在解決較復(fù)雜實際問題的思維引導(dǎo)下建立多個對象模型或多個過程模型的組合，培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)變能力和創(chuàng)新思維能力。

三、教學(xué)實施建議

“情境解構(gòu)、模型建構(gòu)、回歸情境”模式在課堂教學(xué)中是非常有效的方法，有利于培養(yǎng)學(xué)生在具體實踐活動中分析問題、解決問題的能力，使以知識導(dǎo)向的課堂，真正轉(zhuǎn)型為以思維、能力為導(dǎo)向的課堂。該教學(xué)方法不僅僅在微專題復(fù)習(xí)課中有重要作用，在新授課及實驗教學(xué)中也可以得到推廣應(yīng)用，使物理學(xué)科核心素養(yǎng)真正落實。但在實施該教學(xué)方法時要注意如下幾個方面。

(一)情境解構(gòu)要融合激趣性、任務(wù)群、整合性的功能

設(shè)計真實、有意義的情境，能促使學(xué)生對物理知識發(fā)生興趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機(jī)，進(jìn)而產(chǎn)生認(rèn)知需要。情境背后的實際問題應(yīng)針對課程標(biāo)準(zhǔn)和學(xué)業(yè)要求，通過任務(wù)群、問題鏈形式，設(shè)置挑戰(zhàn)性問題情境，引起學(xué)生的認(rèn)知沖突，維持學(xué)習(xí)動力。另外，情境創(chuàng)設(shè)要具有全程性的特點，有利于學(xué)生抓住探究的主線，形成清晰的知識體系。如：本教學(xué)設(shè)計中始終圍繞超級高鐵的情境，通過五個任務(wù)群，設(shè)置問題鏈，研究了列車啟動問題、剎車問題，運行問題等全過程的物理規(guī)律，每一個任務(wù)研究的方法和方式都有差異，設(shè)置的問題鏈要能夠整合學(xué)科核心知識和關(guān)鍵能力培養(yǎng)，聚焦學(xué)生學(xué)習(xí)疑點和難點問題；本教學(xué)設(shè)計中整合了多匝線框感應(yīng)電動勢的計算、安培力的計算、電量求解以及磁場動而線框不動的處理方法等，這些都是學(xué)習(xí)的疑點、難點和重點。通過設(shè)置腳手架逐步鋪設(shè)臺階，使每一個問題都在學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)中，讓學(xué)生始終沉浸在探究、獲取新知、進(jìn)行問題解決的思維亢奮中，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。

(二)情境與模型要兼?zhèn)浔举|(zhì)性、典型性、匹配性的特點

物理情境一般來源于自然界及社會生活、生產(chǎn)中客觀存在能夠反映物理概念、物理規(guī)律本質(zhì)且未被加工的典型物理現(xiàn)象和物理事實。學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，采用建模思想，將物理問題中次要的、非本質(zhì)的信息舍去，可使本質(zhì)的知識變得清晰，更容易納入學(xué)習(xí)者已有的知識框架中。初中生抽象思維尚未成熟，教學(xué)中要先幫助他們建立熟悉的模型，建立的模型應(yīng)該具備典型性，不管遇到怎樣陌生的情境，只要將復(fù)雜的問題與模型中的要素一一對應(yīng)，進(jìn)行模型匹配，就能很好地解決這類問題。如果學(xué)生學(xué)會運用這樣的模型，就可以用物理知識解決問題。在情境解構(gòu)和模型建構(gòu)過程中，應(yīng)避免教學(xué)形式化，如：在情境創(chuàng)設(shè)方面應(yīng)考慮諸如情境是否只是作為導(dǎo)課環(huán)節(jié)？情境與知識點是否契合？情境難易程度是否符合學(xué)生的認(rèn)知水平？情境是完整的還是碎片化的？在任務(wù)群和問題鏈設(shè)計方面，教師應(yīng)從關(guān)注釋疑解惑到關(guān)注激疑生惑的轉(zhuǎn)變，僅釋疑解惑是不夠的，必須要讓學(xué)生產(chǎn)生疑問、提出問題，然后去分析解決問題，按照核心素養(yǎng)的要求，要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、批判思維等。

(三)模型建構(gòu)應(yīng)注重抽象、圖像、物理、數(shù)學(xué)等多元表征方法

學(xué)生經(jīng)歷一個真實情境問題的模型構(gòu)建需要經(jīng)歷多個表征層次。如任務(wù)1中情境呈現(xiàn)環(huán)節(jié)的定向表征和模型表征環(huán)節(jié)的抽象表征，在任務(wù)2初步建模環(huán)節(jié)的抽象表征和畫圖表征，在任務(wù)3模型修正環(huán)節(jié)的賦值表征和圖像表征，在任務(wù)4模型拓展環(huán)節(jié)中有方法表征和物理表征，在任務(wù)5中模型應(yīng)用環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)表征等，學(xué)生在定向表征過程中根據(jù)情境的描述和已有知識，憑借不嚴(yán)密、不連續(xù)、不完整的邏輯思維進(jìn)行定向的思維判斷，如任務(wù)1中問題鏈的第(2)(3)問。抽象表征就是要思考在物理情境中進(jìn)行問題解決中決定舍棄什么，保留什么的過程，是抓住主要因素，忽略次要因素，把情境轉(zhuǎn)為模型的過程。學(xué)生在經(jīng)歷抽象表征的過程中需要常運用到理想化方法、直覺與邏輯思維，將情境中的研究對象抽象為理想模型，并將這個理想模型的運動過程簡化、純化為一種理想狀態(tài)，使其能更本質(zhì)、生動地反映物理本質(zhì)，抽象表征是物理模型建構(gòu)的關(guān)鍵，如任務(wù)2中的模型表征環(huán)節(jié)的問題鏈的第(4)問。物理建模過程中還要特別重視圖像表征，在本教學(xué)設(shè)計中特別引進(jìn)了等效電路圖、v-t圖、模型圖、受力分析圖、運動分析圖等多種圖像，豐富圖像表征方式，培養(yǎng)學(xué)生形象思維能力。任務(wù)3中有意設(shè)置具體物理量對模型進(jìn)行賦值表征和物理表征，讓學(xué)生將模型與核心知識和規(guī)律與關(guān)鍵能力培養(yǎng)能夠更好地關(guān)聯(lián)起來，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)推理能力和高階思維能力。在模型建構(gòu)中，各種不同的表征方式并不是孤立的，它們都可以相互牽連，彼此融合，如方法表征在本教學(xué)設(shè)計中有較多，如微元法、圖像法、極限法、守恒法、類比法等的運用，方法表征可以與數(shù)學(xué)表征及物理表征融合，在數(shù)學(xué)表征中一定會有對應(yīng)的物理表征，也會用到物理學(xué)問題解決的方法，只有將各種不同的表征方法有效整合，才能更好地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。

(四)模型建構(gòu)要采用核心知識整體構(gòu)建及思維進(jìn)階策略

在教學(xué)設(shè)計時，筆者根據(jù)物理課標(biāo)所提倡的理念，研究教材內(nèi)容，整合教學(xué)資源來組織教學(xué)。在教學(xué)設(shè)計過程中，采用“一個對象”貫穿，整節(jié)課圍繞超級高鐵展開，從情境到模型，再回到探索情境，試圖讓學(xué)生能夠在問題情境中抽象出物理模型，能根據(jù)物理模型去構(gòu)建問題情境。理解問題情境是物理模型的外延，物理模型是問題情境的內(nèi)涵。在教學(xué)設(shè)計過程中還要特別注重學(xué)生思維的進(jìn)階設(shè)計，本教學(xué)設(shè)計將超級高鐵的真實情境作為教學(xué)的驅(qū)動任務(wù)情境，引導(dǎo)學(xué)生將實物簡化抽象成線框模型，以線框模型為基礎(chǔ)采用任務(wù)群，多維度設(shè)計問題鏈，依據(jù)由表及里的順序逐步建構(gòu)模型，把模型與電磁感應(yīng)的知識和規(guī)律聯(lián)系起來，從問題的角度、梯度、廣度和難度等層面將問題串珠成線，引導(dǎo)學(xué)生在模型問題解決過程中逐步將知識和科學(xué)思維方法內(nèi)化，提升物理問題解決能力。構(gòu)建模型時，情境以任務(wù)群及問題鏈的形式呈現(xiàn)，有利于知識的儲存、提??；而在應(yīng)用模型解決情境問題中，學(xué)生把形象的情境問題本質(zhì)化，自動搜索已構(gòu)建的模型進(jìn)行匹配，使現(xiàn)行顯性知識再次隱性化，讓學(xué)生經(jīng)歷模型外顯、模型表征、初步建模、模型優(yōu)化、模型修正、模型推廣等環(huán)節(jié)。在模型構(gòu)建的過程，教師引導(dǎo)學(xué)生體驗由個體到一般、由典型到普遍，由易到難、由簡單到綜合的螺旋式上升的過程，使學(xué)生的思維水平由低價思維經(jīng)過任務(wù)群、問題鏈逐步推進(jìn)，延伸拓展，創(chuàng)新實踐逐步過渡至高階思維(見圖7)。

圖7 “情境解構(gòu)、模型構(gòu)建、回歸情境”思維進(jìn)階路線圖

(五)“情境解構(gòu)、模型建構(gòu)、回歸情境”教學(xué)要注重表現(xiàn)性評價方式

高階學(xué)習(xí)過程表現(xiàn)為學(xué)生為達(dá)成復(fù)雜、高層次的學(xué)習(xí)目標(biāo)，積極開展主動性、合作性、建構(gòu)性的學(xué)習(xí)活動，在學(xué)習(xí)過程中主動探究、積極思考、合理利用資源、建立良好同伴關(guān)系、不斷自我反思與調(diào)整，在思維活動上經(jīng)歷分析、發(fā)現(xiàn)、構(gòu)想、抉擇、歸納、評價、創(chuàng)造等思維經(jīng)驗積累的過程。表現(xiàn)性評價任務(wù)的設(shè)計應(yīng)驅(qū)動學(xué)生經(jīng)歷高階學(xué)習(xí)過程。首先基于情境，聯(lián)系學(xué)生學(xué)習(xí)和生活，分析開展哪些活動能夠完成學(xué)習(xí)目標(biāo)，初步確定任務(wù)類型，如本節(jié)教學(xué)設(shè)計中，一共設(shè)計了五個學(xué)習(xí)任務(wù)，每一個任務(wù)都向?qū)W生闡明期望達(dá)成的學(xué)習(xí)目標(biāo)和成果，促使學(xué)生在明晰的目標(biāo)和成果導(dǎo)向下，進(jìn)行深度思考和不懈努力以達(dá)成預(yù)期，體現(xiàn)高階學(xué)習(xí)“意圖”的特征；將表現(xiàn)性評價融入情境解構(gòu)、模型建構(gòu)教學(xué)，不但能評價學(xué)生運用復(fù)雜認(rèn)知和非認(rèn)知能力取得的學(xué)習(xí)成果，而且能有效驅(qū)動高階學(xué)習(xí)的發(fā)生，促進(jìn)學(xué)生對這些能力和成果的獲得時為學(xué)生提供反饋信息，促進(jìn)自我調(diào)整與完善。

總之，“情境”要服務(wù)“問題”的提出，“模型”應(yīng)來源于“知識”的應(yīng)用。只有準(zhǔn)確把握“情境”“問題”“知識”“模型”四者的定位及其相互聯(lián)系，才能達(dá)到使學(xué)生在解決問題中逐漸發(fā)展物理核心素養(yǎng)的目的。