王樂楷

(浙江師范大學(xué)基礎(chǔ)教育質(zhì)量監(jiān)測中心 浙江 金華 321004)

轉(zhuǎn)變“迷思概念”：任務(wù)驅(qū)動下的“5E”探究教學(xué)設(shè)計(jì)
——以“探究杠桿平衡條件”為例

王樂楷

(浙江師范大學(xué)基礎(chǔ)教育質(zhì)量監(jiān)測中心 浙江 金華 321004)

介紹了迷思概念及轉(zhuǎn)變迷思概念的“5E”教學(xué)模式．提出了以任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法、PBL教學(xué)法為載體的 “5E”探究教學(xué)模式，并探討了該模式下具體的教學(xué)設(shè)計(jì)策略．

迷思概念 “5E”教學(xué)模式 任務(wù)驅(qū)動教學(xué)PBL教學(xué) 教學(xué)設(shè)計(jì)

1 迷思概念及其轉(zhuǎn)變

作為物理教師都十分清楚，概念教學(xué)是物理教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)．學(xué)生在學(xué)習(xí)物理概念之前頭腦里并非一片空白，而是已經(jīng)存在許多能解釋自然世界的概念，這些概念中與科學(xué)概念不一致的概念就是所謂的“迷思概念”(Misconception)[1]．

迷思概念存在廣泛性和頑固性的特點(diǎn)，廣泛性是指在任何領(lǐng)域或年齡的許多人可能同時(shí)擁有相同的迷思概念；頑固性是指多數(shù)的迷思概念很難改變，學(xué)生傾向用自己的想法來解釋科學(xué)概念，傳統(tǒng)的教學(xué)方式對之收效不大[2]．

根據(jù)建構(gòu)主義倡導(dǎo)的教學(xué)理論，科學(xué)教學(xué)需要以學(xué)生原有的概念為基礎(chǔ)，幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)從迷思概念到科學(xué)概念的轉(zhuǎn)變[3]．概念轉(zhuǎn)變就是一個解構(gòu)原有概念建立新概念的過程．認(rèn)知沖突教學(xué)被認(rèn)為是解構(gòu)迷思概念的有效手段．

2 整合任務(wù)驅(qū)動和PBL教學(xué)的“5E”探究模式

探究式教學(xué)是我國新課程改革倡導(dǎo)的教學(xué)方式，是教師在理解“科學(xué)探究”基本精神的基礎(chǔ)上，在自由創(chuàng)設(shè)的、有結(jié)構(gòu)的、能促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知與情感發(fā)展的教學(xué)情境中，讓學(xué)生自己動手、動腦，主動獲取科學(xué)知識和發(fā)展探究能力的一種教學(xué)方式[4]．在新課改過程中各地出現(xiàn)了許多先進(jìn)的探究教學(xué)模式，區(qū)別于其他探究教學(xué)模式，“5E”探究教學(xué)模式更加注重概念轉(zhuǎn)變過程中新概念的建構(gòu)．

“5E”教學(xué)是美國生物學(xué)課程研究(BSCS,1989)開發(fā)的一種基于建構(gòu)主義理論和概念轉(zhuǎn)變理論的模式．“5E”教學(xué)模式有5個環(huán)節(jié)構(gòu)成，分別是：

吸引(Engagement)

探究(Exploration)

解釋(Explanation)

遷移(Elaboration )

評價(jià)(Evaluation)[5]

5E教學(xué)模式的吸引階段開始于學(xué)生迷思概念的認(rèn)知沖突情境；探究階段建立在學(xué)生認(rèn)知沖突的基礎(chǔ)之上；解釋階段是學(xué)生對新概念的重新建構(gòu)的過程；遷移階段是學(xué)生將新概念與原有經(jīng)驗(yàn)或其他概念建立聯(lián)系的過程；而評價(jià)貫穿在所有環(huán)節(jié)之中．一直以來，“5E”教學(xué)模式的研究關(guān)注于教學(xué)模式流程的開展，對“5E”教學(xué)模式載體的討論并不多見，一些教師在“5E”教學(xué)模式實(shí)踐過程中還是碰到了一些問題，主要表現(xiàn)為教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)上的困難，如何“填充”這些環(huán)節(jié)，是一個值得研究的問題．

任務(wù)驅(qū)動教學(xué)是一種以建構(gòu)主義理論，主張將教學(xué)內(nèi)容隱含在一個或幾個代表性的任務(wù)中完成教學(xué)活動的教學(xué)方法[6]．而對于PBL(Problem-based learning)教學(xué)是以問題導(dǎo)向的，圍繞問題組織教學(xué)內(nèi)容的教學(xué)方法[7]．

兩種教學(xué)方法的共同特征是導(dǎo)向性和情景性，都是基于情景引導(dǎo)學(xué)生完成學(xué)習(xí)任務(wù)．兩種方法的區(qū)別在于任務(wù)驅(qū)動教學(xué)更傾向于情景性，而PBL教學(xué)的導(dǎo)向性更為強(qiáng)烈．概念轉(zhuǎn)變教學(xué)的師生活動設(shè)計(jì)要求創(chuàng)設(shè)認(rèn)知沖突情境，引導(dǎo)學(xué)生的迷思概念向科學(xué)概念轉(zhuǎn)變，所以導(dǎo)向性和情景性是轉(zhuǎn)變學(xué)生迷思概念的“5E”探究教學(xué)各個環(huán)節(jié)展開和銜接的關(guān)鍵特征．典型任務(wù)和問題情境為“5E”教學(xué)模式提供了一種載體．筆者在整合任務(wù)驅(qū)動教學(xué)和PBL教學(xué)的基礎(chǔ)上，提出了一種新的“5E”教學(xué)流程模型(圖1)．

圖1 整合任務(wù)驅(qū)動和PBL教學(xué)的“5E”探究模式模型

在整合任務(wù)驅(qū)動和PBL教學(xué)的“5E”探究模式中，以典型任務(wù)或情景的形式把“5E”教學(xué)模式的各個環(huán)節(jié)展現(xiàn)出來，以問題的形式完成各個環(huán)節(jié)的銜接過渡，以典型任務(wù)的完成情況作為各個環(huán)節(jié)的評價(jià)．各個環(huán)節(jié)的典型任務(wù)設(shè)計(jì)的主要原則是：吸引階段關(guān)注學(xué)生的生活和興趣，創(chuàng)造迷思概念的認(rèn)知沖突情境；探究階段體現(xiàn)科學(xué)探究的本質(zhì)精神，充分調(diào)動學(xué)生動手、動腦的積極性；解釋階段為學(xué)生搭建新知識與舊知識建立聯(lián)系的平臺；遷移階段為學(xué)生提供利用新知識解決新問題的機(jī)會．

3 轉(zhuǎn)變迷思概念的“5E”探究教學(xué)設(shè)計(jì)

以“探究杠桿平衡條件”為例，探討運(yùn)用整合任務(wù)驅(qū)動和PBL教學(xué)的“5E”探究模式進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)的具體策略．

3.1 設(shè)計(jì)思想

本節(jié)課在課前通過二段式量表[8]診斷了學(xué)生對杠桿平衡條件存在的“傾斜的杠桿處于非平衡狀態(tài)”、“杠桿的升降只與兩側(cè)懸掛重物質(zhì)量有關(guān)”、“在同一點(diǎn)對杠桿施加方向不同但大小相同的力，對杠桿平衡的效果沒有差異”等迷思概念的基礎(chǔ)上，從學(xué)生的迷思概念出發(fā)，設(shè)計(jì)了多個典型任務(wù)和問題，讓學(xué)生在完成任務(wù)的過程中利用多種思維方式和學(xué)習(xí)方式積極地建構(gòu)知識，經(jīng)歷類似科學(xué)家研究科學(xué)問題的歷程獲得知識與應(yīng)用知識，最終實(shí)現(xiàn)由迷思概念到科學(xué)概念的轉(zhuǎn)變．

3.2 學(xué)習(xí)內(nèi)容分析

(1)章節(jié)地位

“探究杠桿的平衡條件”是“浙教版”《科學(xué)》九年級上第3章“能量轉(zhuǎn)化與守恒”第4節(jié)“簡單機(jī)械”第3課時(shí)的內(nèi)容．本節(jié)課是對之前所學(xué)的杠桿的定義與要素的延伸，是學(xué)生在初步認(rèn)識杠桿及其要素之后，對它們之間的相互關(guān)系的進(jìn)一步認(rèn)識．本節(jié)課是學(xué)生領(lǐng)會杠桿內(nèi)涵，重新認(rèn)識杠桿的重要一課．學(xué)生在本節(jié)課中對杠桿的認(rèn)識的深入程度，直接影響到之后對滑輪等簡單機(jī)械的實(shí)質(zhì)認(rèn)識．

(2)教材內(nèi)容

教材首先介紹了杠桿平衡的定義，進(jìn)而提出問題：杠桿平衡時(shí)，作用在杠桿上的動力與阻力及其力臂之間存在什么關(guān)系？然后通過玩蹺蹺板的體會，對假設(shè)的建立做出引導(dǎo)，最后設(shè)計(jì)并進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)操作，記錄數(shù)據(jù)分析歸納得到結(jié)論，教材這樣的安排符合科學(xué)探究的一般流程．

3.3 學(xué)習(xí)者分析

(1)已有基礎(chǔ)

學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了杠桿的定義與要素，而且在生活中見過許多杠桿平衡應(yīng)用的實(shí)例．九年級的學(xué)生也有過較多的小組合作的經(jīng)驗(yàn)，之前也做過多次物理實(shí)驗(yàn)，具備一定的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)．

(2)思維障礙

不少學(xué)生缺乏對杠桿平衡的量化的認(rèn)識，雖然大部分學(xué)生可能知道改變力或者力臂會對杠桿平衡產(chǎn)生影響，但對于這個問題的認(rèn)識一直停留在感性層面，不能將這種認(rèn)識上升到量化描述或公式描述的高度．

(3)認(rèn)知特點(diǎn)

九年級的學(xué)生已經(jīng)具備了一定的抽象思維與邏輯分析能力，但是思路缺乏一定的條理．而本節(jié)內(nèi)容中杠桿平衡的條件需要學(xué)生聯(lián)系之前的知識，發(fā)揮一定的創(chuàng)造能力．

3.4 教學(xué)目標(biāo)

(1)知識與技能

1)說出杠桿平衡的狀態(tài)；

2)運(yùn)用簡單的實(shí)驗(yàn)研究杠桿的平衡條件；

3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)推導(dǎo)得出杠桿平衡條件的數(shù)學(xué)表達(dá)式．

(2)過程與方法

1)分組實(shí)驗(yàn)探究杠桿平衡所需要的條件，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，總結(jié)杠桿平衡條件相關(guān)的結(jié)論；

2)運(yùn)用杠桿平衡條件的結(jié)論解釋杠桿平衡在生活中的應(yīng)用．

(3)情感態(tài)度與價(jià)值觀

1)在變換杠桿兩側(cè)砝碼來研究杠桿平衡條件的操作中提升實(shí)踐能力；

2)在變換彈簧測力計(jì)的拉力方向來討論杠桿平衡與力臂關(guān)系的問題上，引發(fā)科學(xué)質(zhì)疑精神．

3.5 教學(xué)重難點(diǎn)

(1)重點(diǎn)

1)杠桿平衡概念；

2)杠桿平衡條件及其數(shù)學(xué)關(guān)系F1l1=F2l2．

(2)難點(diǎn)

1)探究杠桿平衡條件；

2)判斷杠桿平衡條件F1l1=F2l2中力臂的位置．

3.6 教學(xué)過程設(shè)計(jì)

(1)創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入新課

典型任務(wù)1：觀察PPT投影展示的蹺蹺板的兩種狀態(tài)(圖2)，在兩種情形下蹺蹺板的受力簡圖(圖3)上標(biāo)出蹺蹺板的支點(diǎn)和受力情況，并畫出兩種情形下的力臂．

圖2 蹺蹺板的兩種狀態(tài)

圖3 蹺蹺板受力簡圖

問題1：兩種情形下的杠桿(蹺蹺板)處于什么狀態(tài)？

學(xué)生發(fā)表各自的觀點(diǎn)，有人認(rèn)為圖2中A杠桿處于平衡狀態(tài)，B杠桿處于非平衡的狀態(tài)；有人認(rèn)為圖2中兩個杠桿都處于平衡狀態(tài)．經(jīng)過相互交流，學(xué)生達(dá)成圖2中兩個杠桿都處于靜止?fàn)顟B(tài)的共識．

教師介紹杠桿平衡的概念，即杠桿在動力和阻力的作用下，保持靜止或勻速轉(zhuǎn)動的狀態(tài)．通過提問杠桿的平衡需要什么條件，引入對杠桿平衡條件的探究．

設(shè)計(jì)意圖:吸引環(huán)節(jié)的典型任務(wù)從學(xué)生生活中熟悉的蹺蹺板入手，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；同時(shí)對兩種蹺蹺板的狀態(tài)進(jìn)行提問，引起學(xué)生的認(rèn)知沖突，使學(xué)生重新認(rèn)識了杠桿平衡的概念；對杠桿平衡所需條件的過渡提問增加了學(xué)生進(jìn)一步探究的欲望．

(2)感受平衡，建立假設(shè)

教師安排學(xué)生利用杠桿、鉤碼等實(shí)驗(yàn)器材分組進(jìn)行以下活動：

1)在杠桿支點(diǎn)左側(cè)懸掛兩個鉤碼，在右側(cè)靠近支點(diǎn)處用手向下拉杠桿使其平衡．將手拉杠桿的位置向右側(cè)移動一段距離，使杠桿繼續(xù)保持平衡．感受前后手受到的力的差異．

2)保持活動1)，手和鉤碼的位置不變，突然增大手對杠桿的力，觀察杠桿狀態(tài)發(fā)生的變化．

3)保持活動2)，手和鉤碼的位置不變，在原鉤碼下增加兩個鉤碼，使杠桿繼續(xù)保持平衡．感受前后手受到的力的差異．

4)保持活動3)，手的位置不變，將鉤碼移動到靠近支點(diǎn)的位置，使杠桿繼續(xù)保持平衡．感受前后手受到的力的差異．

問題2：通過以上活動，你能對杠桿平衡的條件做出猜想嗎？

學(xué)生分組討論，最后統(tǒng)一觀點(diǎn)：杠桿的平衡與動力、動力臂、阻力、阻力臂都有關(guān)系．

設(shè)計(jì)意圖:探究(Exploration)環(huán)節(jié)以4個活動作為開端，通過4個活動加深學(xué)生對影響杠桿平衡的有關(guān)因素的直觀感受，同時(shí)在活動的過程中學(xué)生也體會到了杠桿平衡過程中力與力臂此消彼長的關(guān)系，為進(jìn)一步探究杠桿平衡的條件做了鋪墊．

(3)合作交流，探究平衡

典型任務(wù)2.1：調(diào)節(jié)桌面上傾斜的杠桿，使其在水平位置平衡．

學(xué)生進(jìn)行操作，并介紹調(diào)節(jié)杠桿的方法．學(xué)生對調(diào)節(jié)方法進(jìn)行總結(jié)：杠桿往左側(cè)傾斜，可以將兩側(cè)或任意一側(cè)的平衡螺母向右側(cè)旋轉(zhuǎn)；反之則向左側(cè)旋轉(zhuǎn)．

問題3：根據(jù)之前所畫的A和B兩個杠桿的力臂圖，你能分析將杠桿調(diào)節(jié)至水平位置平衡的原因嗎？

學(xué)生分組交流，回答原因:將杠桿調(diào)節(jié)至水平位置平衡是為了再次平衡時(shí)方便兩邊力臂的測量．

典型任務(wù)2.2：利用鉤碼盒任意數(shù)量的鉤碼，使杠桿在水平位置保持平衡．

在學(xué)生探究的過程中，教師提出以下問題：

1)探究杠桿平衡的條件，實(shí)驗(yàn)需要記錄哪些數(shù)據(jù)？

2)多次實(shí)驗(yàn)與一次實(shí)驗(yàn)相比，有什么好處？

3)實(shí)驗(yàn)條件杠桿平衡的過程中能不能使用平衡螺母？

學(xué)生分組討論，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，把相關(guān)數(shù)據(jù)記錄到表1．

表1 “探究杠桿平衡條件”實(shí)驗(yàn)記錄表

問題4：根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)，杠桿平衡要滿足怎樣的條件？

學(xué)生討論后，匯報(bào)結(jié)論：

(1)動力與動力臂的乘積等于阻力與阻力臂的乘積．

(2)在杠桿平衡的過程中力與力臂之間存在此消彼長的關(guān)系．教師請學(xué)生利用公式將上述結(jié)論表示出來，即F1l1=F2l2．

設(shè)計(jì)意圖：探究環(huán)節(jié)由兩個典型任務(wù)組成．典型任務(wù)1提高了學(xué)生對調(diào)節(jié)杠桿水平平衡這一操作及其意義的關(guān)注程度，有利于進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)的展開．典型任務(wù)2自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究杠桿平衡的條件，在探究過程中教師適時(shí)點(diǎn)撥，培養(yǎng)了學(xué)生的動手操作能力，增進(jìn)了學(xué)習(xí)興趣，形成了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度．

(4)驗(yàn)證平衡，鞏固新知

典型任務(wù)3：在杠桿的一側(cè)掛上2個鉤碼，利用彈簧測力計(jì)拉動杠桿使其在水平位置保持平衡．將彈簧測力計(jì)向左側(cè)或右側(cè)傾斜，保持杠桿平衡，觀察彈簧測力計(jì)示數(shù)變化．

問題5：用彈簧測力計(jì)拉動杠桿使其平衡的方法有哪幾種？

學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)回答：有兩種方法．一種是在鉤碼的同側(cè)向上拉，另一種是在鉤碼的異側(cè)向下拉．教師請學(xué)生總結(jié)杠桿平衡與動力、阻力方向的關(guān)系．學(xué)生討論后總結(jié)：在杠桿平衡時(shí)，支點(diǎn)在動力與阻力之間，動力、阻力朝向相同；支點(diǎn)在動力與阻力一側(cè)時(shí)，動力、阻力朝向相反．

問題6：彈簧測力計(jì)向兩側(cè)傾斜時(shí)其示數(shù)變大，還符合杠桿平衡的結(jié)論嗎？

學(xué)生討論并發(fā)表觀點(diǎn)，教師在討論中適時(shí)地提問：如果該現(xiàn)象依然符合杠桿平衡的結(jié)論，在表達(dá)式F1l1=F2l2中哪個量也發(fā)生了變化？

學(xué)生提出觀點(diǎn)：該現(xiàn)象依然符合杠桿平衡的結(jié)論，因?yàn)閮A斜的彈簧測力計(jì)的拉力力臂變短．

教師請學(xué)生畫出彈簧測力計(jì)傾斜拉動杠桿時(shí)拉力的力臂，在課外完成對該狀態(tài)下杠桿平衡條件的定量探究．

設(shè)計(jì)意圖：解釋環(huán)節(jié)安排了一個典型任務(wù)，讓學(xué)生運(yùn)用新結(jié)論來處理與舊經(jīng)驗(yàn)存在矛盾問題．在處理問題的過程中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)了杠桿平衡中一些新的規(guī)律，也發(fā)現(xiàn)了看似與結(jié)論不相符合的現(xiàn)象并引發(fā)激烈的討論．加深了學(xué)生對新概念的理解，更培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)質(zhì)疑精神．

(5)學(xué)以致用，內(nèi)化提升

典型任務(wù)4：如圖4所示，桿秤的秤桿是粗細(xì)不均的，判斷它的刻度是否均勻．

圖4 桿秤

問題7：你能用杠桿平衡的條件來解釋生活中桿秤的原理嗎？

學(xué)生討論，回答：桿秤的原理就是杠桿平衡的條件F1l1=F2l2，只要知道秤砣的重量和重物與秤砣重力的力臂，就能知道重物的重量．

問題8：利用所學(xué)的知識，請你判斷桿秤上的刻度是否均勻？

學(xué)生討論，回答：根據(jù)桿秤的原理，由于重物重力的力臂一定，所以重物的重量正比于秤砣重力的力臂，因此桿秤上的刻度是均勻的．

設(shè)計(jì)意圖：遷移階段利用典型任務(wù)將杠桿平衡的知識再次與生活結(jié)合，讓學(xué)生體會到科學(xué)知識源于生活又回歸生活的道理．同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生利用科學(xué)知識解釋生活現(xiàn)象，體現(xiàn)了STS教育的思想．

4 反思

采用整合任務(wù)驅(qū)動和PBL教學(xué)的“5E”探究教學(xué)設(shè)計(jì)，對探究杠桿平衡的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)安排做出改進(jìn)．改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)主要有：通過調(diào)節(jié)平衡螺母、改變杠桿兩端鉤碼數(shù)目、彈簧測力計(jì)拉動使杠桿平衡等典型任務(wù)的安排，不同情形下杠桿的平衡等問題、感受杠桿平衡等活動情境的創(chuàng)設(shè)，將概念轉(zhuǎn)變引入探究教學(xué)，引發(fā)了學(xué)生的認(rèn)知沖突和概念重建，有利于學(xué)生迷思概念的轉(zhuǎn)變；學(xué)生在任務(wù)與活動中充分地發(fā)揮了自主性，使課堂環(huán)境更加活潑，富有生成性．

致謝：感謝浙江師范大學(xué)曾平飛教授、陳秉初教授對本文的指導(dǎo)！

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