學(xué)習(xí)進(jìn)階視角下的科學(xué)推理能力提升策略

文/ 廣州市鐵一中學(xué) 任詩(shī)雨

2017 版《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》指出“科學(xué)思維”主要包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素，其學(xué)業(yè)水平4 要求學(xué)生“能對(duì)綜合性物理問(wèn)題進(jìn)行分析和推理，獲得結(jié)論并作出解釋；能恰當(dāng)使用證據(jù)證明物理結(jié)論”。對(duì)科學(xué)思維的考查歷來(lái)是高考的重點(diǎn)，《中國(guó)高考評(píng)價(jià)體系》中的“四層”考查內(nèi)容中，學(xué)科素養(yǎng)所包含的“科學(xué)思維“”中要求學(xué)生“能夠根據(jù)對(duì)問(wèn)題情境的分析，運(yùn)用實(shí)證數(shù)據(jù)分析事物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和問(wèn)題的內(nèi)在聯(lián)系，以抽象的概念來(lái)反映客觀事物的本質(zhì)特征和內(nèi)在聯(lián)系”。因此，發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維是高中物理的重要課程目標(biāo)，在復(fù)習(xí)備考中我們要非常重視。

一、學(xué)習(xí)進(jìn)階理論簡(jiǎn)介及其效用分析

2007 年美國(guó)國(guó)家研究理事會(huì)將學(xué)習(xí)進(jìn)階定義為“對(duì)學(xué)生在一個(gè)時(shí)間跨度內(nèi)學(xué)習(xí)和探究某一主題時(shí)，依次進(jìn)階、逐級(jí)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)是一種不斷遞進(jìn)發(fā)展的過(guò)程，學(xué)生對(duì)必備知識(shí)和關(guān)鍵技能的掌握需要經(jīng)歷許多不同層次的中間水平，而教學(xué)實(shí)踐對(duì)其起著關(guān)鍵作用。采用學(xué)習(xí)進(jìn)階理論來(lái)設(shè)計(jì)專題復(fù)習(xí)教學(xué)，從學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能出發(fā)，逐步設(shè)置更高難度的任務(wù)和問(wèn)題，為學(xué)生搭建進(jìn)步的階梯，激發(fā)學(xué)生的思考熱情，讓學(xué)生舉一反三，顯然可以幫助學(xué)生主動(dòng)發(fā)展科學(xué)推理能力。下面以“板塊模型中的動(dòng)量與能量專題復(fù)習(xí)”為例，簡(jiǎn)要討論一下以學(xué)習(xí)進(jìn)階模型來(lái)發(fā)展學(xué)生的科學(xué)推理能力的教學(xué)策略。

二、進(jìn)階分析

1.進(jìn)階起點(diǎn)分析。 學(xué)生在高三經(jīng)過(guò)一輪復(fù)習(xí)后，對(duì)能量和動(dòng)量的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)和方法進(jìn)行了一次全面的回顧，但是很多學(xué)生掌握得比較零散，知識(shí)點(diǎn)之間聯(lián)系得不夠緊密，不成系統(tǒng)。比如，有的學(xué)生在分析解決滿足動(dòng)量守恒定律的板塊模型問(wèn)題時(shí)，知道運(yùn)用動(dòng)量守恒定律去分析，卻不能將功能關(guān)系與其結(jié)合起來(lái)解決問(wèn)題，而采用了牛頓定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)的知識(shí)，導(dǎo)致解題過(guò)程繁瑣，耗時(shí)耗力，甚至有的同學(xué)在思考該類問(wèn)題時(shí)，僅僅局限于牛頓定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)，對(duì)復(fù)雜過(guò)程的分析往往無(wú)能為力。

2.進(jìn)階目標(biāo)設(shè)定。 能量與動(dòng)量結(jié)合的分析方法實(shí)際上是對(duì)知識(shí)和方法的整合應(yīng)用，通過(guò)此專題的復(fù)習(xí)，學(xué)生應(yīng)該熟練掌握動(dòng)量與能量結(jié)合的觀點(diǎn)去分析和解決實(shí)際問(wèn)題，科學(xué)推理能力得到提升。

3.進(jìn)階變量分析。 為了讓學(xué)生熟練掌握動(dòng)量與能量結(jié)合的觀點(diǎn)去分析和解決實(shí)際問(wèn)題，需要將知識(shí)與能力融合，從學(xué)生易著手分析的具體情境為起點(diǎn)，從學(xué)生的已有認(rèn)識(shí)出發(fā)，逐漸將情境復(fù)雜化，深化對(duì)知識(shí)的理解和應(yīng)用，因此可以將問(wèn)題情境的復(fù)雜程度作為進(jìn)階變量來(lái)設(shè)置進(jìn)階點(diǎn)（如下表所示）。

進(jìn)階變量 預(yù)設(shè)目標(biāo)“一靜一動(dòng)”情境回顧動(dòng)量與能量的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)和基本方法“兩動(dòng)”情境學(xué)會(huì)分析當(dāng)木板和滑塊具有同向或反向速度的情境下的運(yùn)動(dòng)過(guò)程“板遇障礙物停下”情境學(xué)會(huì)討論木板離障礙物處在不同距離條件下被阻停后物塊的運(yùn)動(dòng)情況“板遇障礙物反彈”情境學(xué)會(huì)分析木板離障礙物處在不同距離條件下被反彈后系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)情況“板遇障礙物多次反彈”情境學(xué)會(huì)深入分析木板被障礙物多次反彈過(guò)程中系統(tǒng)的動(dòng)量和能量情況

三、專題復(fù)習(xí)過(guò)程

1.驅(qū)動(dòng)任務(wù)： 質(zhì)量為3kg 的平直木板M 置于光滑的水平面上，可視為質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量為1kg 的小物塊m以初速度v0=4m/s 從左端沖上木板M，物塊與木板的滑動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.5，重力加速度g=10m/s2，若木板長(zhǎng)度L=1.5m，試求：物塊能否從木板上滑落？當(dāng)物塊和木板相對(duì)靜止時(shí)，木板的位移為多少？物塊的位移為多少？

2.進(jìn)階任務(wù)1：質(zhì)量為3kg 的平直木板M 在光滑的水平面上以v=2m/s 向右運(yùn)動(dòng)，可視為質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量為1kg 的小物塊m 以初速度v0=4m/s 從左端沖上木板M，物塊與木板的滑動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.5，重力加速度g=10m/s2，若木板長(zhǎng)度L=1.5m，試求：

（1）物塊能否從木板上滑落？

（2）若木板初始速度v 向左，物塊能否從木板上滑落？

3.進(jìn)階任務(wù)2：在驅(qū)動(dòng)任務(wù)中，如果初始時(shí)在木板的右邊相距距離為x 處設(shè)置一制動(dòng)裝置，木板遇到制動(dòng)裝置時(shí)立即停止運(yùn)動(dòng)，則：

（1）當(dāng)x=0.3m 時(shí)，物塊能否從木板上滑落？

（2）當(dāng)x>0.3m 時(shí)，物塊能否從木板上滑落？

（3）當(dāng)x<0.3m 時(shí)，物塊能否從木板上滑落？x 為何值時(shí)，物塊一定能從木板上滑落？

4.進(jìn)階任務(wù)3：在進(jìn)階任務(wù)2 中，若初始時(shí)在木板的右邊相距距離為x 處設(shè)置的是彈性擋板，木板與彈性擋板相碰后立即被原速反彈回去，則：（1）當(dāng)x≥0.3m 時(shí)，物塊是否會(huì)從木板上滑落？（2）要使木板與擋板只碰一次，x 的值應(yīng)該設(shè)在什么范圍？

5.進(jìn)階任務(wù)4：如果木板的質(zhì)量M=1kg，物塊的質(zhì)量m=3kg，木板足夠長(zhǎng)，其他條件不變，如果初始時(shí)在木板的右邊設(shè)置一彈性擋板，木板與彈性擋板相碰后立即被原速反彈回去，且木板與擋板碰前已經(jīng)達(dá)到共同速度，物塊最終相對(duì)于木板的總路程為多少？

四、學(xué)習(xí)進(jìn)階視角下的科學(xué)推理能力提升策略

1.確定進(jìn)階的載體。 載體可以是某個(gè)單獨(dú)的知識(shí)點(diǎn)，也可以是某個(gè)知識(shí)單元或者復(fù)習(xí)專題，還可以是某種解決問(wèn)題的方法。

2.確定進(jìn)階起點(diǎn)和目標(biāo)。 首先要分析學(xué)生原有的知識(shí)基礎(chǔ)和能力水平，學(xué)生現(xiàn)階段學(xué)習(xí)的主要問(wèn)題在哪里，再據(jù)此整合相關(guān)知識(shí)與技能，并設(shè)置科學(xué)推理能力的進(jìn)階節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)。

3.確定進(jìn)階變量。 進(jìn)階變量設(shè)定要注意內(nèi)容和能力的融合，可以與知識(shí)的復(fù)雜程度相關(guān)聯(lián)，也可以解決問(wèn)題的技能和方法關(guān)聯(lián)，還可以與問(wèn)題情境的復(fù)雜程度關(guān)聯(lián)，比如利用帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)為主題提升學(xué)生的科學(xué)推理能力時(shí)，進(jìn)階變量可以根據(jù)磁場(chǎng)的范圍條件來(lái)設(shè)計(jì)：無(wú)邊界磁場(chǎng)、單邊界磁場(chǎng)、雙邊界磁場(chǎng)、三角形邊界磁場(chǎng)、四邊形邊界磁場(chǎng)、圓形邊界磁場(chǎng)。進(jìn)階變量的確定其實(shí)就是在整體規(guī)劃學(xué)生的學(xué)習(xí)軌跡，學(xué)習(xí)軌跡一般涉及幾個(gè)進(jìn)階層級(jí)，以層級(jí)間為主、層級(jí)內(nèi)為輔，需規(guī)劃多個(gè)學(xué)習(xí)階段。讓學(xué)生在知識(shí)和技能在不斷深化的過(guò)程中，逐步提高科學(xué)推理能力。

4.設(shè)定進(jìn)階任務(wù)。 首先需要設(shè)定進(jìn)階的驅(qū)動(dòng)任務(wù)，驅(qū)動(dòng)任務(wù)要能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)機(jī)、聯(lián)系學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)和原有認(rèn)識(shí)、處于學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)、對(duì)后續(xù)學(xué)習(xí)的啟發(fā)性，在驅(qū)動(dòng)任務(wù)的基礎(chǔ)上，依據(jù)進(jìn)階變量，創(chuàng)設(shè)具體的進(jìn)階任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生逐漸深入開展學(xué)習(xí)，最后通過(guò)對(duì)應(yīng)的課后練習(xí)，鞏固所學(xué)知識(shí)和方法，提高教學(xué)的實(shí)效性。

四、總結(jié)和展望

學(xué)生科學(xué)推理能力的提升不是一蹴而就的。在教學(xué)過(guò)程中，教師需要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，采用合適的教學(xué)策略設(shè)計(jì)教學(xué)，學(xué)習(xí)進(jìn)階理論顯然可以幫助我們達(dá)成這一目標(biāo)。