基于學習進階理論的物理課堂教學設(shè)計
——以“勻速直線運動”為例

胡 瑩 陳 嫻

(1. 南京外國語學校仙林分校，江蘇 南京 210023；2. 南京師范大學教師教育學院，江蘇 南京 210024)

1 學習進階理論簡介

美國國家研究理事會(NRC)在2007年發(fā)布的《讓科學走進學校：K-8年級科學學習的學與教》中將學習進階定義為：對學生在一個時間跨度內(nèi)學習和探究某一主題時，依次進階、逐級深化的思維方式的描述，[1]由此可見學習進階的研究對象是學生思維的發(fā)展過程。學習進階理論關(guān)注教材內(nèi)容的連續(xù)性，使中小學教材做到連貫、一致、少而精；學習進階理論為課堂教學指明了方向，對教學實踐有很大的指導作用；學習進階理論關(guān)注學生的思維，以學生為學習主體，有利于促進學生概念的建構(gòu)，促進學生形成完整、系統(tǒng)的知識結(jié)構(gòu)；學習進階理論能夠為學習評價提供參考，最終促進課程、教學、評價三者的統(tǒng)一。

目前，教育界對學習進階理論已經(jīng)從理論研究過渡到實踐研究，郭玉英教授帶領(lǐng)的團隊對學習進階理論進行了深入的研究，取得了豐碩的成果，同時構(gòu)建了符合我國學情的科學概念理解的層級模型(表1)，[2]筆者將采用這種模型進行探討。

表1

2 基于學習進階理論的教學實踐

“勻速直線運動”是一節(jié)典型的模型建構(gòu)課，[3]通過實驗研究氣泡的運動規(guī)律,建構(gòu)勻速直線運動模型，實驗中要培養(yǎng)學生的觀察能力、動手實驗能力、問題解決能力和根據(jù)現(xiàn)象尋找規(guī)律的分析歸納能力等。與其他實驗課不同的是，本節(jié)課與數(shù)學的聯(lián)系更加緊密，教學中要引導學生運用已有的數(shù)學知識，從數(shù)學計算和圖像分析兩個角度，建構(gòu)勻速直線運動模型。綜合以上分析，筆者把勻速直線運動模型的建構(gòu)分為五個層級(表2)。

表2

2.1 根據(jù)生活經(jīng)驗，確定進階起點

教師展示玩具火車在軌道上行駛的畫面，提出問題：圖1、圖2中火車在軌道上的運動路線有什么不同之處？

圖1

圖2

設(shè)計意圖：從學生的生活經(jīng)驗出發(fā)，確定學生的進階起點，使學生通過觀察實驗現(xiàn)象，知道運動可分為直線運動和曲線運動。整個教學過程采用問題驅(qū)動的形式，逐階引領(lǐng)學生建構(gòu)勻速直線運動模型。

2.2 觀察氣泡的運動，建立運動與速度的映射關(guān)系

教師展示裝水的玻璃管，上下顛倒幾次，讓學生觀察管中氣泡的運動情況，提出問題：氣泡運動的快慢有什么規(guī)律？如何研究氣泡運動的快慢？如何測量氣泡運動的速度？

2.3 討論實驗細節(jié)，建立路程、時間、速度之間的關(guān)聯(lián)

教師再次演示氣泡的運動，然后提出問題：上述測量方法有什么缺陷？如何改進？

設(shè)計意圖：學生通過觀察和分析意識到：僅測量氣泡運動的總路程和總時間，不能精確描述氣泡運動的快慢，可以采用分段研究的方法，研究每一段的速度，這樣可以更精確地描述氣泡的運動。

圖3

教師追問：對路程的分段是否越多越好呢？

設(shè)計意圖：學生通過分析發(fā)現(xiàn)，分得過多會導致來不及測量每一段的時間，導致時間測量的誤差較大，因此分段要合理，不宜過多。

教師提問：實驗中需要同時記錄氣泡在各段的路程和時間，如何操作比較簡單？

設(shè)計意圖：引導學生討論、自主設(shè)計實驗，在玻璃管上每隔20 cm 做一標記(圖3)，再用秒表測出氣泡到達各標記位置的時間，將到達兩標記位置的時間相減，就是氣泡通過此段路程所用的時間。

學生進行實驗，將數(shù)據(jù)記錄在表3和表4中。

表3

表4

2.4 分析實驗數(shù)據(jù)，建構(gòu)勻速直線運動模型

學生根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)計算出氣泡通過各區(qū)間的速度，根據(jù)計算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)：氣泡運動的速度大小相等，從而得到結(jié)論：氣泡上升一段路程后，路程與時間近似成正比，氣泡做勻速直線運動。

教師提問：還有什么方法判斷氣泡做的是勻速直線運動？

設(shè)計意圖：引導學生運用數(shù)學方法，根據(jù)測量出來的路程、時間、速度描點畫圖，畫出s-t和v-t的圖像(圖4、圖5)，從圖像知道：氣泡運動的s-t圖像是過原點的直線，v-t圖像平行于時間軸的直線，從兩類圖像均可以得出結(jié)論：氣泡上升一段路程后做勻速直線運動。

圖4

圖5

2.5 整合所學知識，解決實際問題

教師介紹漏斗：裝上液體后打開閥門，液體會均勻滴下，即液滴滴下的時間間隔是相等的，調(diào)節(jié)閥門，可以改變液體流出的速度。教師演示實驗：將漏斗裝墨水后綁在小車上(圖6)，在小車運動時，從漏斗滴出的液體會在紙上留下小車的運動點跡(圖7)，觀察小車的運動點跡，分析小車的運動特點。

圖6

設(shè)計意圖：引導學生將本節(jié)所學知識用于解決實際問題，學生通過分析知道：為了研究小車的運動情況，需要搞清小車在每段的運動路程和相應(yīng)的時間，計算出速度，通過比較確定小車的運動是否是勻速直線運動。學生在實際操作時發(fā)現(xiàn)，每段的路程可以用刻度尺測量出來，但通過每段路程的時間未知，只知道兩液滴滴下的時間間隔相同，學生回憶比較運動快慢的兩種方法，確定采用“相同時間比路程”的方法：小車除了第一段路程較長之外，剩余的幾段路程近似相等(圖8)。教師引導學生得出結(jié)論：小車運動一段時間后，做勻速直線運動。

圖7

圖8

教師最后提出問題：氣泡一開始做的是什么運動？實驗時能否從氣泡剛開始運動時計時？

設(shè)計意圖：學生對比小車的運動情況，認識到：氣泡一開始不是做勻速直線運動，要等氣泡運動趨于穩(wěn)定后再開始研究，同時為下節(jié)課學習變速直線運動打下基礎(chǔ)。

3 結(jié)語

本節(jié)課的教學設(shè)計以學習進階理論為指導，采用問題驅(qū)動的形式，促進學生物理模型的建構(gòu)。教學設(shè)計以課程標準為依據(jù)，同時遵循學生的認知特點，沿著“實驗—模型—生活”的認知路徑,設(shè)置各個進階過程；通過問題引領(lǐng)，激發(fā)學生的好奇心和學習興趣，由淺入深、逐級深化、依次進階，最終實現(xiàn)學生從經(jīng)驗到科學概念的轉(zhuǎn)變?；趯W習進階理論，教師在教學中應(yīng)關(guān)注學生的認知水平和思維發(fā)展特點，采用進階教學策略，促進學生科學思維能力的提升。