基于學(xué)習(xí)路徑的高中物理教學(xué)的研究與實(shí)踐

蔡千斌

（浙江省溫嶺市新河中學(xué)，浙江 臺(tái)州 317502）

基于學(xué)習(xí)路徑的高中物理教學(xué)是促成物理學(xué)科核心素養(yǎng)落地的一條重要途徑.本文從“認(rèn)識(shí)學(xué)習(xí)路徑”“基于學(xué)習(xí)路徑進(jìn)行物理教學(xué)實(shí)踐”這兩個(gè)方面展開具體的闡述.

1 認(rèn)識(shí)學(xué)習(xí)路徑

學(xué)習(xí)路徑有起點(diǎn)、終點(diǎn)，還有過程.［1］起點(diǎn)是學(xué)生已有的素養(yǎng)，終點(diǎn)是學(xué)生的目標(biāo)素養(yǎng).下面從3個(gè)角度進(jìn)行剖析.

從認(rèn)知心理學(xué)角度來看，連接起點(diǎn)和終點(diǎn)的過程是學(xué)生的思維路徑或行為路徑.學(xué)生的思維路徑是內(nèi)隱的，具體如圖1所示；學(xué)生的行為路徑是外顯的，具體如圖2所示.［2］可以這么說，學(xué)生的思維路徑與行為路徑是學(xué)習(xí)路徑在不同學(xué)習(xí)側(cè)面上的投射與反映.

圖2

從腦科學(xué)角度來看，學(xué)生的學(xué)習(xí)路徑應(yīng)該是教師的思維路徑向?qū)W生的思維路徑靠近，繼而師生思維達(dá)成同步發(fā)生共振的路徑.

從教育理論和學(xué)習(xí)理論上來看，學(xué)生的學(xué)習(xí)路徑應(yīng)該是契合學(xué)生最近發(fā)展區(qū)的路徑，是一條由淺入深、由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由具體到抽象再到具體，教師整體設(shè)計(jì)學(xué)生有序發(fā)展的路徑.

2 基于學(xué)習(xí)路徑的高中物理教學(xué)的實(shí)踐

2.1 以學(xué)生的已有素養(yǎng)為起點(diǎn)

了解學(xué)生，才能確定起點(diǎn).在充分了解學(xué)生困惑與疑難的基礎(chǔ)上，分析學(xué)生的素養(yǎng)起點(diǎn)，根據(jù)學(xué)生的當(dāng)前素養(yǎng)來確定物理教學(xué)的起點(diǎn)，設(shè)置真實(shí)情境，提出系列問題.

案例1：圓周運(yùn)動(dòng)線速度概念的教學(xué).

圖3

圖4

評(píng)析：這樣設(shè)置的學(xué)習(xí)路徑，是教師的思維路徑向?qū)W生的思維路徑充分靠近的表現(xiàn)，自然能夠促成師生思維達(dá)成共振.

2.2 以學(xué)生的目標(biāo)素養(yǎng)為終點(diǎn)

有了素養(yǎng)的起點(diǎn)，還需確定素養(yǎng)的終點(diǎn).實(shí)踐表明，即使有相同的素養(yǎng)起點(diǎn)，如果確定了不同的教學(xué)目標(biāo)，最終學(xué)生達(dá)成的素養(yǎng)結(jié)構(gòu)與素養(yǎng)水平也并不相同.

案例2：自由落體運(yùn)動(dòng)的教學(xué).

學(xué)習(xí)路徑1：設(shè)定的目標(biāo)是通過規(guī)律學(xué)習(xí)路徑來研究自由落體運(yùn)動(dòng).（1）環(huán)節(jié)1.研究“是否重的物體比輕的物體下落得快”.教師將紙片、粉筆頭由同一高度同時(shí)釋放，結(jié)果粉筆頭下落快.教師將這張紙片揉成紙團(tuán)后再與粉筆頭由同一高度同時(shí)釋放，結(jié)果下落幾乎一樣快.說明重的物體不一定下落快.然后，通過落體悖論的推理，說明重的物體與輕的物體下落得一樣快.（2）環(huán)節(jié)2.通過實(shí)驗(yàn)觀察自由落體運(yùn)動(dòng).教師演示“牛頓管”實(shí)驗(yàn)：不抽空氣時(shí)，鐵片與羽毛同時(shí)開始下落，結(jié)果鐵片下落得快；抽出空氣后，鐵片與羽毛同時(shí)開始下落，結(jié)果下落得一樣快.觀看視頻：真空實(shí)驗(yàn)室中鐵球與羽毛同時(shí)開始下落，同時(shí)到達(dá)地面；月球上，宇航員在相同高度同時(shí)釋放錘子與羽毛，結(jié)果兩者同時(shí)到達(dá)月球表面.由此提出自由落體運(yùn)動(dòng)的概念.（3）環(huán)節(jié)3.利用實(shí)驗(yàn)研究自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律.學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)：固定打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，釋放一端固定在重錘上的紙帶，利用打出紙帶的點(diǎn)跡求出重力加速度.不同的小組所用的重錘質(zhì)量也不同，結(jié)果所測(cè)出的重力加速度大小卻非常接近，進(jìn)一步說明不計(jì)空氣阻力時(shí)，輕重物體下落的快慢應(yīng)該是一樣的.再根據(jù)教師提供的地球上不同地點(diǎn)的重力加速度值，尋找重力加速度的規(guī)律.讓學(xué)生根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律結(jié)合重力加速度寫出自由落體運(yùn)動(dòng)的v-t、x- t、v -x等規(guī)律.

學(xué)習(xí)路徑2：設(shè)定的目標(biāo)是通過模型學(xué)習(xí)路徑來研究自由落體運(yùn)動(dòng).教師先讓學(xué)生觀察氣球、樹葉、平鋪的紙片、紙團(tuán)、小球、粉筆頭等下落的現(xiàn)象，要求學(xué)生對(duì)這些落體的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分類，并說出分類的依據(jù).學(xué)生認(rèn)為氣球、樹葉、平鋪的紙片的下落過程受空氣阻力的影響比較大，下落的軌跡比較復(fù)雜，屬于同一類模型的落體運(yùn)動(dòng)；紙團(tuán)、小球、粉筆頭的下落受空氣阻力的影響比較小，幾乎可以忽略空氣阻力的影響，則屬于另外一類模型的落體運(yùn)動(dòng).基于從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的研究路徑，確定選擇后者來進(jìn)行研究.接下來的研究思路同學(xué)習(xí)路徑1中的環(huán)節(jié)1、環(huán)節(jié)2、環(huán)節(jié)3部分.

評(píng)析：在課后的練習(xí)中，讓學(xué)生解決如下的問題：一片梧桐葉從高為5 m的枝頭自靜止落至地面，所用時(shí)間可能是

（A）0.1 s. （B）0.5 s.

（C）1.0 s. （D）3.0 s.

2.3 以學(xué)生的思維路徑或行為路徑為過程

學(xué)習(xí)路徑的核心是學(xué)生的思維路徑或行為路徑.要使學(xué)生的學(xué)習(xí)真實(shí)發(fā)生，需要通過教師設(shè)置結(jié)構(gòu)清晰的情境，設(shè)計(jì)漸進(jìn)有序的活動(dòng)，提出環(huán)環(huán)相扣的問題.這樣才能充分激活學(xué)生的思維，提升學(xué)生的素養(yǎng).

案例3：超重與失重的教學(xué).

活動(dòng)1：質(zhì)量為200 g的鉤碼所受重力為多大？把這個(gè)鉤碼掛到彈簧秤下，用手提著彈簧秤，使鉤碼在豎直方向上做以下5種方式的運(yùn)動(dòng)，觀察并記錄彈簧秤示數(shù)的變化.（1）靜止；（2）慢慢地上升；（3）慢慢地下降；（4）突然上升并停下；（5）突然下降并停下.

評(píng)析：從思維路徑與行為路徑來看，這是學(xué)生“觀察現(xiàn)象、感知材料”的環(huán)節(jié).按照G＝mg算出的是鉤碼的真重，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的是鉤碼的視重，視重大于真重的是

超重，視重小于真重的是失重.由此建立超重與失重的概念.

活動(dòng)2：觀察視頻，如圖5所示，記錄電梯上升過程各階段中臺(tái)秤示數(shù)的變化，分析各階段電梯加速度的方向，并將表1填寫完整.

圖5

表1

評(píng)析：從思維路徑與行為路徑來看，這是學(xué)生“回憶概念—敘述特征、選擇信息—組織表征”的環(huán)節(jié).由這一環(huán)節(jié)得到向上加速運(yùn)動(dòng)時(shí)是超重，向上減速運(yùn)動(dòng)時(shí)是失重的結(jié)論.

提出問題1：電梯向上加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，臺(tái)秤上的重物為什么會(huì)存在超重現(xiàn)象，請(qǐng)運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律來解釋這個(gè)現(xiàn)象.

提出問題2：電梯向上減速運(yùn)動(dòng)時(shí)，臺(tái)秤上的重物為什么會(huì)存在失重現(xiàn)象，請(qǐng)運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律來解釋這個(gè)現(xiàn)象.

提出問題3：電梯下行，臺(tái)秤上重物何時(shí)會(huì)出現(xiàn)超重現(xiàn)象，何時(shí)會(huì)出現(xiàn)失重現(xiàn)象？學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，利用DIS實(shí)驗(yàn)?zāi)M電梯下行來驗(yàn)證自己的想法.

評(píng)析：從思維路徑與行為路徑來看，解決以上3個(gè)問題是學(xué)生進(jìn)行“概括抽象—建立聯(lián)系，尋找本質(zhì)—重建結(jié)構(gòu)”的環(huán)節(jié).其中，解決問題1、2是利用牛頓運(yùn)動(dòng)定律從理論角度進(jìn)行概括抽象、尋找本質(zhì)的過程.解決問題3是運(yùn)用解決問題1、2的方法來判斷向下加速、向下減速階段中的超失重現(xiàn)象，并用DIS實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，是建立聯(lián)系、重建結(jié)構(gòu)的過程.活動(dòng)2的整個(gè)過程是由具體到抽象再到具體的過程.

活動(dòng)3：將兩塊鐵塊疊在一起，中間夾著1張紙片，讓學(xué)生將紙片抽出來，要求不弄破紙張.觀看如圖6所示視頻：臺(tái)秤上放著重物，靜止釋放臺(tái)秤，觀察臺(tái)秤下降過程中示數(shù)的大小.

圖6

評(píng)析：從思維路徑與行為路徑來看，這是學(xué)生“解決問題，鞏固結(jié)構(gòu)”的環(huán)節(jié).學(xué)生直接抽紙片時(shí)，紙片被拉破.在釋放疊在一起的鐵塊后，輕輕一拉，紙片完好無損地被抽出.再展示圖6所示視頻，發(fā)現(xiàn)臺(tái)秤示數(shù)為零，說明物體自由下落時(shí)，處于完全失重狀態(tài).即自由釋放疊在一起的鐵塊，上面鐵塊對(duì)下面鐵塊沒有壓力，自然能將夾在鐵塊之間的紙片無損地抽出.

活動(dòng)4：如圖7所示，將盛水的側(cè)壁開有小孔的礦泉水瓶自由釋放，猜測(cè)自由下落的瓶子是否漏水？觀察實(shí)驗(yàn)，再觀看慢放的實(shí)驗(yàn)視頻，驗(yàn)證自己的猜想，并從理論上解釋自由下落的瓶子不漏水的現(xiàn)象.隨后，根據(jù)理論猜測(cè)將瓶子豎直上拋或斜著上拋時(shí)，瓶子在空中運(yùn)動(dòng)的過程中是否會(huì)漏出水，同樣通過觀察實(shí)驗(yàn)，再觀看慢放的實(shí)驗(yàn)視頻，驗(yàn)證自己的猜想，并從理論上解釋瓶子不漏水的現(xiàn)象.

圖7

評(píng)析：從思維路徑與行為路徑來看，這是學(xué)生“遷移觀點(diǎn)，活化結(jié)構(gòu)”的環(huán)節(jié).學(xué)生遷移活動(dòng)3中的觀點(diǎn)來解釋：以側(cè)壁小孔處的水平面為界限，將瓶子中的水分成上下兩層；自由釋放瓶子時(shí)，上下兩層水均處于完全失重狀態(tài)，兩者沒有擠壓，水自然不會(huì)流出.隨后解釋豎直上拋與斜著上拋瓶子不會(huì)漏水的現(xiàn)象，學(xué)生明白了在不計(jì)空氣阻力的情況下，不管是自由釋放瓶子還是豎直上拋瓶子、斜著上拋瓶子，其加速度均向下，物體處于完全失重狀態(tài)，水層之間沒有擠壓，瓶內(nèi)的水自然都不會(huì)漏出，從而達(dá)成活化學(xué)生頭腦中的知識(shí)結(jié)構(gòu)的目的.

提出問題1：你能總結(jié)出物體產(chǎn)生超重、失重、完全失重的條件嗎？

提出問題2：跳水運(yùn)動(dòng)員在跳板上被豎直彈起，不計(jì)空氣阻力，則運(yùn)動(dòng)員（1）離開跳板后向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，處于超重狀態(tài)；（2）上升到最高點(diǎn)速度為0時(shí)，處于完全失重狀態(tài)；（3）下降過程中，處于超重狀態(tài).以上判斷是否正確，為什么？

評(píng)析：從思維路徑來看，這是“鞏固結(jié)構(gòu)—活化結(jié)構(gòu)”的環(huán)節(jié).學(xué)生通過總結(jié)產(chǎn)生超重、失重、完全失重的條件，從而穩(wěn)固頭腦中形成的超重與失重的知識(shí)結(jié)構(gòu).通過解決跳水運(yùn)動(dòng)員中各個(gè)階段中的真實(shí)問題，達(dá)成活化知識(shí)結(jié)構(gòu)的目的.從行為路徑來看，這是學(xué)生“解決問題—遷移觀點(diǎn)”的路徑，在解決真實(shí)的跳水問題時(shí)，將從自由落體、豎直上拋、斜拋運(yùn)動(dòng)過程中總結(jié)出的觀點(diǎn)遷移到豎直上拋至最高點(diǎn)速度為0時(shí)的情境，從而經(jīng)歷“具體—抽象—具體”的學(xué)習(xí)路徑，順利實(shí)現(xiàn)超失重觀點(diǎn)的遷移.

3 總結(jié)

為更好地開展基于學(xué)習(xí)路徑的高中物理教學(xué)，在實(shí)踐中我們要關(guān)注以下兩個(gè)事項(xiàng).

（1）要牢牢結(jié)合學(xué)習(xí)路徑的基本特征來開展物理教學(xué).原因是：從學(xué)為中心的視角來看，學(xué)習(xí)路徑有“以學(xué)為本”“適教適學(xué)”“以學(xué)定教”3個(gè)基本特征.相應(yīng)的做法有：① 結(jié)合“以學(xué)為本”的特征，開展“以學(xué)生的學(xué)習(xí)心理路徑或?qū)W習(xí)行為路徑為本”的物理教學(xué)；② 結(jié)合“適教適學(xué)”的特征，開展“以適合自己學(xué)生已有素養(yǎng)，適合自己學(xué)生可達(dá)素養(yǎng)來教”的物理教學(xué)；③ 結(jié)合“以學(xué)定教”的特征，開展“以學(xué)生的學(xué)習(xí)路徑來確定教師的教學(xué)路徑”的物理教學(xué).

（2）要根據(jù)學(xué)習(xí)內(nèi)容的實(shí)際情況來靈活實(shí)施學(xué)習(xí)路徑.原因是：不同的學(xué)習(xí)內(nèi)容完成一個(gè)完整的學(xué)習(xí)路徑所需課時(shí)是不同的.對(duì)應(yīng)的做法為：從大單元視角入手，在教學(xué)中靈活實(shí)施基于學(xué)習(xí)路徑的物理教學(xué)，不必在1節(jié)課內(nèi)完成如圖1、圖2所示學(xué)生思維（或行為）路徑上所有環(huán)節(jié)的教學(xué).例如，有些學(xué)習(xí)內(nèi)容需要一個(gè)單元，即幾個(gè)課時(shí)才能完成這樣一個(gè)完整的學(xué)習(xí)路徑.像一個(gè)規(guī)律的得出可能到“尋找本質(zhì)、概括抽象”環(huán)節(jié)時(shí)就已下課了，后續(xù)的1節(jié)或2節(jié)習(xí)題課可能到“鞏固結(jié)構(gòu)、解決問題”環(huán)節(jié)時(shí)又結(jié)束了，最后在單元復(fù)習(xí)時(shí)才能完成“活化結(jié)構(gòu)、遷移觀點(diǎn)”這個(gè)環(huán)節(jié).

總之，基于學(xué)習(xí)路徑的高中物理教學(xué)是在課堂教學(xué)中落實(shí)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要途徑，其中還有許多需要進(jìn)一步探索的問題，值得一線教師進(jìn)一步去研究、實(shí)踐、總結(jié)與推廣.