李斌　周妍媚

摘 要：追求“素養(yǎng)立意”的初中科學(xué)教學(xué)，宏觀的課程建設(shè)頂層設(shè)計(jì)已進(jìn)入深水區(qū)，但提升學(xué)生核心素養(yǎng)關(guān)鍵在課堂.研究表明：核心概念的學(xué)習(xí)過程，是一個(gè)層次分明、聯(lián)系密切的整體，利用學(xué)習(xí)進(jìn)階框架估計(jì)學(xué)生所處層級(jí)，并據(jù)此設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)，能有力提升概念教學(xué)的有效性.

關(guān)鍵詞：核心概念;學(xué)習(xí)進(jìn)階;力

作者簡(jiǎn)介：李斌（1975-），男，浙江衢州人，本科，中學(xué)高級(jí)教師，研究方向：初中科學(xué)教學(xué);

周妍媚（1975-），女，浙江衢州人，本科，中學(xué)高級(jí)教師，研究方向：初中科學(xué)教學(xué).

核心概念，即位于學(xué)科中心的概念性知識(shí)，包括一些基本理解和解釋，如重要概念、原理和理論等學(xué)科結(jié)構(gòu)性的主干部分.最新的國(guó)際科學(xué)教育研究與實(shí)踐中，強(qiáng)調(diào)核心概念、大概念、跨學(xué)科概念，從21世紀(jì)之前重視概念發(fā)展和概念轉(zhuǎn)變，到現(xiàn)階段的重視核心概念和概念進(jìn)階，都把科學(xué)概念學(xué)習(xí)作為科學(xué)教育的重要目標(biāo).科學(xué)教育研究者普遍認(rèn)為，科學(xué)教育的目標(biāo)不是去獲得一大堆由事實(shí)和理論堆砌的知識(shí)，而應(yīng)是實(shí)現(xiàn)一個(gè)趨向于核心概念的進(jìn)展過程.學(xué)習(xí)進(jìn)階，是學(xué)習(xí)者從基于個(gè)體經(jīng)驗(yàn)對(duì)概念粗淺認(rèn)識(shí)到精熟科學(xué)理解的學(xué)習(xí)成長(zhǎng)過程，也是對(duì)學(xué)生在一定階段在某一主題引領(lǐng)下，依次進(jìn)階，逐級(jí)深化的思維層級(jí)進(jìn)步的路徑描述.在剖析學(xué)生概念學(xué)習(xí)過程，參考認(rèn)知理論進(jìn)階變量設(shè)定依據(jù)和科學(xué)課程學(xué)習(xí)進(jìn)階設(shè)計(jì)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，科學(xué)課程核心概念學(xué)習(xí)一般要經(jīng)歷經(jīng)驗(yàn)感受、映射感知、關(guān)聯(lián)處理、系統(tǒng)構(gòu)建、整合應(yīng)用五個(gè)發(fā)展階段，它們共同組成了科學(xué)核心概念發(fā)展層級(jí).

本文將以核心概念“力的存在”為例開展研究，以呈現(xiàn)核心概念進(jìn)階學(xué)習(xí)的一般模式.

1 基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的學(xué)情分析

基于科學(xué)核心概念進(jìn)階理論，及對(duì)小學(xué)科學(xué)、初中科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)和教材的梳理、分析，描述了“力的存在”核心概念的進(jìn)階表現(xiàn)期望，見表1.

2 基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的過程設(shè)計(jì)

2.1 “力的概念”的建構(gòu)

2.1.1 教學(xué)起點(diǎn)

“ 力”的概念貼近生活，與學(xué)生的生活息息相關(guān)，其事例十分普遍.七年級(jí)的學(xué)生雖然不知道科學(xué)中力的確切含義，但對(duì)力的作用效果的各種具體表現(xiàn)是熟悉的，平時(shí)日常生活相關(guān)的感受很多，較易吸引學(xué)生參與思考和討論.一方面，科學(xué)學(xué)科中力的概念是對(duì)一類客觀現(xiàn)象分析、歸納、抽象的基礎(chǔ)上形成的，具有抽象性與概括性強(qiáng)的特點(diǎn);另一方面，學(xué)生在日常生活中使用的力的概念多與力量、爆發(fā)力、耐力、體力等聯(lián)系在一起，與科學(xué)中力的概念不一致，要把學(xué)生頭腦中已有的錯(cuò)誤的前概念轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)概念，難度較大.

2.1.2 學(xué)習(xí)路徑

實(shí)驗(yàn)引課：演示無人機(jī)升空過程，使無人機(jī)升空肯定需要力的作用.那么，力究竟是什么？它是如何產(chǎn)生的？我們有沒有辦法感受它的存在呢？這其中的道理，讓我們一起來探究“力的存在”.

自主探究、建構(gòu)概念：活動(dòng)1：請(qǐng)同學(xué)們利用身邊的物品，通過完成相應(yīng)動(dòng)作來感受“力”的產(chǎn)生（動(dòng)作持續(xù)一段時(shí)），思考各力涉及的物體？并體悟物體間力的作用形式？

完成活動(dòng)后請(qǐng)學(xué)生展示自己的產(chǎn)生力的方法，教師截取學(xué)生活動(dòng)的照片和課本例子進(jìn)行分析，歸納力產(chǎn)生過程的共性，如下圖2所示.

在綜合分析上述例子基礎(chǔ)上歸納得出，人或其他動(dòng)物能夠產(chǎn)生力，其他無生命物體也能產(chǎn)生力，一個(gè)力的產(chǎn)生一定會(huì)涉及兩個(gè)物體，產(chǎn)生力時(shí)物體間作用形式有許多種，最后得出：“大量的事實(shí)表明，力是物體對(duì)物體的作用”.

拓展延伸：產(chǎn)生力時(shí)物體是否一定要接觸呢？請(qǐng)學(xué)生從日常生活中尋找實(shí)例或利用分組實(shí)驗(yàn)的器材設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來證明自己的觀點(diǎn).

證據(jù)展示：a.兩磁鐵沒有接觸時(shí)也能產(chǎn)生引力或斥力;b.磁鐵懸空時(shí)也能吸引回形針;c.教室懸掛在天花板上的燈沒有接觸地球也受到重力作用等.得出結(jié)論：物體間不接觸也可以產(chǎn)生力的作用.

2.1.3 評(píng)測(cè)反饋

學(xué)習(xí)進(jìn)階研究表明學(xué)習(xí)是對(duì)某一領(lǐng)域由淺入深、逐步復(fù)雜的概念理解過程.上述教學(xué)過程充分暴露學(xué)生的前概念，知道“力”這一個(gè)模糊的概念而已. 教學(xué)中可利用貼近學(xué)生實(shí)際的圖片、實(shí)驗(yàn)等多種手段設(shè)置不同的情境，為學(xué)生提供豐富的感性素材，引導(dǎo)學(xué)生分析各種情境，從人或其他生物能夠產(chǎn)生力，到其他無生命物體也能產(chǎn)生力;從接觸的物體發(fā)生作用時(shí)能產(chǎn)生力，到不接觸的物體發(fā)生作用時(shí)也能產(chǎn)生力;從物體間作用時(shí)會(huì)產(chǎn)生力，到產(chǎn)生一個(gè)力一定涉及到兩個(gè)物體.讓學(xué)生通過對(duì)大量的事例分析、抽象概括過程中找到各種現(xiàn)象的共同點(diǎn)和不同點(diǎn)，從而歸納出力的概念.這種從學(xué)生的原有經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，逐步進(jìn)階、建構(gòu)概念的教學(xué)，呈現(xiàn)給學(xué)生的是過程不是結(jié)果，教的是思維方法而不只是科學(xué)知識(shí).

2.2 “力的作用效果”進(jìn)階教學(xué)設(shè)計(jì)

2.2.1 教學(xué)起點(diǎn)

學(xué)生在日常生活中總是從自己的角度去觀察和理解周圍世界，此時(shí)往往會(huì)形成某些膚淺、片面的觀點(diǎn).譬如：柔軟的物體受力會(huì)發(fā)生形變，而堅(jiān)硬的物體受力的微小形變?nèi)菀妆缓鲆?對(duì)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變概括不到位.力的作用效果屬于復(fù)雜的映射感知和關(guān)聯(lián)處理層級(jí).從感性認(rèn)識(shí)到理性概括，從生活現(xiàn)象到科學(xué)本質(zhì)，這些都離不開科學(xué)方法與思維.

2.2.2 學(xué)習(xí)路徑

師：力是客觀存在的，你能看得見力嗎？

生：不能.

師：我們?nèi)绾未_認(rèn)它的存在呢？（轉(zhuǎn)換法介紹）

（演示活動(dòng)）：用手捏塑料瓶子，觀察變化.

師：請(qǐng)問此時(shí)有沒有給瓶子施加力的作用？你判斷的依據(jù)是什么呢？

生：有，瓶子變癟了.

師：我們無法看到力，卻能從力產(chǎn)生的效果中感受到力的存在，如手用力捏瓶子，瓶子就會(huì)變癟.（請(qǐng)學(xué)生列舉其他例子）

師：大量的事實(shí)表明，力能改變物體的形狀.

師：剛才列舉的物體：塑料瓶、橡皮筋、文具袋、球、人臉等，都是比較軟，所以它們受力后都會(huì)發(fā)生形變.那老師用力捏這個(gè)厚玻璃瓶，請(qǐng)問此時(shí)玻璃瓶有沒有發(fā)生形變呢？

生：有或沒有.（更多的人感到疑惑，不能確定）

生：有形變，但形變太小了，不容易觀察出來.

師：如何把微小形變明顯呈現(xiàn)出來？請(qǐng)各小組思考、討論、交流并展示實(shí)驗(yàn)方案.

（若此環(huán)節(jié)有難度，可以以溫度計(jì)作為腳手架，讓學(xué)生從溫度計(jì)的原理中得到啟示，進(jìn)行方案設(shè)計(jì).）

師：能否利用類似的方法設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)證明玻璃瓶受力發(fā)生形變了？

（讓學(xué)生去設(shè)計(jì)并逐步完善方案，至得到圖4裝置，瓶?jī)?nèi)裝滿染紅的水，然后用帶玻璃細(xì)管橡膠塞塞緊;先讓學(xué)生預(yù)設(shè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，然后用老師課前準(zhǔn)備好的裝置對(duì)設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，并通過分析現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，加深對(duì)物體形變的理解.）

師：那么，上述方案中用到哪些科學(xué)方法？

生：轉(zhuǎn)換法和放大法.

師：物體只要受到力的作用就會(huì)發(fā)生形變;反之，物體發(fā)生形變就一定受到力的作用. 力除了能改變物體的形狀外，還有怎樣的作用效果呢？請(qǐng)大家完成下面的活動(dòng).

（學(xué)生活動(dòng)）：將全班按座位分成四個(gè)大組，由一、三組同學(xué)拿球，并用力把球拍給對(duì)方，二、四組同學(xué)接球回傳，活動(dòng)中觀察力對(duì)氣球產(chǎn)生哪些作用效果？

學(xué)生活動(dòng)后匯報(bào)觀察到的現(xiàn)象整理歸納如下：

師：如果把球換成其他物體，能產(chǎn)生以上效果嗎？請(qǐng)舉出類似的例子.

生：能.（實(shí)例略）

師：我們把物體運(yùn)動(dòng)方向的改變、物體運(yùn)動(dòng)速度大小的改變統(tǒng)稱為物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變.大量事實(shí)表明，力還能改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài).

2.2.3 評(píng)測(cè)反饋

力的作用效果的表述看似簡(jiǎn)單，但要真正理解對(duì)學(xué)生來說是有一定困難的.其要求學(xué)生能建構(gòu)抽象術(shù)語和數(shù)個(gè)可觀測(cè)的具體事物特征間的關(guān)系，屬于關(guān)聯(lián)處理與系統(tǒng)構(gòu)建進(jìn)階層級(jí).在教學(xué)中，教師讓學(xué)生在經(jīng)歷科學(xué)探究中滲透各種科學(xué)方法，將實(shí)驗(yàn)活動(dòng)與邏輯推理和思維活動(dòng)相結(jié)合，這對(duì)概念的系統(tǒng)構(gòu)建來說尤為重要.如僅通過塑料瓶子、橡皮筋、足球等受力有明顯形變的現(xiàn)象，就得出“力能使物體發(fā)生形變”，那么學(xué)生對(duì)堅(jiān)硬物體受力是否形變就會(huì)半信半疑.因?yàn)橹R(shí)沒有由原有經(jīng)驗(yàn)進(jìn)階而來，難以納入學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中.所以教學(xué)中將形變問題探究分兩個(gè)層級(jí)，柔軟的物體受力形變現(xiàn)象明顯，結(jié)論順利得出.而對(duì)堅(jiān)硬物體形變探究?jī)?nèi)容和難度上明顯提高，以溫度計(jì)原理為鋪墊，利用類比思想進(jìn)行遷移，讓學(xué)生去設(shè)計(jì)完善方案，重現(xiàn)激活前經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，利用轉(zhuǎn)換法、放大法解決新問題.在對(duì)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變判斷上，對(duì)于學(xué)生來說也同樣具有一定難度.教學(xué)中先讓學(xué)生參與互拍球活動(dòng)，讓他們先通過觀察獲得直觀的感受，在列舉活動(dòng)中球發(fā)生的變化后，進(jìn)行分類和歸納，得出運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的兩種形式.這種教學(xué)在圍繞課程教學(xué)內(nèi)容中必備知識(shí)和關(guān)鍵能力上科學(xué)規(guī)劃銜接點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)學(xué)科核心素養(yǎng)的螺旋上升式規(guī)劃和階梯臺(tái)階式培養(yǎng).

2.3 “力的作用是相互的”的進(jìn)階教學(xué)設(shè)計(jì)

2.3.1 教學(xué)起點(diǎn)

學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中根據(jù)現(xiàn)象易歸納得出力的作用是相互的，但是在認(rèn)識(shí)它的普遍性及利用力的相關(guān)知識(shí)解答綜合化的實(shí)際問題，以此充實(shí)和改造已有對(duì)力的認(rèn)知，逐步構(gòu)建出力的初步圖景，屬于復(fù)雜的系統(tǒng)、整合層級(jí)，對(duì)學(xué)生的抽象思維、形象思維要求很高.

2.3.2 學(xué)習(xí)路徑

典型實(shí)驗(yàn)分析1：氣球相互擠壓（見圖6）

師：你能不能再舉出類似的例子？

生：打排球時(shí)手也會(huì)感到痛;打網(wǎng)球時(shí)，球被打出去的同時(shí)球拍也會(huì)變形;用力鼓掌時(shí)兩只手都會(huì)感到痛等.

師：大量事實(shí)表明，物體間力的作用是相互的.

2.4 整合應(yīng)用、知識(shí)創(chuàng)新

2.4.1 實(shí)例應(yīng)用

例一：汽車撞到柱子上，為什么反而自己受損？

解析：當(dāng)汽車撞到柱子上，汽車給柱子一個(gè)力，因?yàn)榱Φ淖饔檬窍嗷サ?，反過來柱子也給汽車一個(gè)作用力.由于柱子和汽車的牢固程度不同，所以反而汽車受損比較嚴(yán)重.

例二：旋翼式無人機(jī)升空時(shí)推升力是如何產(chǎn)生的？

解析：當(dāng)無人機(jī)的旋翼轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，旋翼對(duì)空氣產(chǎn)生一個(gè)向下的推力，由于物體間力的作用是相互的，同時(shí)空氣對(duì)旋翼產(chǎn)生一個(gè)向上的反作用力.這就是旋翼式無人機(jī)升空時(shí)的升力.

2.4.2 課后拓展

利用所學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)并制作水火箭.要求：說明原理、所需材料、制作方案;以4-6人的學(xué)習(xí)小組為單位完成一個(gè)成品制作，下周科學(xué)實(shí)驗(yàn)課中進(jìn)行發(fā)射評(píng)比.

2.4.3 評(píng)測(cè)反饋

學(xué)生在問題的引領(lǐng)下通過思考、交流、親歷比較、分析、歸納概括等邏輯思維方法，總結(jié)出力的作用是相互的，此過程實(shí)現(xiàn)了由科學(xué)現(xiàn)象到科學(xué)知識(shí)的提升.尤其是鐵釘也能吸引磁鐵這一實(shí)驗(yàn)，令學(xué)生們興奮不已，糾正學(xué)生錯(cuò)誤前概念的同時(shí)，幫助其認(rèn)識(shí)力的相互作用的普遍性.在整合應(yīng)用環(huán)節(jié)，問題呈現(xiàn)連貫且逐漸深入.從相互作用的兩個(gè)物體有明顯指向的汽車撞柱子事例入手，到相互作用的兩個(gè)物體隱蔽于素材中的“旋翼式無人機(jī)如何升空”的事例分析，再到依托所學(xué)知識(shí)進(jìn)行體現(xiàn)STEAM 項(xiàng)目教學(xué)的水火箭制作，這是一個(gè)循環(huán)往復(fù)且螺旋上升的創(chuàng)新過程.通過這樣的教學(xué)過程，既實(shí)現(xiàn)知識(shí)的整合，又實(shí)現(xiàn)知識(shí)的創(chuàng)新應(yīng)用，為新一輪認(rèn)知結(jié)構(gòu)的躍遷發(fā)展儲(chǔ)備力量.

3 基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的教學(xué)診斷與反思

運(yùn)用學(xué)習(xí)進(jìn)階理論分析，學(xué)生在“力的存在”這一核心概念的學(xué)習(xí)過程中，不難發(fā)現(xiàn)學(xué)生在課堂中的學(xué)習(xí)行為已經(jīng)超越了傳統(tǒng)學(xué)習(xí)認(rèn)知的范疇.具體包括：知識(shí)表征、知識(shí)建構(gòu)、知識(shí)應(yīng)用和知識(shí)創(chuàng)新在內(nèi)的層次分明、聯(lián)系密切的整體.

3.1 知識(shí)表征

知識(shí)表征指信息在人腦中的儲(chǔ)存和呈現(xiàn)方式，它是個(gè)體知識(shí)學(xué)習(xí)的關(guān)鍵.利用學(xué)生對(duì)力的初步認(rèn)識(shí)，通過列舉學(xué)生熟悉的事例，利用身邊的物品演示力的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，以此表征知識(shí)，同時(shí)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的能動(dòng)性和自主性.

3.2 知識(shí)建構(gòu)

對(duì)于復(fù)雜的映射感知和關(guān)聯(lián)處理層級(jí)的知識(shí)建構(gòu)，一方面學(xué)生通過對(duì)豐富事例的分析及抽象概括找到各種現(xiàn)象的共同點(diǎn)和不同點(diǎn)，從而完成知識(shí)建構(gòu);另一方面將實(shí)驗(yàn)活動(dòng)和邏輯思維相結(jié)合，對(duì)堅(jiān)硬物體形變探究時(shí)，以溫度計(jì)原理為鋪墊，利用類比思想進(jìn)行遷移，讓學(xué)生去設(shè)計(jì)完善方案，重現(xiàn)激活前經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，利用轉(zhuǎn)換法、放大法，解決新問題，完成知識(shí)的系統(tǒng)建構(gòu).

3.3 知識(shí)應(yīng)用與創(chuàng)新

如何將知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際問題解決中，既體現(xiàn)科學(xué)知識(shí)的價(jià)值，又可以起到知識(shí)點(diǎn)之間、學(xué)科之間的連結(jié)作用.“應(yīng)用與創(chuàng)新”中的三個(gè)實(shí)際問題層層遞進(jìn)、步步為營(yíng)符合學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)和身心發(fā)展規(guī)律.尤其是“水火箭制作”是一個(gè)跨學(xué)科的項(xiàng)目化學(xué)習(xí)，以培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力和創(chuàng)新能力為目標(biāo)，是STEAM 教學(xué)的經(jīng)典案例.

總之，科學(xué)的學(xué)習(xí)過程是復(fù)雜的，初中學(xué)生科學(xué)核心概念的建構(gòu)與核心素養(yǎng)發(fā)展往往是多個(gè)因素交互作用的結(jié)果.審慎把握這一結(jié)果，既需要教師在教學(xué)過程幫助學(xué)生圍繞核心概念發(fā)展層級(jí)設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)，又需要教師圍繞課程教學(xué)內(nèi)容中的必備知識(shí)和關(guān)鍵能力科學(xué)規(guī)劃銜接點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)學(xué)科知識(shí)的螺旋上升和核心素養(yǎng)階梯式發(fā)展.基于核心概念發(fā)展層級(jí)的學(xué)習(xí)進(jìn)階教學(xué)設(shè)計(jì)是當(dāng)前科學(xué)教學(xué)中培育學(xué)科核心素養(yǎng)的新嘗試，需要學(xué)科人堅(jiān)定前行、持續(xù)耕耘.

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（收稿日期：2019-09-13）