“最近發(fā)展區(qū)”在高中物理教學(xué)中的完美體現(xiàn)
——以《超重和失重》教學(xué)為例

杭周強(qiáng)

（宜興市官林中學(xué)，江蘇 無錫 214251）

0 引言

廣大高中物理教師對建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論有一定程度了解，但是對最近發(fā)展區(qū)理論稍顯陌生。最近發(fā)展區(qū)理論是建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的重要組成部分，對建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的發(fā)展有重要的促進(jìn)作用。高中物理教師采用建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論來指導(dǎo)教學(xué)，繞不開最近發(fā)展區(qū)理論的應(yīng)用。

1 最近發(fā)展區(qū)理論

最近發(fā)展區(qū)理論是前蘇聯(lián)教育心理學(xué)家維果斯基所提出的一種學(xué)習(xí)理論。最近發(fā)展區(qū)理論認(rèn)為學(xué)習(xí)者存在著兩種發(fā)展區(qū)：第一種發(fā)展區(qū)是學(xué)習(xí)者以自身能力所能達(dá)到的解決問題的水平；第二種發(fā)展區(qū)是教學(xué)所能達(dá)到的解決問題的水平，是學(xué)習(xí)者潛在的水平。根據(jù)最近發(fā)展區(qū)理論，教學(xué)的核心目標(biāo)在于促進(jìn)學(xué)生由第一重發(fā)展區(qū)向第二重發(fā)展區(qū)跨越。要實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變，教師應(yīng)采取兩種教學(xué)手段：第一種教學(xué)手段，激勵。教師激勵學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)的動力，去主動探尋新知識，邁過潛在發(fā)展區(qū)。第二種教學(xué)手段：支持。教師提供支持手段（支架）幫助學(xué)生邁過潛在發(fā)展期。

2 教學(xué)案例分析

案例課題為：“超重和失重”，以下為教學(xué)過程。

2.1 測量重力的兩種方法

教師提問：如何知道物體的重力？學(xué)生討論（兩分鐘左右）。學(xué)生回答：可以通過兩種方法測量物體的重力：方法一、使用彈簧測力計稱量；方法二、使用天平測出物體質(zhì)量，根據(jù)G=mg計算出物體的重力。教師提問：這兩種測量物體重力方法的原理是什么？學(xué)生討論（兩分鐘左右）。學(xué)生回答：方法一使用了二力平衡原理，物體在彈簧測力計拉力和重力作用下處于二力平衡狀態(tài)，拉力和重力的大小相等，因此可以直接從彈簧測力計上讀出物體的重力。方法二運(yùn)用了牛頓第二定律，即F=ma。m為物體的質(zhì)量，g是重力加速度，兩者相乘即為物體受到的重力G。

設(shè)計意圖：超重和失重的本質(zhì)是物體實重和視重間存在差異。要探討超重和失重，必須了解測量物體重力的方法。在教學(xué)過程中，教師采用問題引導(dǎo)（問題支架）的方法讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)兩種測量物體重力的方法，和這兩種方法的力學(xué)原理。教師的問題為學(xué)生的思考指明了方向。教師給學(xué)生充足的時間討論，學(xué)生之間相互提供經(jīng)驗支架，促進(jìn)學(xué)生發(fā)現(xiàn)解決問題的方法。

2.2 超重和失重

教師展示游樂園中“跳樓機(jī)”下落的視頻，如圖1 所示。教師提問：此刻，“跳樓機(jī)”里的乘客是什么感覺？學(xué)生回答：緊張刺激。教師展示問題：假設(shè)跳樓機(jī)向下做勻加速直線運(yùn)動，加速度為6 m/s2。在跳樓機(jī)上安裝一架臺秤，在臺秤上放置一個質(zhì)量為2 kg 的物體，臺秤的讀數(shù)是多少？學(xué)生解答（教師提示學(xué)生受力分析，運(yùn)用牛頓第二定律）。教師總結(jié)：通過計算，可以發(fā)現(xiàn)臺秤稱出來的物體的重力要小于物體的真實重力，即視重小于實重，這種現(xiàn)象叫做失重。教師提問：在具體問題中如何辨別失重現(xiàn)象？學(xué)生回答：加速度向下為失重。教師提問：如果向下的加速度等于重力加速度會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？學(xué)生計算發(fā)現(xiàn)：物體的視重為零。教師總結(jié)：這可以稱為完全失重。處于完全失重的物體重力是不是消失了呢？

圖1 跳跳機(jī)

設(shè)計意圖：教師先展示跳樓機(jī)視頻，激發(fā)學(xué)生探究超重和失重現(xiàn)象的興趣，增加學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)部動力。這為學(xué)生跨越最近發(fā)展區(qū)提供了心理支架。在學(xué)生注意力集中的時候，教師根據(jù)跳樓機(jī)情境抽象出一個問題，要求學(xué)生使用牛頓運(yùn)動定律來解決。教師對于細(xì)節(jié)的指導(dǎo)為學(xué)生提供了支架。通過計算和思考，學(xué)生發(fā)現(xiàn)了失重現(xiàn)象的本質(zhì)原因。教師再引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)探究所得，為學(xué)生建構(gòu)知識體系做好準(zhǔn)備。教師通過引導(dǎo)讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)了完全失重現(xiàn)象，使學(xué)生跨越了最近發(fā)展區(qū)。

教師展示變式：如果跳樓機(jī)向上做勻加速直線運(yùn)動，臺秤的讀數(shù)又是多少？學(xué)生討論解決此變式。教師總結(jié)：此時，臺秤的讀數(shù)又大于物體的重力，即視重大于實重，可以稱為超重現(xiàn)象。教師提問：在具體問題中如何判斷超重現(xiàn)象？學(xué)生回答：重力加速度向上為超重。

設(shè)計意圖：在前述情境的基礎(chǔ)上，教師展示了變式問題。教師在不干預(yù)的前提下讓學(xué)生討論（討論支架）解決這個問題。因為有了前面解決問題的經(jīng)驗，學(xué)生可以自主解決變式問題。學(xué)生間的討論建立了許多有益的支架，促進(jìn)學(xué)生達(dá)到自身的潛力發(fā)展水平。學(xué)生在建構(gòu)物理概念的過程中，需要經(jīng)歷豐富的思維探究活動，獲得充實地螺旋式上升的思維體驗[1]。本教學(xué)環(huán)節(jié)體現(xiàn)了這一原則，讓學(xué)生建構(gòu)了超重和失重概念。

2.3 超重和失重的應(yīng)用

教師展示問題：一個人在地面上最多能夠舉起80 千克的物體?，F(xiàn)在這個人站在一臺豎直向上做勻加速直線運(yùn)動的升降機(jī)中，升降機(jī)的加速度為3 m/s2。則此人最多可以舉起質(zhì)量為多大的物體。

學(xué)生討論（教師提示：人的力氣最大有多大？應(yīng)該選取什么作為研究對象？如何進(jìn)行受力分析？）教師提出問題：如果這個人在升降機(jī)中可以舉起120 千克的物體，升降機(jī)可能做什么運(yùn)動？學(xué)生的答案為：可能向下做勻加速直線運(yùn)動，也有可能向上做勻減速直線運(yùn)動。

設(shè)計思路：在本教學(xué)環(huán)節(jié)中，教師提出了一個十分有趣的問題，要求學(xué)生解答。在解決第一個問題時，教師給予充分的指導(dǎo)，解決學(xué)生分析問題時出現(xiàn)的困難。在學(xué)生成功解決第一個問題后，教師立刻展示變式問題，引導(dǎo)學(xué)生反向思考超重和失重問題，突破學(xué)生的思維障礙。在解決第二個問題時，教師沒有給學(xué)生較多的指導(dǎo)，而是讓學(xué)生以小組討論的形式展開分析，強(qiáng)調(diào)了學(xué)生間的支架作用。因為學(xué)生有了前面的經(jīng)驗，他們可以通過討論解決這個問題。通過這個學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，學(xué)生已經(jīng)深刻認(rèn)知了超重和失重的概念，并且可以運(yùn)用牛頓運(yùn)動定律來解決超重和失重問題。教師并沒有將超重和失重作為獨特的物理現(xiàn)象來強(qiáng)調(diào)，而是將它們?nèi)谌氲脚ｎD運(yùn)動定律的應(yīng)用中，抓住了物理學(xué)的基本思想方法。

2.4 拓展

教師布置任務(wù)：請你設(shè)計一個實驗來觀察生活中的超重和失重現(xiàn)象。學(xué)生展示他們的想法。教師要求學(xué)生利用課外時間實現(xiàn)他們的想法。

設(shè)計意圖：學(xué)生已經(jīng)理解超重和失重的概念，也可以分析簡單的超重和失重問題。由于學(xué)生缺乏觀察，他們難以了解生活中的超重和失重現(xiàn)象。因此，教師設(shè)計這個任務(wù)，鼓勵學(xué)生走入生活，去生活中發(fā)現(xiàn)超重和失重現(xiàn)象。學(xué)生在課外實施了探究。一些學(xué)生發(fā)現(xiàn)人站在臺秤上下蹲和站立過程中出現(xiàn)超重和失重現(xiàn)象，他們借助彈簧測力計探究了這個現(xiàn)象。學(xué)生不僅觀察了這種超重和失重現(xiàn)象，還借助數(shù)學(xué)工具對超重和失重進(jìn)行了定量分析。有些學(xué)生發(fā)現(xiàn)電梯在運(yùn)動過程中存在超重和失重現(xiàn)象。這些學(xué)生借助彈簧測力計研究了電梯的超重和失重現(xiàn)象。有些學(xué)生發(fā)現(xiàn)載人火箭在發(fā)射過程中存在著超重和失重現(xiàn)象，他們查閱資料，研究了火箭發(fā)射的過程，如圖2 所示為太空中的失重。

圖2 太空中的失重

3 教學(xué)反思

3.1 定位要準(zhǔn)

建構(gòu)主義強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，強(qiáng)調(diào)學(xué)生對知識的主動探索、發(fā)現(xiàn)和對所學(xué)知識意義的主動建構(gòu)[2]。因此教學(xué)定位要關(guān)注學(xué)生，即教學(xué)目標(biāo)要準(zhǔn)確。高中物理每一次教學(xué)都有具體明確的任務(wù)。提升教學(xué)效率的前提順利地實現(xiàn)教學(xué)任務(wù)。由于學(xué)生的能力有限，每節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)不能設(shè)計得太高，否則學(xué)生無法完成這個目標(biāo)。最近發(fā)展區(qū)理論針對了學(xué)生的潛力水平。因此教師在設(shè)計教學(xué)目標(biāo)時要充分考慮基于教學(xué)內(nèi)容下學(xué)生能夠達(dá)成的最高潛力水平。在一些教學(xué)中，教師甚至可以適當(dāng)降低學(xué)生的發(fā)展目標(biāo)，為學(xué)生減負(fù)。在《超重和失重》教學(xué)中，教師所設(shè)定的教學(xué)目標(biāo)十分準(zhǔn)確，要求學(xué)生理解超重和失重的概念、能夠利用牛頓運(yùn)動定律解決簡單的超重和失重問題。學(xué)生在學(xué)習(xí)時充滿活力，感覺輕松，學(xué)習(xí)效果較好。

3.2 起點要低

許多教師認(rèn)為教學(xué)要高起點。這種看法存在偏頗。面對一個新的知識，學(xué)生的感受是陌生的，甚至排斥的。如果教師設(shè)定的起點太高，會將學(xué)生拒絕在學(xué)習(xí)大門外。在本次教學(xué)中，教師以學(xué)生十分熟悉地測量物體重力的方法入手，較好地執(zhí)行了起點要低的基本原則。在進(jìn)行超重和失重教學(xué)時，教師也沒有一下子就和學(xué)生分析超重和失重的力學(xué)原理，而是展示了跳樓機(jī)視頻，在充分激發(fā)學(xué)生興趣的時候，教師才引導(dǎo)學(xué)生去分析跳樓機(jī)中的超重和失重，充分體現(xiàn)了起點要低的原則。

3.3 支架要穩(wěn)

要幫助學(xué)生從第一種發(fā)展區(qū)跨越到第二種發(fā)展區(qū)，教師需要提供給學(xué)生合適的支架。在教學(xué)中可以應(yīng)用的支架有問題支架、討論支架、技術(shù)支架等。問題支架是最為常用的一種支架，即由教師提出問題，啟發(fā)學(xué)生思維。問題支架可以應(yīng)用在教學(xué)的任一環(huán)節(jié)。一旦學(xué)生出現(xiàn)探究困難，教師即可以提出問題，幫助學(xué)生突破思維障礙，實現(xiàn)最近發(fā)展區(qū)的躍遷。討論支架是指學(xué)生之間通過討論形成的支架。學(xué)生的學(xué)習(xí)經(jīng)驗比較接近。在討論的過程中，學(xué)生相互分享經(jīng)驗，這些經(jīng)驗可以成為跨越最近發(fā)展區(qū)的支架。討論往往是多名學(xué)生相互交流的過程，可以形成許多層次不同的支架，促進(jìn)所有學(xué)生發(fā)展。技術(shù)支架是指教師使用技術(shù)手段幫助學(xué)生突破障礙的方法。技術(shù)工具已經(jīng)成為學(xué)生建構(gòu)的好幫手。在教學(xué)過程中，教師可以選擇適合的技術(shù)支架工具來幫助學(xué)生飛躍最近發(fā)展區(qū)。

4 結(jié)語

知識不是通過教師的傳授得到的，而是學(xué)習(xí)者在一定的情境下，借助必要的學(xué)習(xí)工具和他人的幫助，通過意義建構(gòu)的方式獲得的[3]。最近發(fā)展區(qū)為學(xué)生提供了學(xué)習(xí)的意義。最近發(fā)展區(qū)理論指出了學(xué)生發(fā)展的路徑，在高中物理教學(xué)中要充分利用。首先，教師要清楚學(xué)生的潛在能力。然后，教師采用合適的支架幫助學(xué)生突破最近發(fā)展區(qū)，實現(xiàn)素養(yǎng)的提升。支架的形式較多，在教學(xué)中教師要選擇適合學(xué)生的支架，促進(jìn)學(xué)生發(fā)展。