(江蘇省南京市金陵中學(xué)，江蘇 南京 210005)

1 支架式教學(xué)簡(jiǎn)介

支架式教學(xué)是基于建構(gòu)主義教學(xué)理論的一種教學(xué)模式，源于維果茨基的“最近發(fā)展區(qū)”理論。根據(jù)歐共體“遠(yuǎn)距離教育與訓(xùn)練項(xiàng)目”的有關(guān)文件，支架式教學(xué)被界定為：“支架式教學(xué)應(yīng)當(dāng)為學(xué)習(xí)者建構(gòu)對(duì)知識(shí)的理解提供一種概念框架。這種框架中的概念是為發(fā)展學(xué)習(xí)者對(duì)問題的進(jìn)一步理解所需要的，為此，事先要把復(fù)雜的學(xué)習(xí)任務(wù)加以分解，以便于把學(xué)習(xí)者的理解逐步引向深入。”

支架式教學(xué)提倡學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中自主建構(gòu)意義，教師是意義建構(gòu)的幫助者，要以學(xué)生為主體，為學(xué)生搭好“支架”(包括范例、問題、建議、工具、圖表等類型的支架)，利用情境、協(xié)作、對(duì)話、意義建構(gòu)等方式在學(xué)生“最近發(fā)展區(qū)”內(nèi)開展教學(xué)，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)新性。學(xué)生在支架的幫助下逐步將習(xí)得的知識(shí)與能力延伸至新的領(lǐng)域，從而不再依賴支架解決問題，有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)所學(xué)知識(shí)的掌握。

本文以人教版必修1第3章第4節(jié)“力的合成”為例，研究支架式教學(xué)模式下的高中物理教學(xué)設(shè)計(jì)。

2 “力的合成”教學(xué)案例分析

2.1 教材分析

矢量的概念和運(yùn)算定則是物理和數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中的重要知識(shí)。本節(jié)的重點(diǎn)是通過實(shí)驗(yàn)得出力的合成的運(yùn)算定則，這是一個(gè)非常重要的探究過程。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生對(duì)矢量的運(yùn)算有了認(rèn)識(shí)上的飛躍，也為后面學(xué)習(xí)位移矢量及其他矢量的平行四邊形定則作了知識(shí)準(zhǔn)備。

教學(xué)中教師需要理解教材關(guān)于矢量知識(shí)安排的用意，把握教材的知識(shí)脈絡(luò)與設(shè)計(jì)思想，層層深入、循序漸進(jìn)，加強(qiáng)前后知識(shí)聯(lián)系與呼應(yīng)，逐步提升學(xué)生對(duì)矢量概念的理解，提高學(xué)生運(yùn)用相關(guān)數(shù)學(xué)知識(shí)解決物理問題的能力。

2.2 教學(xué)設(shè)計(jì)思路

本節(jié)課應(yīng)用支架式教學(xué)模式進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的總體思路如圖1所示。各個(gè)環(huán)節(jié)貫穿支架的搭建，以問題探究為主線，活躍學(xué)生思維；以實(shí)驗(yàn)分析為基礎(chǔ)，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)規(guī)律；以素養(yǎng)提升為目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。采用翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方法，課前為學(xué)生提供學(xué)習(xí)微視頻，提前創(chuàng)設(shè)情境、明確問題、布置設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的任務(wù)；課堂中加強(qiáng)現(xiàn)象的演示，通過觀察現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用已有的知識(shí)，分析現(xiàn)象、積極思考、聯(lián)系生活，優(yōu)化知識(shí)結(jié)構(gòu)。

2.3 主要教學(xué)過程

2.3.1 課前通過微視頻設(shè)置情境支架：提出問題，布置實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)任務(wù)

在課的整體結(jié)構(gòu)謀劃上，本節(jié)課采用了“翻轉(zhuǎn)課堂”的結(jié)構(gòu)模式。課前，筆者為學(xué)生制作了教學(xué)微視頻，讓學(xué)生課前初步掌握共點(diǎn)力、合力、分力、力的合成等基本概念。

在教學(xué)微視頻中，結(jié)合生活中的實(shí)例介紹了相關(guān)概念后，教師提出問題：合力與分力之間存在著什么樣的關(guān)系？遵循什么樣的規(guī)律？通過實(shí)驗(yàn)探究互成角度兩個(gè)分力與合力的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)中取重錘作為研究對(duì)象，用力傳感器作為測(cè)力儀器。實(shí)驗(yàn)中測(cè)得斜繩的拉力F1為7.22N、水平繩拉力F2為5.82N。再將重錘豎直懸掛，記錄G讀數(shù)為4.90N。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，互成角度的兩個(gè)共點(diǎn)力的合力不是兩個(gè)力的代數(shù)和。

圖1

教師在微視頻中搭建了情境支架，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)合力與分力的關(guān)系進(jìn)行猜想和假設(shè)，并應(yīng)用所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。在布置實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)，對(duì)學(xué)生作了以下提示：

(1) 力可以產(chǎn)生哪些效果？本實(shí)驗(yàn)中你準(zhǔn)備應(yīng)用哪種效果？

(2) 如何確定合力與分力的大小和方向？如果使用橡皮繩，可以根據(jù)它的伸長(zhǎng)記錄力的大小，如設(shè)1mm為一個(gè)“力的單位”，根據(jù)長(zhǎng)度確定力的大小；如果需要用鉤碼、彈簧秤等實(shí)驗(yàn)器材，可以到物理實(shí)驗(yàn)室去借用；實(shí)驗(yàn)中記錄力的方向，要盡可能準(zhǔn)確。

(3) 測(cè)量后的數(shù)據(jù)如何處理？建議同學(xué)們用力的圖示，根據(jù)記錄的力的大小和方向，在同一張圖上畫出分力與合力，并尋找它們的幾何關(guān)系。

教師要求學(xué)生可以在草稿紙上畫出實(shí)驗(yàn)方案原理圖，將設(shè)計(jì)的基本方案或?qū)嶒?yàn)的圖片傳送到老師的電子信箱。

2.3.2 課堂引入設(shè)計(jì)問題支架：設(shè)置懸念，激發(fā)學(xué)生探求欲望

課堂引入環(huán)節(jié)，教師首先提出了一個(gè)發(fā)人深省的問題：“1+1”當(dāng)然等于2，如兩分力均為1N，合力是否一定是2N？為什么？

由于學(xué)生課前通過微視頻進(jìn)行了學(xué)習(xí)，借助以上設(shè)問，將學(xué)生的思維興奮點(diǎn)自然引入了關(guān)于“合力”與“分力”之間大小關(guān)系的思索當(dāng)中。有學(xué)生回答：1kg水+1kg水=2kg水，但兩分力均為1N時(shí)，其合力并不一定是2N，因?yàn)榱κ鞘噶?，不僅有大小、還有方向，所以力的合成不能簡(jiǎn)單地用代數(shù)加減來計(jì)算。

教師對(duì)這樣的回答予以鼓勵(lì)：我們暫且認(rèn)可這位同學(xué)的回答，讓我們帶著問題一起走進(jìn)關(guān)于力的合成所遵從的定則的探究之中，待得到了力的合成的相關(guān)規(guī)律后，我們?cè)賮碜鲎罱K的判斷。

2.3.3 在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)搭建范例支架：交流方案、師生合作進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)

在翻轉(zhuǎn)課堂微視頻學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，教師給學(xué)生布置了任務(wù)，要求設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。課堂上，教師讓學(xué)生進(jìn)行交流。在學(xué)生的方案設(shè)計(jì)中，主要應(yīng)用了兩種力的等效效果：一是平衡(懸掛重物)，二是形變(橡皮繩)。在測(cè)量力的大小方面主要提出了三種方法：利用橡皮繩的形變、用彈簧秤、用鉤碼。

圖2

教師肯定了學(xué)生的設(shè)計(jì)，并指出設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)最主要的目的是讓大家思考實(shí)驗(yàn)方法。為更清楚地演示二力合成的實(shí)驗(yàn)，教師自制了“共點(diǎn)力的合成”示教板(如圖2)，上面提供了用于測(cè)量的角度，可以讓力的方向的記錄非常方便。刻度盤的上端固定了一個(gè)橡皮繩作為研究對(duì)象，力的大小用力傳感器進(jìn)行測(cè)量。實(shí)驗(yàn)時(shí)先用一個(gè)力將橡皮繩拉伸，末端拉到圓心處；再用兩個(gè)互成角度的力將橡皮繩拉伸，同樣將末端拉到圓心處，認(rèn)識(shí)到第一次的力與第二次的兩個(gè)力是合力與分力的等效關(guān)系。

實(shí)驗(yàn)操作時(shí),要求學(xué)生在表1中記錄數(shù)據(jù)，分小組在圖3中做出力的圖示。如何分析2個(gè)分力和1個(gè)合力的線段在幾何上所滿足的關(guān)系？提醒學(xué)生在研究線段間關(guān)系的時(shí)候，常用畫輔助線的方法，所以處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)可以連接表示分力和合力的有向線段的箭頭，觀察連接而成的圖形。

表1

圖3

學(xué)生交流各組的作圖結(jié)果，教師指出：僅做一組像平行四邊形可能是偶然，但多組的結(jié)論都相同就說明結(jié)論不是偶然的了，實(shí)驗(yàn)表明兩個(gè)互成角度的力的合成，是滿足平行四邊形定則的。

2.3.4 總結(jié)環(huán)節(jié)搭建模型支架：加深學(xué)生對(duì)矢量合成法則的理解

在得到二力合成的平行四邊形定則之后，教師注重搭建模型支架，進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)矢量合成法則的理解。

圖4

(1) 從“二力合成”到“多力合成”模型的建立。盡管教學(xué)的運(yùn)作內(nèi)容和學(xué)習(xí)的主體知識(shí)僅限于“二力合成”，但由于課題是“力的合成”而并非是“二力合成”，所以教師在教學(xué)內(nèi)容的漸次展開時(shí)，將“二力合成”自覺納入“多力合成”之中而形成對(duì)“力的合成”課題的精準(zhǔn)和精細(xì)化的理解，呈現(xiàn)了如圖4所示的知識(shí)線索。首先對(duì)課題“力的合成”作包括“二力合成”在內(nèi)的“多力合成”的精準(zhǔn)理解，接著選擇“二力合成”作為研究“力的合成”之切入點(diǎn)或突破口，最后采用“依次累加”的方式徹底解決“力的合成”問題。

(2) 從“力的合成”到“矢量合成”模型的建立。學(xué)生對(duì)矢量概念的掌握是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程，從教材整體安排來說主要有以下階段的研究：通過位移的學(xué)習(xí)知道矢量是“有方向”的物理量；通過研究力的合成得到平行四邊形定則；在“力的分解”一節(jié)說明求合位移也遵從平行四邊形定則，并給出了矢量與標(biāo)量的嚴(yán)格定義；將運(yùn)動(dòng)的合成與分解作為矢量運(yùn)算的一次重要應(yīng)用；將向心加速度方向與大小的推導(dǎo)作為矢量運(yùn)算的又一次重要應(yīng)用。

3 教學(xué)反思

3.1 運(yùn)用支架式教學(xué)模式，促進(jìn)教學(xué)理念的更新

支架式教學(xué)強(qiáng)調(diào)學(xué)生的知識(shí)不是由教師直接呈現(xiàn)出來，而是要求學(xué)生自己主動(dòng)地去搜集、整理資料，分析相關(guān)的信息，進(jìn)行自主建構(gòu)。本節(jié)課通過層層支架的搭建，教師的教學(xué)從關(guān)注“知識(shí)傳授”轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)注學(xué)生“知識(shí)內(nèi)化”，啟發(fā)引導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)探究、合作交流，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力與協(xié)作意識(shí)，這與課程目標(biāo)中的“注重體現(xiàn)物理學(xué)科本質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)”的理念是一致的。

3.2 運(yùn)用支架式教學(xué)模式，促進(jìn)課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

課堂教學(xué)是一個(gè)有多層次結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，包括教材的知識(shí)結(jié)構(gòu)、學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)和課堂的教學(xué)結(jié)構(gòu)，其中課堂的教學(xué)結(jié)構(gòu)是促進(jìn)教材知識(shí)結(jié)構(gòu)向?qū)W生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化的中介和動(dòng)力。支架式教學(xué)通常包括以下基本環(huán)節(jié)：搭建支架、進(jìn)入情境、獨(dú)立探索、協(xié)作學(xué)習(xí)、效果評(píng)價(jià)。本節(jié)課通過課前學(xué)習(xí)微視頻，讓學(xué)生理解基本概念，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案；以學(xué)生所要學(xué)習(xí)的知識(shí)內(nèi)容為主要發(fā)展區(qū)，以相關(guān)情境和問題為基本點(diǎn)搭建教學(xué)支架，為學(xué)生的獨(dú)立探索研究和協(xié)作學(xué)習(xí)討論奠定基礎(chǔ)；在二力合成實(shí)驗(yàn)中，教師注重引導(dǎo)，對(duì)不同小組的研究成果進(jìn)行分析，得到合理結(jié)論。支架式教學(xué)模式下的課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)有助于學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，達(dá)到了促進(jìn)學(xué)生主體性發(fā)展的目的。

3.3 運(yùn)用支架式教學(xué)模式，促進(jìn)學(xué)生思維品質(zhì)提升

支架式教學(xué)要求圍繞所學(xué)知識(shí)建立一個(gè)個(gè)支架，而支架搭建的關(guān)鍵是促進(jìn)學(xué)生“現(xiàn)有水平”向“潛在發(fā)展水平”轉(zhuǎn)化。在本節(jié)課中教師努力做到在前置設(shè)問中暗留玄機(jī)、在相關(guān)問題的回答中存疑，各種支架以問題為主線前后照應(yīng)而水到渠成。這種支架式教學(xué)模式能夠讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)研究過程，加深對(duì)物理思維方法的理解，在親身經(jīng)歷探究的過程中體會(huì)科學(xué)研究方法，這對(duì)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情、優(yōu)化學(xué)生的思維品質(zhì)起到了積極的作用。