基于建構(gòu)主義的探究式教學(xué)設(shè)計
——以“運(yùn)動的合成與分解”為例

陶征秀

（馬鞍山市紅星中學(xué)，安徽馬鞍山 243011）

建構(gòu)主義教學(xué)理論強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心、學(xué)生是知識意義的主動建構(gòu)者，教師是教學(xué)過程的組織者、指導(dǎo)者、意義建構(gòu)的幫助者、促進(jìn)者。教材知識不再是教師傳授的內(nèi)容，而是學(xué)生主動建構(gòu)意義的對象；媒體也不再是幫助教師傳授知識的手段、方法，而是用來創(chuàng)設(shè)情境、學(xué)生主動學(xué)習(xí)、協(xié)作探究的認(rèn)知工具。[1]建構(gòu)主義理論體現(xiàn)了核心素養(yǎng)的觀點、與思維學(xué)習(xí)目標(biāo)相輔相成，教學(xué)中對建構(gòu)主義理論有效的應(yīng)用，有助于教學(xué)效果的提高[2]。

一、教學(xué)設(shè)計思路

建構(gòu)主義的知識觀強(qiáng)調(diào)學(xué)生的學(xué)習(xí)以已有知識為基礎(chǔ)，構(gòu)建自己的知識體系。為了有效促進(jìn)學(xué)生發(fā)展，新知識的學(xué)習(xí)要處于學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)。在實現(xiàn)新知識構(gòu)建的過程中，是學(xué)生主動在教師引導(dǎo)下完成的自我發(fā)展的過程。課堂教學(xué)以問題的探究為主線，以知識和能力的發(fā)展為媒介，以學(xué)科核心素養(yǎng)的達(dá)成為目的?？梢杂靡韵驴蚣軋D來表示教學(xué)設(shè)計的思路：[3]

圖1

課堂教學(xué)中，為了物理學(xué)科核心素養(yǎng)充分落實，一定要充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用。物理學(xué)科的特點是對知識的學(xué)習(xí)和能力的培養(yǎng)，高度依賴于對物理問題的探究過程，機(jī)械的灌輸很難讓學(xué)生深層次理解物理概念，更難以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)品質(zhì)和創(chuàng)新能力。因此，對于一些內(nèi)容的教學(xué)尤其是實驗內(nèi)容的教學(xué)，采用探究式教學(xué)模式，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。對本節(jié)“運(yùn)動的合成與分解”的教學(xué)過程，可以以問題為導(dǎo)向，科學(xué)探究：蠟塊的運(yùn)動性質(zhì)、合運(yùn)動與分運(yùn)動的關(guān)系、運(yùn)動的合成與分解三個教學(xué)問題，落實課堂教學(xué)的目的，用以下框架圖表示探究式教學(xué)的過程。

圖2

在實驗探究的過程中，學(xué)生需要觀察、合作、思考與討論，因此科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的培養(yǎng)貫穿于整個探究過程。從上圖可以看出，推進(jìn)教學(xué)的過程也是學(xué)科核心素養(yǎng)達(dá)成的過程。

二、“運(yùn)動的合成與分解”教學(xué)過程

（一）實驗探究

問題探究一：蠟塊的運(yùn)動性質(zhì)

演示實驗1：蠟塊運(yùn)動的分運(yùn)動。

教師創(chuàng)設(shè)問題探究的情景，讓學(xué)生直觀觀察運(yùn)動過程，引導(dǎo)學(xué)生探究問題。

問題解答的潛在能力要求位于學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，學(xué)生小組討論，可以完成知識構(gòu)建，明確蠟塊參與的分運(yùn)動：

（1）水平方向：蠟塊隨玻璃管向右做勻速直線運(yùn)動。

（2）豎直方向：蠟塊相對玻璃管向上做勻速直線運(yùn)動。

演示實驗2：請同學(xué)們以白板為背景，觀察蠟塊的運(yùn)動軌跡，猜想蠟塊的運(yùn)動性質(zhì)。

學(xué)生觀察蠟塊的運(yùn)動，基于小組談?wù)?，讓學(xué)生意識到對于復(fù)雜運(yùn)動，憑感官很難直接確定運(yùn)動性質(zhì)，問題的理性分析，需要尋求研究方法。

圖3

探究引導(dǎo)：如何獲得蠟塊的運(yùn)動軌跡？

引導(dǎo)學(xué)生回顧自由落體運(yùn)動的研究方法，提出用頻閃照相的方法獲得蠟塊的運(yùn)動軌跡。在此以學(xué)生已有知識為基礎(chǔ)，形成已有方法對問題的解決思路。該問題的解決，直接基于學(xué)生的實驗知識遷移。

學(xué)生協(xié)作活動：在教師指導(dǎo)下，兩名學(xué)生用秒表和畫筆配合，模擬頻閃照相描繪蠟塊的運(yùn)動軌跡。

圖4

整個過程，以問題為導(dǎo)向，基于學(xué)生的已有認(rèn)知，推動教學(xué)的開展。同時，通過分組討論、合作探究，提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。

圖5

借鑒打點計時器紙帶點跡的分析方法，分析蠟塊運(yùn)動過程中點跡分布特點：大致分布于同一條直線上，相鄰兩點間距大致相等。在問題探究的過程中，學(xué)生不斷完成知識的構(gòu)建，課堂變得生動而有趣。

實驗探究結(jié)論：考慮實驗誤差，蠟塊應(yīng)該是做向右上方的勻速直線運(yùn)動。

問題探究二：合運(yùn)動與分運(yùn)動的關(guān)系

引導(dǎo)問題：（1）合運(yùn)動與分運(yùn)動所用的時間有什么關(guān)系？

觀察蠟塊的運(yùn)動過程，學(xué)生分組討論，注重學(xué)生的交流合作，得出結(jié)論：合運(yùn)動與分運(yùn)動同時開始、同時結(jié)束，經(jīng)歷時間相同，具有等時性。

（2）改變玻璃管在水平方向的運(yùn)動速度，蠟塊從A（玻璃管下部紅圈處）運(yùn)動到B（玻璃管上部紅圈處）的時間會變嗎？水平方向玻璃管的運(yùn)動，會不會影響蠟塊在豎直方向的運(yùn)動？這體現(xiàn)了分運(yùn)動之間的什么特性？[4]

加強(qiáng)學(xué)生物理是基于實驗的觀念，學(xué)生談?wù)?、設(shè)計實驗方案，開展探究、得出答案：第一次玻璃管不動，記錄蠟塊從A運(yùn)動到B的時間；第二次玻璃管水平運(yùn)動，記錄蠟塊從A運(yùn)動到B的時間。對比兩次記錄的時間，分析實驗結(jié)果。

合作探究：

（1）學(xué)生在實驗基礎(chǔ)上，思考合運(yùn)動與分運(yùn)動的關(guān)系；

（2）兩位學(xué)生秒表計時，對比玻璃管不動和運(yùn)動時，蠟塊由底部運(yùn)動到頂部的時間。分析時間記錄結(jié)果，得出實驗結(jié)論。

整個過程以實驗為手段，學(xué)生合作、探究完成問題的解答，驗證合運(yùn)動與分運(yùn)動的關(guān)系，避免直接告訴學(xué)生答案，既符合物理學(xué)研究特點，又能加深學(xué)生對知識的理解。

問題探究三：運(yùn)動的合成與分解

課堂引導(dǎo)：根據(jù)實驗結(jié)果，學(xué)生分別作出蠟塊合運(yùn)動與分運(yùn)動的位移。

圖6

問題引導(dǎo)：合運(yùn)動與分運(yùn)動的位移有何關(guān)系特點。

通過直觀的圖形分析，得出探究結(jié)論：合運(yùn)動與分運(yùn)動的位移，滿足平行四邊形定則。

引導(dǎo)問題：合運(yùn)動與分運(yùn)動的速度，也滿足平行四邊形定則嗎？

小組討論：合運(yùn)動與分運(yùn)動具有等時性，位移之間遵循平行四邊形定則，所以合運(yùn)動與分運(yùn)動的速度也遵循平行四邊形法則。

理論證明，合運(yùn)動與分運(yùn)動的加速度也遵循平行四邊形法則。

基于以上實驗的探究過程、實驗的結(jié)論以及邏輯分析，師生共同構(gòu)建新的物理觀念：

（1）由分運(yùn)動求合運(yùn)動的過程叫運(yùn)動的合成。

（2）由合運(yùn)動求分運(yùn)動的過程叫運(yùn)動的分解。

運(yùn)動的合成與分解，其本質(zhì)即為描述運(yùn)動的物理量的合成與分解都遵守平行四邊形定則。

引導(dǎo)問題，類比合力與分力的關(guān)系，基于已學(xué)知識的遷移，構(gòu)建和運(yùn)動與分運(yùn)動的等效性。

（3）等效性：各個分運(yùn)動疊加起來的效果與合運(yùn)動相同。

以上內(nèi)容就是基于建構(gòu)主義的理論，在實驗探究的基礎(chǔ)上，以問題為導(dǎo)向?qū)訉由钊胪苿咏虒W(xué)，完成學(xué)生知識構(gòu)建、能力培養(yǎng)的探究式教學(xué)過程。教學(xué)中，教師的主導(dǎo)作用和學(xué)生的主體作用都充分地得以展現(xiàn)，課堂目的明確、節(jié)奏感強(qiáng)、效率高。

（二）理論探究

探究方法回顧：要進(jìn)行定量的物理研究，首先要建立坐標(biāo)系。這既是已有知識的回顧應(yīng)用，也是新知識、方法構(gòu)建的基礎(chǔ)。

師生共同完成：以蠟塊開始勻速運(yùn)動的位置為原點O，以水平向右的方向和豎直向上的方向分別為x軸和y軸的方向，建立平面直角坐標(biāo)系。

思考與探究：

請同學(xué)們，應(yīng)用我們剛才所學(xué)的知識，分組探究以下問題：

（1）蠟塊運(yùn)動過程中P點的位置如何表示？求出蠟塊的軌跡方程。

（2）求出蠟塊位移的大小和方向。

（3）蠟塊運(yùn)動的速度方向和大小是怎樣的？

（4）蠟塊做什么性質(zhì)的運(yùn)動？

學(xué)生活動：分組理論探究蠟塊的運(yùn)動性質(zhì)。

設(shè)計意圖：培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用知識、理論探究問題的能力和團(tuán)結(jié)協(xié)作能力。

在理論探究過程，指導(dǎo)學(xué)生知識建構(gòu)，滲透學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)。問題存在一定的難度，但問題的設(shè)置都在學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，學(xué)生具備完成任務(wù)的知識和能力。探究過程注重引導(dǎo)學(xué)生對已有知識的遷移，為了順利完成任務(wù)，教學(xué)中注重兩個方面：第一是學(xué)生小組內(nèi)的討論、協(xié)作；第二是教師適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)。

問題探究一：蠟塊的位置

圖7 蠟塊的位置

如圖，t時刻蠟塊的位置，P(x，y)：

問題探究二：蠟塊運(yùn)動的軌跡和位移

數(shù)學(xué)是物理學(xué)習(xí)的重要工具，培養(yǎng)學(xué)生用數(shù)學(xué)知識處理物理問題的習(xí)慣：上面x、y的表達(dá)式中消去中間變量t，這樣就得到：，

表達(dá)式代表的是一條過原點的直線，也就是說，蠟塊的運(yùn)動軌跡是直線。

根據(jù)矢量的運(yùn)算法則：

從計時開始到時刻t，蠟塊運(yùn)動位移的大小是

圖8 蠟塊的位移

問題探究三：蠟塊運(yùn)動的速度

如圖所示：速度v與vx、vy的關(guān)系根據(jù)矢量的運(yùn)算法則，得出它們之間的關(guān)系：

圖9 蠟塊的速度

方向：設(shè)速度方向與x軸夾角為θ，

探究結(jié)論：蠟塊做向右上方的勻速直線運(yùn)動。

學(xué)生活動：在教師的引導(dǎo)下，依次完成上述各個物理量的推導(dǎo)過程，明確蠟塊運(yùn)動的軌跡、位移和速度。

設(shè)計意圖：分組協(xié)作，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊意識和理論探究問題的能力。幫助學(xué)生進(jìn)一步了解熟悉運(yùn)動和合成所遵循的運(yùn)算法則——平行四邊形定則。

理論探究過程，教師要及時與存在困難的學(xué)生溝通，做好學(xué)生思維發(fā)展的引導(dǎo)者，幫助學(xué)生正確構(gòu)建知識，在探究中體驗合作、培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力。

三、教學(xué)設(shè)計小結(jié)

基于建構(gòu)主義的教學(xué)設(shè)計需要把握以下五個要點：[5]

（一）輕松的課堂氛圍

課堂氛圍的創(chuàng)設(shè)，是高效教學(xué)過程的保障。在探究式教學(xué)過程中，開放的、民主的課堂氣氛有利于促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)，為學(xué)生積極參與課堂提供前提，學(xué)生樂于參與課堂教學(xué)、并積極有創(chuàng)造性地發(fā)表自己的觀點，這樣的氣氛利于批判性、創(chuàng)造性的思維能力的發(fā)展。

（二）恰當(dāng)?shù)膯栴}情境

為了實現(xiàn)知識的構(gòu)建，教師往往需要設(shè)計好問題探究的情境，如本節(jié)問題探究的情境就是蠟塊在玻璃管中的運(yùn)動，教學(xué)從學(xué)生觀察蠟塊的運(yùn)動開始，進(jìn)而引發(fā)一系列問題、不斷深入教學(xué)，所有知識和思維的形成都是基于這個實驗。切合教學(xué)需求的問題情境，是整個教學(xué)設(shè)計的基礎(chǔ)。相反，如果是不恰當(dāng)?shù)膯栴}情境，往往使得課堂效率低下，概念形成直觀性、邏輯性都比較差。

（三）有效的問題引導(dǎo)

為了有助于學(xué)生自主地構(gòu)建知識體系，探究過程中問題的引導(dǎo)尤為關(guān)鍵。教師主導(dǎo)作用是穩(wěn)步推進(jìn)課堂教學(xué)，學(xué)生主體作用能否充分發(fā)揮，往往取決于探究環(huán)節(jié)與問題引導(dǎo)是否恰當(dāng)。如在本節(jié)設(shè)計中，提出“如何獲得蠟塊的運(yùn)動軌跡？”，是問題的探究，又是已學(xué)知識的遷移應(yīng)用，有力地推動了課堂教學(xué)。問題的設(shè)計一定要指向明確、不能含糊不清，并且知識的發(fā)展要位于學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)。在合作探究時，教師要及時抓住學(xué)生的問題所在、并給予解答，這樣可以提高學(xué)生的效率，還可以增強(qiáng)學(xué)生探究問題的信心。

（四）高效的分組協(xié)作

探究式教學(xué)過程中，學(xué)生的分組協(xié)作是必不可少的，“協(xié)作”既能提高課堂效率，又可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。在日常教學(xué)中，要有意識地讓學(xué)生有分組協(xié)作的習(xí)慣，讓學(xué)生在小組內(nèi)部合理分工，保證在問題探究的過程中人人有事做、有人人不可缺。學(xué)生的能力傾向要事先做好了解，盡量讓學(xué)習(xí)小組能高效運(yùn)行，而不是停留在表面。

（五）必要的知識遷移

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)觀認(rèn)為新知識的構(gòu)建是基于學(xué)生已有的經(jīng)驗，而學(xué)生的知識學(xué)習(xí)也是層層遞進(jìn)，不斷深入的。教學(xué)中必要的知識遷移，不僅可以培養(yǎng)學(xué)生的知識應(yīng)用能力，還可以促進(jìn)新舊知識的有效整合，形成知識體系。如本節(jié)所學(xué)和運(yùn)動與分運(yùn)動的等效性，是基于合力與分力關(guān)系的類比遷移。理論探究的過程，是已有知識完整的應(yīng)用和提升過程。

四、教學(xué)評價

本節(jié)教學(xué)的設(shè)計，以建構(gòu)主義為理論基礎(chǔ)，以探究式教學(xué)為手段，可以高效地落實學(xué)科核心素養(yǎng)。教學(xué)注重面向全體學(xué)生，同時滿足學(xué)生發(fā)展的全面性。教學(xué)的每一個教學(xué)環(huán)節(jié)、每一個概念的形成，都基于學(xué)生自身的實驗觀察、設(shè)計和思考，展現(xiàn)學(xué)生的主體作用。引導(dǎo)學(xué)生討論，避免了知識的機(jī)械灌輸，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，讓學(xué)生在課堂中體驗問題解決的成就感。同時，教師恰當(dāng)?shù)匾龑?dǎo)，使得學(xué)生知識的構(gòu)建形成系統(tǒng)性。師生共同合作，讓教學(xué)過程既是概念形成的過程，又是思維發(fā)展、能力提升的過程。