張紅洋 王紅美

(陜西師范大學(xué)物理學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院 陜西 西安 710119)

學(xué)習(xí)進(jìn)階在學(xué)習(xí)、評(píng)價(jià)和課程等領(lǐng)域逐漸成為研究熱點(diǎn).2004年《加拿大科學(xué)、數(shù)學(xué)與技術(shù)教育雜志》第4卷第1期專刊發(fā)表關(guān)于學(xué)生科學(xué)概念發(fā)展的學(xué)習(xí)進(jìn)階(Learning Progressions)的研究報(bào)告，到2013年美國(guó)頒布的《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》貫穿著學(xué)習(xí)進(jìn)階研究的最新成果和思想.美國(guó)國(guó)家研究理事會(huì)將學(xué)習(xí)進(jìn)階定義為“在較大時(shí)間跨度內(nèi)，學(xué)生學(xué)習(xí)和研究某一主題時(shí)，對(duì)學(xué)生連貫且逐漸深入的思維方式的描述”[1].我國(guó)較早研究學(xué)習(xí)進(jìn)階的北京師范大學(xué)劉恩山教授對(duì)其定義是：對(duì)學(xué)生在各學(xué)段學(xué)習(xí)同一主題的概念時(shí)所遵循的連貫的、典型的學(xué)習(xí)路徑的描述.學(xué)習(xí)進(jìn)階實(shí)際上延續(xù)了課程與教學(xué)論對(duì)“應(yīng)為學(xué)生設(shè)定怎樣的學(xué)習(xí)路徑”這一核心問題的探索，螺旋式的課程設(shè)計(jì)、最近發(fā)展區(qū)和建構(gòu)主義前概念等都為學(xué)習(xí)進(jìn)階提供了理論基礎(chǔ)[2].學(xué)習(xí)進(jìn)階由5個(gè)要素組成：一是進(jìn)階起點(diǎn)和進(jìn)階終點(diǎn)；二是進(jìn)階維度；三是多個(gè)相互關(guān)聯(lián)的成就水平；四是各水平的預(yù)期表現(xiàn)；五是特定的評(píng)價(jià)工具.目前，關(guān)于學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究路徑主要有兩種，第一種是設(shè)計(jì)能夠促進(jìn)學(xué)生沿著學(xué)習(xí)進(jìn)階框架假設(shè)的路徑獲得學(xué)習(xí)發(fā)展的干預(yù)性教學(xué)策略[3]；第二種是利用調(diào)查問卷，按照學(xué)習(xí)進(jìn)階框架來調(diào)查學(xué)生的認(rèn)知、能力水平和狀態(tài)[4].本文的目的在于探討如何利用學(xué)習(xí)進(jìn)階理論指導(dǎo)探究學(xué)習(xí)的教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐，因此采取第一種途徑.

1 基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的探究學(xué)習(xí)教學(xué)可行性分析

中學(xué)物理課程是以提高全體學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)為目標(biāo)，使每個(gè)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的潛能得以發(fā)展，在教學(xué)中，教育實(shí)踐者注重采用探究式的教學(xué)方法，讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究過程，學(xué)習(xí)科學(xué)研究方法，培養(yǎng)其創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力[5].探究學(xué)習(xí)(Inquiry Learning)是一種開放的、強(qiáng)調(diào)過程的學(xué)習(xí)方式，注重在事物與其他事物聯(lián)系的基礎(chǔ)上去了解事物[6]，可追溯于布魯納的發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)理論.科學(xué)探究既是學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容，又是重要的學(xué)習(xí)方式，包括7個(gè)基本要素：提出問題、猜想與假設(shè)、制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)、分析與論證、評(píng)估、交流與合作.在探究過程中，應(yīng)把這些要素考慮成一個(gè)由相互關(guān)聯(lián)的活動(dòng)組成的網(wǎng)絡(luò)[7]，即各要素之間相互關(guān)聯(lián)，并統(tǒng)一在若干知識(shí)理論下.

學(xué)習(xí)進(jìn)階能建起一座連接對(duì)學(xué)習(xí)的研究和課堂教學(xué)實(shí)踐的橋梁[8]，能解決學(xué)習(xí)者認(rèn)知發(fā)展路徑的問題，能解決學(xué)習(xí)者認(rèn)知發(fā)展過程中用于“踏腳”的具體的“腳踏點(diǎn)”，而探究學(xué)習(xí)的關(guān)鍵在于“過程”，這個(gè)過程伴隨著學(xué)生不同的認(rèn)知階段.因此，本文以人教版八年級(jí)物理第十一章第三節(jié)“動(dòng)能和勢(shì)能”為例，探討學(xué)習(xí)進(jìn)階理論視域下的探究學(xué)習(xí)教學(xué)與實(shí)踐.

2 基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的“動(dòng)能和勢(shì)能”探究學(xué)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)

在《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)》(2011年版)中，“動(dòng)能和勢(shì)能”在“能量”的一級(jí)主題下，并涉及兩個(gè)二級(jí)主題，如圖1所示.人教版教材中，在“動(dòng)能和勢(shì)能”之前，八年級(jí)學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了“功”和“功率”相關(guān)內(nèi)容，而之后將學(xué)習(xí)“機(jī)械能及其轉(zhuǎn)化”，因此，設(shè)計(jì)“動(dòng)能和勢(shì)能”一節(jié)課的學(xué)習(xí)進(jìn)階路徑，如圖2所示，圖中虛線(機(jī)械能及其轉(zhuǎn)化)表示該部分是下一節(jié)將要學(xué)習(xí)的內(nèi)容，在本研究中暫不涉及.篇幅受限，下面僅以該節(jié)課中一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)(探究影響動(dòng)能大小的因素)為例，進(jìn)行基于“學(xué)習(xí)進(jìn)階”理論的探究學(xué)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì).

圖1 義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)中的“動(dòng)能和勢(shì)能”

圖2 “動(dòng)能和勢(shì)能”進(jìn)階路徑設(shè)計(jì)

(1)進(jìn)階起點(diǎn)

進(jìn)階起點(diǎn)是指學(xué)生在開始學(xué)習(xí)某個(gè)概念之前就應(yīng)該掌握的知識(shí)和能力的描述[9].根據(jù)八年級(jí)學(xué)生已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)(知道能夠?qū)ν庾龉Φ奈矬w具有能量,運(yùn)動(dòng)的物體具有的能量叫動(dòng)能)，設(shè)定學(xué)生將要學(xué)習(xí)的“動(dòng)能大小與什么因素有關(guān)”的進(jìn)階起點(diǎn)為學(xué)生根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)和動(dòng)能的概念，能意識(shí)到運(yùn)動(dòng)著的不同物體具有的動(dòng)能大小不同；學(xué)生不知道用什么衡量、比較兩個(gè)物體動(dòng)能的大小；學(xué)生初步猜想影響動(dòng)能大小的因素可能有兩個(gè)，能意識(shí)到需要用控制變量法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，但對(duì)如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并不明確.

(2)進(jìn)階終點(diǎn)

進(jìn)階終點(diǎn)是學(xué)生在學(xué)習(xí)過程結(jié)束后應(yīng)該進(jìn)階達(dá)到的目標(biāo)，即最終被期望獲得的知識(shí)或技能.進(jìn)階終點(diǎn)通常是由學(xué)習(xí)者的期望、科學(xué)素養(yǎng)的學(xué)習(xí)目標(biāo)以及某一學(xué)科的學(xué)習(xí)教育研究確定的[9].根據(jù)《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)》(2011)中“經(jīng)歷科學(xué)探究過程，具有初步的科學(xué)探究能力，樂于參加與科學(xué)技術(shù)有關(guān)的活動(dòng)，有運(yùn)用研究方法的意識(shí)”的課程目標(biāo)，并結(jié)合進(jìn)階路徑，設(shè)定該探究學(xué)習(xí)教學(xué)環(huán)節(jié)的進(jìn)階終點(diǎn)為通過觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象(相同的木塊在不同的小車的作用下運(yùn)動(dòng)的距離不同)，理解不同的物體具有不同的動(dòng)能；學(xué)會(huì)運(yùn)用轉(zhuǎn)換法，把比較木塊動(dòng)能的大小轉(zhuǎn)換為比較小車在木塊的作用下運(yùn)動(dòng)距離的遠(yuǎn)近；運(yùn)用控制變量的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，定性地理解影響動(dòng)能大小的因素是物體的質(zhì)量和速度.

(3)進(jìn)階水平

學(xué)習(xí)進(jìn)階框架應(yīng)當(dāng)首先確定其中的最低和最高層級(jí)，然后刻畫中間層次.最高層級(jí)應(yīng)該是學(xué)生能夠達(dá)到的對(duì)目標(biāo)知識(shí)的最高理解層次；而學(xué)生關(guān)于目標(biāo)知識(shí)的原始認(rèn)識(shí)應(yīng)當(dāng)作為學(xué)習(xí)進(jìn)階框架的最低層次[10].因此，教師在進(jìn)行探究學(xué)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該考慮什么樣的教學(xué)能夠促使學(xué)生的理解向更高層次發(fā)展，并依據(jù)學(xué)習(xí)進(jìn)階理論提前預(yù)設(shè)多個(gè)相互關(guān)聯(lián)的進(jìn)階水平，并在教學(xué)實(shí)踐中按“階”逐漸展開.據(jù)此，設(shè)計(jì)“探究影響動(dòng)能大小的因素”實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)進(jìn)階水平，如表1所示.

表1 學(xué)習(xí)進(jìn)階表現(xiàn)水平

(4)教學(xué)設(shè)計(jì)

基于以上對(duì)“影響動(dòng)能大小的因素”知識(shí)的進(jìn)階起點(diǎn)、進(jìn)階終點(diǎn)和進(jìn)階水平的分析，設(shè)計(jì)“影響動(dòng)能大小的因素”實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的探究學(xué)習(xí)教學(xué)流程，如表2所示.

表2 探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)流程

3 基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的教學(xué)實(shí)踐

利用2017年5月在深圳市福田區(qū)某重點(diǎn)初中實(shí)習(xí)的機(jī)會(huì)，在3個(gè)班級(jí)進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐，并用該課題參加校級(jí)公開課，都取得了很好的教學(xué)效果.

3.1 感性認(rèn)識(shí)

【提出問題】

教師：我們已經(jīng)知道運(yùn)動(dòng)的物體具有的能量叫動(dòng)能，那么動(dòng)能的大小和哪些因素有關(guān)呢？

說明：本節(jié)課的第一環(huán)節(jié)已經(jīng)通過歸納生活中不同能量的特點(diǎn)，總結(jié)出了動(dòng)能的概念，不同物體具有的動(dòng)能大小不同，自然而然地激發(fā)學(xué)生們產(chǎn)生疑問，有哪些因素影響了動(dòng)能的大小呢？

3.2 猜想推理 走近科學(xué)

【猜想與假設(shè)】

教師：首先，利用多媒體展示全班同學(xué)課間一齊跑操的照片，如圖3所示，將圖中瘦弱的小紅(女)同學(xué)和胖胖的小明(男)同學(xué)同時(shí)圈出，向全班提問，小紅和小明一齊跑步時(shí)，誰的動(dòng)能大？為什么？然后，播放博爾特在2008年奧運(yùn)會(huì)百米賽跑的視頻，向全班提問,博爾特在起跑時(shí)和沖刺時(shí)，何時(shí)的動(dòng)能大？為什么？最后，當(dāng)學(xué)生回答完畢，教師總結(jié),我們猜想物體動(dòng)能的大小可能與物體的質(zhì)量和物體的速度有關(guān).

圖3 一齊跑步的學(xué)生

學(xué)生回答：小明的動(dòng)能大，并能準(zhǔn)確地說出因?yàn)樾∶髦兀粵_刺時(shí)的博爾特具有的動(dòng)能大，并能準(zhǔn)確地說出因?yàn)椴柼卦跊_刺時(shí)跑得快.

說明：學(xué)生看到自己的照片出現(xiàn)在大屏幕上，興趣頓時(shí)高漲，一個(gè)個(gè)大膽猜想，當(dāng)看見博爾特百米跑的視頻時(shí)，男生比女生更興奮，不禁感嘆跑得真快啊.精心挑選的兩組圖片素材拉近了學(xué)生與科學(xué)之間的距離，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，活躍了學(xué)習(xí)氛圍.但是八年級(jí)學(xué)生的物理概念還不是很清晰，物理思維還不是很完善，當(dāng)回答原因時(shí)，學(xué)生只能說出重和快，卻不能準(zhǔn)確地說出質(zhì)量大和速度快，因此，教師最后必須給予總結(jié)，用專業(yè)的物理術(shù)語表述實(shí)驗(yàn)猜想.

3.3 探討科學(xué)本質(zhì)

【制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)】

教師：向?qū)W生展示實(shí)驗(yàn)器材(小車、大木塊、小木塊、砝碼2個(gè)、木板)，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖翘骄縿?dòng)能的大小與物體的質(zhì)量以及物體的速度有怎樣的關(guān)系，并出示3個(gè)問題.

(1)實(shí)驗(yàn)中如何比較小車動(dòng)能的大?。?/p>

(2)如何改變小車的質(zhì)量？

(3)如何改變小車碰撞木塊時(shí)的速度？

學(xué)生討論結(jié)束后，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出2個(gè)實(shí)驗(yàn)方案：

(1)改變小車的質(zhì)量，讓小車從同一高度由靜止開始滑下，觀察哪次木塊被撞得遠(yuǎn)；

(2)讓同一小車分別從不同的高度由靜止開始滑下，觀察哪次木塊被撞得遠(yuǎn).

學(xué)生：4人一組，討論實(shí)驗(yàn)方案并解決3個(gè)問題.

說明：給學(xué)生提供了充足的實(shí)驗(yàn)器材，讓學(xué)生通過小組合作交流的方式制定實(shí)驗(yàn)方案，但是在學(xué)生開始交流之前，教師的指令一定要具體明確，否則有的小組會(huì)因?yàn)闆]聽清楚而動(dòng)手操作起來(注意此時(shí)只是討論實(shí)驗(yàn)方案).3個(gè)問題能夠幫助學(xué)生進(jìn)一步理解該實(shí)驗(yàn)，縮小思考范圍，只要解決了3個(gè)問題，實(shí)驗(yàn)方案也就迎刃而解了.

3.4 歸納定性結(jié)論

【實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)】

教師：指導(dǎo)學(xué)生開始實(shí)驗(yàn)，并在學(xué)生中間巡視指導(dǎo)，解答疑問，并要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后派小組代表總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論.

學(xué)生：按照兩個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，小組合作，動(dòng)手操作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并思考總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論.

說明：教師的指令一定要具體，注意采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)性教學(xué).學(xué)生開始實(shí)驗(yàn)前，教師一定要明確地告訴學(xué)生邊做實(shí)驗(yàn)邊思考并總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論，讓學(xué)生帶著任務(wù)去實(shí)驗(yàn)，否則多數(shù)學(xué)生只顧著操作實(shí)驗(yàn)，而等實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，卻總結(jié)不出實(shí)驗(yàn)結(jié)論.

【分析與論證】

學(xué)生：2個(gè)小組派代表總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論，其他小組補(bǔ)充.

說明：通過2個(gè)小組代表總結(jié)和其他小組補(bǔ)充，學(xué)生們最終得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是,速度相同時(shí)，質(zhì)量越大的小車能將木塊撞得越遠(yuǎn)，所以，小車的速度相同時(shí)，質(zhì)量越大，動(dòng)能越大；小車從高處滑下，高度越高，小車運(yùn)動(dòng)到底部時(shí)越快，木塊被撞得越遠(yuǎn)，所以，質(zhì)量相同時(shí)，小車的速度越大，動(dòng)能越大.

【評(píng)估】

教師：評(píng)價(jià)學(xué)生的發(fā)言，肯定并表揚(yáng)學(xué)生在整個(gè)實(shí)驗(yàn)探究過程中出色的表現(xiàn)，并歸納完善實(shí)驗(yàn)結(jié)論.

說明：通過教師引導(dǎo)，最終歸納出的結(jié)論是，物體動(dòng)能的大小跟質(zhì)量、速度有關(guān)，運(yùn)動(dòng)速度相同的物體，質(zhì)量越大，它的動(dòng)能也越大；質(zhì)量相同的物體，運(yùn)動(dòng)的速度越大，它的動(dòng)能越大.與學(xué)生總結(jié)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論相比，更簡(jiǎn)潔，可以看出學(xué)生總結(jié)歸納的能力還有待于提高.

【交流與合作】

小試牛刀：圖4是珠海的水灣路路牌，用物理學(xué)的術(shù)語解釋，為什么要對(duì)機(jī)動(dòng)車的行駛速度進(jìn)行限制？為什么在同樣的道路上，不同車型的限制車速不同？

圖4 珠海的限速路牌

學(xué)生：小組討論交流上述問題，用本次的實(shí)驗(yàn)結(jié)論加以解釋.

說明：在前面6個(gè)環(huán)節(jié)中，學(xué)生基本經(jīng)歷了完整的實(shí)驗(yàn)探究過程，按照提前設(shè)計(jì)的進(jìn)階路徑，從起點(diǎn)進(jìn)階到終點(diǎn)，學(xué)生的動(dòng)手能力、質(zhì)疑精神、語言表達(dá)能力以及小組合作意識(shí)都逐漸得到了提高，在最后一個(gè)環(huán)節(jié)中，通過解釋生活現(xiàn)象，讓學(xué)生學(xué)以致用，體現(xiàn)了從課堂走向生活的新課程理念.

4 關(guān)于學(xué)習(xí)進(jìn)階的幾點(diǎn)思考

第一，學(xué)習(xí)進(jìn)階理論為研究者、教師等人重新審視科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)、課程與教學(xué)提供了一條有效的新途徑[10].從學(xué)習(xí)進(jìn)階理論的視角出發(fā)，將一節(jié)實(shí)驗(yàn)探究課納入學(xué)生整個(gè)物理實(shí)驗(yàn)探究課程的學(xué)習(xí)之中進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，站位更高，實(shí)踐證明也更有成效[11].

第二，把以知識(shí)邏輯為中心和以學(xué)生認(rèn)知為中心相結(jié)合，建構(gòu)描述學(xué)生認(rèn)知狀態(tài)的“能量”進(jìn)階框架.本研究主要是從能量相關(guān)概念間的邏輯聯(lián)系出發(fā)，依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)學(xué)生提出的探究能力期望來構(gòu)建學(xué)習(xí)進(jìn)階框架，缺乏對(duì)八年級(jí)學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)的有效關(guān)注，缺少對(duì)學(xué)生思維過程的描述.如若能把以知識(shí)邏輯為中心和以學(xué)生認(rèn)知為中心相結(jié)合，進(jìn)而建構(gòu)學(xué)習(xí)進(jìn)階，將有利于教師深入了解學(xué)生的真實(shí)思維活動(dòng)，從而幫助教師提高教學(xué)設(shè)計(jì)的針對(duì)性和有效性.