黃樹清 王素云 黃 薇

(福建師范大學(xué)物理與能源學(xué)院 福建 福州 350007)

1 支架式教學(xué)的內(nèi)涵及其模式理念

支架式教學(xué)理論基礎(chǔ)主要是來源于建構(gòu)主義的學(xué)習(xí)理論和維果斯基的“最近發(fā)展區(qū)”理論[1].維果斯基把學(xué)生的發(fā)展水平分為兩種：一種是學(xué)生的現(xiàn)有水平，即學(xué)生能夠獨立解決問題的智力水平，稱為第一發(fā)展水平；另一種是學(xué)生即將達到的發(fā)展水平，即借助外界的幫助可以達到解決問題的發(fā)展水平，稱為第二發(fā)展水平[2].維果斯基把這兩種水平之間的差距即稱為“最近發(fā)展區(qū)”.支架式教學(xué)模式基于該理論基礎(chǔ)，教師根據(jù)學(xué)生兩種發(fā)展水平，準(zhǔn)確制定教學(xué)目標(biāo)，找準(zhǔn)學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)進行教學(xué)設(shè)計，并在此基礎(chǔ)上搭建一系列幫助學(xué)生自主建構(gòu)概念的學(xué)習(xí)支架，借助支架的支撐作用把學(xué)生的智力從已有水平提升到潛在發(fā)展水平，從而進行有效教學(xué)，如圖1所示.

圖1 “最近發(fā)展區(qū)”理論

在教學(xué)中，教師要介入學(xué)生的發(fā)展，就必須找到最適宜的介入點，而最近發(fā)展區(qū)為教師提供了一個理想的空間[3].

2 在概念教學(xué)中運用支架式教學(xué)的環(huán)節(jié)與方式

支架式教學(xué)以學(xué)生為主體，體現(xiàn)了學(xué)習(xí)的漸進性.在物理概念教學(xué)中，可以利用物理情境、小組協(xié)作、自助探索、師生會話等方式在最近發(fā)展區(qū)內(nèi)開展教與學(xué)，一般包括5個教學(xué)環(huán)節(jié)[4],如表1所示.

表1 支架式教學(xué)環(huán)節(jié)和教學(xué)方式

其中支架式教學(xué)的關(guān)鍵就在于學(xué)習(xí)支架的構(gòu)建.學(xué)習(xí)支架的形式多種，包括范例支架、問題支架、建議支架、工具支架、圖表支架以及實驗支架等[5].在物理概念教學(xué)中選擇何種支架以及如何構(gòu)建支架正是許多教師在應(yīng)用支架式教學(xué)模式時的難點所在.筆者以司南版高中《物理·必修2》第四章第1節(jié)“勻速圓周運動快慢的描述”為例，以“自制教具”實驗支架和問題支架為主，范例支架、工具支架和圖表支架為輔，進行支架式教學(xué)模式在概念教學(xué)中的應(yīng)用探討.

3 教學(xué)背景：勻速圓周運動快慢的描述

3.1 教材分析

勻速圓周運動的知識基礎(chǔ)來自前面的曲線運動，同時為后面學(xué)習(xí)向心力、離心運動以及萬有引力等知識做準(zhǔn)備，是曲線運動中非常重要的概念課.教材通過比值定義法引出線速度的概念；提供齒輪轉(zhuǎn)動模型，直接通過比值定義法引出角速度的概念.介紹周期、頻率和轉(zhuǎn)速的概念，推理得出線速度和角速度之間的關(guān)系.分析可知，“理解線速度、角速度、周期的概念及它們之間的關(guān)系”是本節(jié)課的教學(xué)重點，而“為什么有了線速度還要引入角速度的概念”是本節(jié)課的教學(xué)難點.

3.2 學(xué)情分析

學(xué)生在初中和高中已經(jīng)分別學(xué)會利用比值定義法來定義“速度”和“加速度”概念，并對變速運動和曲線運動有一定了解.具備一定分析、推理能力，但是邏輯思維能力較弱.在認(rèn)知方面，對于線速度和角速度的物理意義理解方面較為困難.

3.3 設(shè)計理念

科學(xué)教育不僅要使學(xué)生獲得顯性的科學(xué)知識和技能，還特別注重學(xué)習(xí)過程和方法，情感、態(tài)度和價值觀等內(nèi)隱科學(xué)素養(yǎng)的提高.學(xué)習(xí)角速度時，一般都是直接定義并運用的，本節(jié)從探究物理學(xué)中“為什么已經(jīng)有了線速度，還要引入角速度”入手，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷引入角速度的探究過程，深刻理解它的物理意義，讓學(xué)生體會每個物理概念的引入都有其必要性，也培養(yǎng)了學(xué)生深入思考問題的學(xué)習(xí)習(xí)慣.

3.4 根據(jù)學(xué)生的實際情況搭建支架

基于教材內(nèi)容和學(xué)情分析，筆者搭建了不同類型的支架，幫助學(xué)生完成勻速圓周運動幾個概念的構(gòu)建，達成學(xué)習(xí)目標(biāo)，在課堂教學(xué)中，筆者給學(xué)生提供了以下兩種支架.

實驗支架:從設(shè)計理念可知本節(jié)的教學(xué)難點是角速度概念的引入，為了讓學(xué)生更好地理解引入角速度的必要性，筆者利用自制教具的演示實驗，模擬自行車車輪的轉(zhuǎn)動情況，從而產(chǎn)生感官認(rèn)識，讓學(xué)生從實驗現(xiàn)象中尋找出“僅用線速度無法描述物體轉(zhuǎn)動的快慢”的關(guān)鍵問題.

問題支架:根據(jù)本節(jié)課的教學(xué)難點，恰當(dāng)?shù)膯栴}支架能夠幫助學(xué)生越過學(xué)習(xí)困境.因此，教師要用不同層次的問題幫助學(xué)生搭建學(xué)習(xí)腳手架，隨著問題的提出和解決，幫助學(xué)生對之前的知識進行修正、補充，最終達到全面正確地對所學(xué)知識的意義建構(gòu).

4 具體支架的實施

主要以線速度和角速度概念為實施片段.

4.1 搭建支架

通過對學(xué)生學(xué)習(xí)情況和認(rèn)知情況的了解，我們確定了以下概念框架，如圖2所示，圖中實線框表示學(xué)生已有認(rèn)知水平，虛線框表示學(xué)生潛在認(rèn)知水平.

圖2 線速度概念框架

4.2 線速度的概念

范例支架：通過課件演示做圓周運動的兩質(zhì)點A,B.

問題支架：讓學(xué)生比較A,B的運動有什么不同.

學(xué)生發(fā)現(xiàn)，它們都做圓周運動，但A快慢幾乎不變，而B時快時慢.教師指出，物理學(xué)中研究問題遵循從簡單到復(fù)雜的思想.因此，先從最簡單的勻速圓周運動開始研究，即在任意相等時間內(nèi)通過的弧長都相等的圓周運動.教師再取質(zhì)點C，且讓C也做勻速圓周運動，讓學(xué)生再觀察，經(jīng)過相等時間A,C的運動情況有什么不一樣.學(xué)生發(fā)現(xiàn)：A運動得快，而C運動得慢，如圖3所示.

圖3 課件演示

范例支架：教師通過課件演示的方式制造情境支架，讓學(xué)生產(chǎn)生感性認(rèn)識，發(fā)現(xiàn)圓周運動時快、時慢、時不變，不變時即為勻速圓周運動，再利用該情境支架進一步發(fā)現(xiàn)非勻速圓周運動時快、時慢，引導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生感性認(rèn)識，體會線速度概念引入的必要性.

問題支架：教師提問,如何比較勻速圓周運動的快慢呢？學(xué)生一般可以想出,運動時間相等，比較弧長，弧長長的，運動快,也可以讓通過的弧長相等去比較時間，時間短的，運動快.教師肯定學(xué)生想法，進一步提出前兩種方法具有特殊性.并拋出問題,如果時間和弧長都不相等，又該怎么比較？學(xué)生根據(jù)已有的知識經(jīng)驗，提出可以用弧長與時間的比值，即單位時間內(nèi)通過的弧長來比較.比值大的，運動快.教師再次追問，是否還可以用其他的方法描述快慢.學(xué)生提出，也可以用時間與弧長的比值，即通過單位弧長所需的時間來比較，比值小的，運動快.

該環(huán)節(jié)通過問題和范例支架的方式讓學(xué)生利用所學(xué)的比值定義法，建立線速度概念，經(jīng)歷了自主探究過程，學(xué)習(xí)從易到難、從特殊到一般的研究方法并培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維，符合新課改注重物理學(xué)核心概念建立的理念.

4.3 線速度的方向

教師提問：對于勻速圓周運動，各點的線速度大小相等，各點的線速度方向有什么特點呢？

實驗支架：下面是一個近似光滑的豎直環(huán)形擋板，擋板的某個缺口處是可以打開，也可以合上的.讓沾有墨水的小球在近似光滑的水平面內(nèi)沿著擋板做圓周運動.當(dāng)小球運動到缺口處時，打開擋板，由于慣性，小球以原來的速度v做勻速直線運動，它的運動軌跡被記錄下來了,如圖4所示.

學(xué)生根據(jù)小球的運動軌跡判斷出這一點的線速度方向是沿圓周上該點的切線方向.教師進一步總結(jié)：由于這一點是任意選取的，所以圓周運動線速度的方向總是沿圓周上該點的切線方向.

自制教具取材簡單，更好地搭建了實驗支架，使得現(xiàn)象直觀、具體.學(xué)生根據(jù)實驗現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)線速度的方向其實沿切線方向，轉(zhuǎn)變學(xué)生認(rèn)為小球會沿半徑方向飛出的前概念.實驗支架揭示物理現(xiàn)象的本質(zhì)，培養(yǎng)了學(xué)生分析現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律的能力，同時潛移默化地提升學(xué)生的創(chuàng)造意識.

圖4 自制環(huán)形擋板實驗儀

4.4 角速度的概念

為了比較圓周運動的快慢，教材引入線速度，之后又緊接著引入了角速度.在對學(xué)生實際學(xué)習(xí)情況的了解中，我們發(fā)現(xiàn)，正是由于缺乏對引入角速度概念必要性的探討，阻礙了學(xué)生接受角速度這個新概念，形成教學(xué)難點.以下，我們將通過支架式教學(xué)來突破此教學(xué)難點.教學(xué)中使用的概念框架，如圖5所示，圖中實線框表示學(xué)生已有認(rèn)知水平，虛線框表示學(xué)生潛在認(rèn)知水平.

圖5 角速度概念框架

圖6 勻速轉(zhuǎn)動的圓盤

工具支架:課件演示,一個勻速轉(zhuǎn)動的圓盤，圓盤上的各個點都做勻速圓周運動(圖6).

問題支架:能否用線速度描述轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動的快慢？

大部分學(xué)生認(rèn)為可以.引導(dǎo)學(xué)生觀察：圓盤上距離圓心不同的點，在相同的時間內(nèi)通過的弧長不相等，即線速度的大小不等.

發(fā)現(xiàn)1：轉(zhuǎn)速一定的物體，上面點的線速度可能不同.

教師提問：到底哪一點的線速度可以代表圓盤轉(zhuǎn)動的快慢呢？大部分學(xué)生無法做出回答，這與之前的認(rèn)知結(jié)構(gòu)發(fā)生沖突.

實驗支架:實驗演示,用電機帶動大圓盤勻速轉(zhuǎn)動，大圓盤通過皮帶帶動小圓盤勻速轉(zhuǎn)動，連接兩圓盤的皮帶不打滑(圖7).提問學(xué)生,哪個圓盤轉(zhuǎn)動得更快？學(xué)生觀察發(fā)現(xiàn)，明顯是小圓盤轉(zhuǎn)得快.接著教師在兩圓盤邊緣上各取一點A和B，讓它們同時運動，同時停下來.繼續(xù)提問，哪一點的線速度更大？

圖7 線速度與角速度演示儀

部分學(xué)生認(rèn)為：轉(zhuǎn)得快的圓盤上的B點，線速度大.

教師演示：讓A,B兩點同時運動，同時停下來，即運動時間相等.通過借助細(xì)繩測量它們通過的弧長，發(fā)現(xiàn)B點通過的弧長與A點相等，即A,B兩點的線速度大小相等.

發(fā)現(xiàn)2：對于轉(zhuǎn)速不同的物體上的點，線速度卻可能相同.這個發(fā)現(xiàn)又與學(xué)生原有的認(rèn)識產(chǎn)生沖突.

圖表支架：教師引導(dǎo)學(xué)生將以上兩大重要發(fā)現(xiàn)填入表格，如表2所示.并通過橫向和縱向分析，得出關(guān)鍵結(jié)論,僅用線速度無法描述物體轉(zhuǎn)動的快慢.

表2 探究線速度能否描述物體轉(zhuǎn)動的快慢

此時原有的線速度就不足以描述物體轉(zhuǎn)動的快慢，為了解決該問題，必須引入一個新的物理量來描述物體轉(zhuǎn)動的快慢.且該物理量需滿足：對于轉(zhuǎn)速一定的物體，這個量相同；對于轉(zhuǎn)速不同的物體，這個量不同.

為了幫助學(xué)生廓清這兩個相關(guān)概念，教師利用課件演示加以總結(jié)：線速度和角速度的物理意義并不相同.線速度是描述質(zhì)點沿圓周運動的快慢,而角速度是描述物體轉(zhuǎn)動的快慢.要準(zhǔn)確、全面地描述圓周運動的快慢，要根據(jù)實際情況和具體要求采用合適的物理量.

這一部分將問題支架與實驗支架相結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生沿著教師所搭建的腳手架不斷向上攀爬，經(jīng)歷感悟、探究的過程，自制教具“線速度與角速度演示儀”很好地解決了引入角速度的問題，并給引入角速度概念提供了可靠的事實依據(jù).讓學(xué)生體會每個物理量的引入都有它的必要性，同時感受科學(xué)家探索物理概念的細(xì)致和嚴(yán)謹(jǐn).

5 結(jié)束語

支架式教學(xué)理論是基于建構(gòu)主義的學(xué)習(xí)理論和維果斯基的“最近發(fā)展區(qū)”理論的重要成果.在物理教學(xué)中根據(jù)學(xué)生的兩種發(fā)展水平，構(gòu)建合適的支架可以充分發(fā)揮學(xué)生的積極性、主動性，引發(fā)學(xué)生深度思考，鼓勵學(xué)生在原有的知識水平上不斷攀登高峰，幫助其在逐步解決問題的過程中發(fā)展能力.但在實際教學(xué)中，考慮到不同學(xué)生“最近發(fā)展區(qū)”有所不同.在物理概念教學(xué)中，如何在集體授課的情況下搭建適合于每個學(xué)生的支架，是運用這一模式的教師應(yīng)該深入研究的問題.

1 王舐紅. 支架式教學(xué)模式下高一物理課堂設(shè)計與實踐:[學(xué)位論文].上海：上海師范大學(xué), 2011

2 寧芳霞. 支架式教學(xué)用于優(yōu)化高中物理教學(xué)設(shè)計初探:[學(xué)位論文]. 南京：南京師范大學(xué), 2014

3 許佳琳,王笑君. 基于“支架式”教學(xué)理論的物理教學(xué)案例分析——以“牛頓第三定律”為例. 物理教學(xué)探討, 2015, 33(3): 68～71

4 高秀麗. 基于支架式教學(xué)策略下的高中物理高效課堂. 物理教學(xué)探討, 2014(6): 11～12

5 傅海輝. 談“線速度”概念的教學(xué). 中學(xué)物理教學(xué)參考, 1996(6): 9～10