王紅燕

摘 ?要 學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程是從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、連續(xù)的推理認(rèn)知發(fā)展過(guò)程。概念是科學(xué)教育的基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)進(jìn)階是學(xué)生在學(xué)習(xí)某一核心概念的過(guò)程中所遵循的一系列逐漸復(fù)雜的思維路徑。就“力臂”這一核心概念的學(xué)習(xí)進(jìn)階構(gòu)建，從學(xué)生認(rèn)知發(fā)展、思維發(fā)展的角度對(duì)其進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞 力臂;學(xué)習(xí)進(jìn)階;核心概念;杠桿;滑輪;實(shí)驗(yàn);教學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G633.7 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2019）13-0086-04

1 引言

學(xué)習(xí)進(jìn)階（learning progressions，簡(jiǎn)稱LPs）也稱學(xué)習(xí)進(jìn)程，是當(dāng)前美國(guó)教育研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。劉晟、劉恩山的研究指出：學(xué)習(xí)進(jìn)階是對(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，一般呈現(xiàn)為圍繞核心概念展開(kāi)的一系列由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、相互關(guān)聯(lián)的概念序列[1]。初中科學(xué)教學(xué)以概念為基礎(chǔ)，并在此基礎(chǔ)上促進(jìn)學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展。核心概念的建構(gòu)直接影響到學(xué)生對(duì)于科學(xué)知識(shí)的認(rèn)知程度，甚至影響整塊知識(shí)的系統(tǒng)梳理和后續(xù)學(xué)習(xí)能力。

筆者觀察了許多科學(xué)課堂，發(fā)現(xiàn)在概念教學(xué)中存在一些明顯的不恰當(dāng)之處。如在課堂教學(xué)過(guò)程中，教師不是通過(guò)實(shí)例和情境的創(chuàng)設(shè)去揭示概念的關(guān)鍵特征，而只是簡(jiǎn)單地將概念描述給學(xué)生，重結(jié)論的傳授而忽視結(jié)論得出過(guò)程中的建構(gòu)性和概括化，對(duì)于一些抽象的概念，學(xué)生更是無(wú)法理解;在概念教學(xué)中過(guò)分重視定義描述，導(dǎo)致學(xué)生死記硬背，混淆對(duì)概念關(guān)鍵屬性的理解;教師忽視實(shí)驗(yàn)或呈現(xiàn)的感性材料不恰當(dāng)，導(dǎo)致學(xué)生無(wú)法辨別出概念的本質(zhì)特征，阻礙學(xué)生的學(xué)習(xí)等。

學(xué)生對(duì)知識(shí)的認(rèn)識(shí)和學(xué)習(xí)過(guò)程是從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、從淺層到深度的連續(xù)的理解推理建構(gòu)的認(rèn)知發(fā)展過(guò)程，而學(xué)習(xí)進(jìn)階能有效地促進(jìn)認(rèn)知構(gòu)建，有利于學(xué)生形成較為完整、系統(tǒng)的概念。不恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方式恰恰忽視了學(xué)生認(rèn)知概念是有“階”的。那么，在教學(xué)過(guò)程中該如何幫助學(xué)生鋪開(kāi)認(rèn)知發(fā)展的路徑？如何在學(xué)生認(rèn)知發(fā)展過(guò)程中搭建他們建構(gòu)概念過(guò)程中用以連續(xù)推理認(rèn)知的踏板，幫助學(xué)生建構(gòu)起概念之間的聯(lián)系？筆者以“杠桿和滑輪”這一內(nèi)容為例，尋找其中的核心概念，并嘗試就這一概念的認(rèn)識(shí)和發(fā)展，尋找有效構(gòu)建它的“階”。

2 逆向教學(xué)設(shè)計(jì)確定核心概念

逆向教學(xué)設(shè)計(jì)的教學(xué)思想是首先明確課程目標(biāo)，然后以此為基礎(chǔ)來(lái)安排設(shè)計(jì)各種教學(xué)活動(dòng)，即“明確學(xué)習(xí)的結(jié)果—確定能證明學(xué)生達(dá)到預(yù)期學(xué)習(xí)結(jié)果的證據(jù)—安排相關(guān)教學(xué)活動(dòng)”的過(guò)程。

學(xué)生在學(xué)習(xí)“杠桿”時(shí)，要能描述杠桿的特點(diǎn)，懂得杠桿平衡條件，并能運(yùn)用杠桿平衡條件分析杠桿的平衡問(wèn)題，且能識(shí)別省力杠桿或費(fèi)力杠桿。學(xué)生如果要達(dá)到這樣的目標(biāo)，首先要能夠辨別杠桿的五要素，尤其是尋找“力臂”這一關(guān)鍵因素。而學(xué)生往往會(huì)簡(jiǎn)單地把杠桿上的力的作用點(diǎn)到支點(diǎn)的距離確定為力臂，或者死記概念“支點(diǎn)到力的作用線的垂直距離”。概念是書(shū)本上寫(xiě)著的或者教師告知的，學(xué)生的頭腦中形成的依然是支點(diǎn)到力的作用點(diǎn)的距離就是力臂的定勢(shì)思維。概念的告知只是讓學(xué)生獲得力臂表象，因?yàn)椴焕斫鉃槭裁词沁@樣，所以在分析題目的過(guò)程中往往容易出錯(cuò)。通過(guò)逆向思考，在教學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程中明確了“力臂”這一關(guān)鍵問(wèn)題，便可以針對(duì)關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行具體的活動(dòng)設(shè)計(jì)。

在“滑輪”教學(xué)中也可以逆向思考。在這一內(nèi)容中，要求學(xué)生能識(shí)別動(dòng)滑輪和定滑輪，描述它們的特點(diǎn)，并能說(shuō)明滑輪的實(shí)質(zhì)是一個(gè)杠桿，認(rèn)識(shí)滑輪的特點(diǎn)。學(xué)生最難理解的問(wèn)題就是：滑輪是杠桿的變形。通常學(xué)生認(rèn)為杠桿大都是線條形的，可是滑輪是圓形的，很難在它們之間建立起聯(lián)系。尋找到教學(xué)中的這一關(guān)鍵問(wèn)題，并順應(yīng)這一問(wèn)題進(jìn)行活動(dòng)設(shè)計(jì)思維引領(lǐng)，進(jìn)行學(xué)習(xí)進(jìn)階的構(gòu)建，幫助學(xué)生形成完整系統(tǒng)的概念。

3 圍繞核心概念構(gòu)建學(xué)習(xí)進(jìn)階

《學(xué)習(xí)進(jìn)階視域下的核心概念教學(xué)》一書(shū)中指出：學(xué)習(xí)進(jìn)階是對(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。那么關(guān)于力臂這一概念，在它所貫穿的學(xué)生學(xué)習(xí)杠桿和滑輪的階段，這一概念深入的落點(diǎn)可以是“直杠桿—彎曲的杠桿—非典型的杠桿（如圓柱滾上臺(tái)階）—滑輪”這一進(jìn)階過(guò)程，也可以是“直杠桿—滑輪”。學(xué)習(xí)進(jìn)階的路徑不是唯一的。皮亞杰認(rèn)為：“知識(shí)是個(gè)體與環(huán)境交互作用中逐漸建構(gòu)的結(jié)果，學(xué)習(xí)不只是對(duì)某種特定刺激做出反應(yīng)，而是頭腦中認(rèn)識(shí)的重建。”教師只有在安排教學(xué)活動(dòng)時(shí)為學(xué)生提供更多探究發(fā)現(xiàn)的機(jī)會(huì)，學(xué)生才能透過(guò)書(shū)本發(fā)現(xiàn)更深層次的含義，得到有意義的推論，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)持久性理解。

階一：直杠桿 ?要建構(gòu)起力臂這個(gè)概念，學(xué)生首先更容易理解和接受的是顯而易見(jiàn)的“直杠桿”，從直杠桿出發(fā)，幫助學(xué)生建構(gòu)力臂的概念，是學(xué)習(xí)整個(gè)內(nèi)容的關(guān)鍵?？梢酝ㄟ^(guò)學(xué)習(xí)情境的設(shè)計(jì)，在活動(dòng)中發(fā)現(xiàn)概念的本質(zhì)，幫助學(xué)生自主建構(gòu)。

步驟1：在杠桿的一端固定位置（如距支點(diǎn)20 cm處）掛上三個(gè)鉤碼，在杠桿的另一端用彈簧測(cè)力計(jì)在10 cm處豎直向下拉，直到杠桿在水平位置平衡，讀出此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)，如圖1-a所示。

步驟2：A端鉤碼數(shù)和位置不變，將彈簧測(cè)力計(jì)作用點(diǎn)向外移動(dòng)，拉力方向依舊豎直向下，讀出此時(shí)讀數(shù)，如圖1-b所示。

【思考與討論】彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)怎么樣改變？對(duì)此你有什么思考？當(dāng)阻力位置方向不變時(shí)，動(dòng)力的大小可能與什么有關(guān)？

學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)，力的作用點(diǎn)外移后，力也會(huì)變小，力的大小與力的作用點(diǎn)到支點(diǎn)的距離有關(guān)。

步驟3：彈簧測(cè)力計(jì)拉力的作用點(diǎn)不變，改變拉力方向，如圖1-c、圖1-d所示，觀察彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)變化。

【思考與討論】你發(fā)現(xiàn)了什么？對(duì)此你又有什么思考？

學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)力的作用點(diǎn)不變，而力的方向發(fā)生改變時(shí)，力的大小也會(huì)發(fā)生改變：當(dāng)往內(nèi)拉和往外拉時(shí)，力都比豎直拉時(shí)要大，力的大小好像不僅僅與力的作用點(diǎn)到支點(diǎn)的距離有關(guān)，還可能與力的方向有關(guān)。

【思考與討論】步驟3中兩次動(dòng)力的方向雖然不同，但當(dāng)拉力方向適當(dāng)改變時(shí)，力的大小卻可能相同。以上實(shí)驗(yàn)說(shuō)明動(dòng)力的大小與力的方向和力的作用點(diǎn)似乎都有關(guān)又似乎都無(wú)關(guān)，但這兩個(gè)因素都影響著力的大小，這其中到底是什么奧秘？到底是什么影響著力的大?。縿?dòng)力的大小到底與什么因素有關(guān)呢？

接著，可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行作圖分析，進(jìn)而建立“力臂”這一概念。

科學(xué)概念是有層次的，學(xué)習(xí)進(jìn)階的始端就是認(rèn)知的起點(diǎn)。按照以上的活動(dòng)步驟，引導(dǎo)學(xué)生逐步分析思考，突破原有的概念，幫助學(xué)生順應(yīng)新問(wèn)題，引發(fā)新思考。學(xué)生邁過(guò)這個(gè)“階”，意味著他的認(rèn)知發(fā)生了變化。讓學(xué)生在較短的時(shí)間里實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)認(rèn)知起點(diǎn)到終點(diǎn)的演進(jìn)，這是最適合學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)階發(fā)展的有效路徑。

階二：從杠桿到滑輪 ?建構(gòu)主義學(xué)習(xí)觀認(rèn)為，學(xué)習(xí)者只有思考了教學(xué)內(nèi)容并建構(gòu)了自己的理解，學(xué)習(xí)才算是真正實(shí)現(xiàn)了。因此，教學(xué)就應(yīng)該注重讓學(xué)生在思考如何完成任務(wù)的過(guò)程中建構(gòu)自己的理解。如“滑輪是變形的杠桿”這一概念的建立，對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)是很困難的，很難在兩者之間建立聯(lián)系。以下學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)計(jì)可以有效幫助學(xué)生突破原有概念，實(shí)現(xiàn)概念的同化。

任務(wù)1：如圖2所示，模擬古代勞動(dòng)人民利用杠桿提升重物，用一根1.5 m長(zhǎng)的杠桿，將重物分別提升到一定的高度，如0.5 m、1 m、2 m……發(fā)現(xiàn)提升重物的高度是有限的，該怎么辦呢？

如圖3-a所示，學(xué)生在完成任務(wù)過(guò)程中會(huì)發(fā)現(xiàn)，將重物掛在一端，另一端下壓來(lái)抬升重物，若支點(diǎn)位置不變，高度越高時(shí)，由于動(dòng)力一端可以壓低的距離有限（壓到地面無(wú)法再下壓），重物也很難再上升。只有架高支點(diǎn)，才能完成任務(wù)。

任務(wù)2：再添加一根杠桿，形成一個(gè)“十”字，如圖3-b所示，繼續(xù)重復(fù)操作，請(qǐng)談一談使用后的感受。

學(xué)生發(fā)現(xiàn)提升重物的高度有所增加，但是操作過(guò)程不流暢。教師適時(shí)引導(dǎo)該如何繼續(xù)改進(jìn)，學(xué)生提出再添加杠桿。如果按剛才的方式添加無(wú)數(shù)根杠桿，會(huì)形成什么形狀的物體？（圓盤(pán)。）如圖3-c所示，推出定滑輪的實(shí)質(zhì)就是一個(gè)等臂杠桿，動(dòng)力臂、助力臂就是滑輪的半徑，從而在杠桿和滑輪之間建立起聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移及概念的同化。

任務(wù)3：教師再次引導(dǎo)學(xué)生，逆向思維拆解動(dòng)滑輪，如圖4所示，最終發(fā)現(xiàn)動(dòng)滑輪的實(shí)質(zhì)為動(dòng)力臂是阻力臂一半的省力杠桿。

階三：滑輪即杠桿 ?從學(xué)習(xí)效果來(lái)看，通過(guò)情境創(chuàng)設(shè)、任務(wù)布置等活動(dòng)，已經(jīng)為學(xué)生的思維開(kāi)拓了一條前進(jìn)的道路，有利于幫助學(xué)生理清概念及相互間的聯(lián)系，從而解決關(guān)鍵問(wèn)題。但從概念的建構(gòu)到真正地深入理解，教師還可以提供幫助，可以為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供有效的新材料，搭建有效支架，進(jìn)一步幫助學(xué)生深入持久地理解概念。

在以上學(xué)習(xí)了“力臂”和“滑輪是變形的杠桿”這兩個(gè)關(guān)鍵概念之后，可以分別借助自制的實(shí)驗(yàn)材料來(lái)進(jìn)一步明晰概念。山東省淄博市的李紹森老師很早之前就設(shè)計(jì)了如圖5所示可拆的滑輪模型，可以更好地幫助學(xué)生理解。圖5中，側(cè)面所示的是用泡沫或者木板等材料做成的中間有槽的圓盤(pán)，正面看到的是圓盤(pán)分成的三部分：中間切下一根直桿，上下保留，上下半圓和中間直桿兩端各做成類似榫卯結(jié)構(gòu)，以便安裝和拆卸。然后進(jìn)行圖6所示定滑輪與動(dòng)滑輪的實(shí)驗(yàn)，先呈現(xiàn)完整的滑輪，然后拆去上下圓盤(pán)即可。

這樣的新實(shí)驗(yàn)材料的呈現(xiàn)，不僅幫助學(xué)生明晰了滑輪是變形的杠桿，而且通過(guò)動(dòng)滑輪和定滑輪的演示，學(xué)生也能直觀地分析出定滑輪是等臂杠桿，動(dòng)滑輪是動(dòng)力臂是阻力臂兩倍的省力杠桿，為后續(xù)的學(xué)習(xí)做了很好的鋪墊。

4 結(jié)語(yǔ)

只有找到學(xué)生每一次進(jìn)步的階梯，才能幫助學(xué)生發(fā)展和完善原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，順利構(gòu)建有意義的認(rèn)知。當(dāng)然，當(dāng)學(xué)生對(duì)新概念有一個(gè)初步認(rèn)識(shí)后，還需要一個(gè)消化吸收的過(guò)程。教師可以為學(xué)生再一次搭建階梯，比如設(shè)置難度更大的、思維深度更進(jìn)一步的思考題，引導(dǎo)他們通過(guò)歸納總結(jié)提煉出概念的本質(zhì)特征。布魯納曾說(shuō)過(guò)：“習(xí)得的知識(shí)，如果沒(méi)有完整的結(jié)構(gòu)把它們整合在一起，那多半會(huì)是一種即將被遺忘的知識(shí)?！睂?duì)于核心概念的習(xí)得，教師可以精心組織活動(dòng)，搭建學(xué)習(xí)的“階”，幫助學(xué)生建構(gòu)。教師不能對(duì)學(xué)生的已有認(rèn)知進(jìn)行全盤(pán)否定，要在他們已有知識(shí)的基礎(chǔ)上，慢慢引導(dǎo)、循序漸進(jìn)地扭轉(zhuǎn)科學(xué)前概念給他們帶來(lái)的誤區(qū)。教師應(yīng)嘗試采用情境創(chuàng)設(shè)、任務(wù)驅(qū)動(dòng)等策略優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)，更多地關(guān)注學(xué)習(xí)進(jìn)階，包括如何組織學(xué)生思考，如何組織學(xué)生互相協(xié)作，從而共同完成活動(dòng)等，為學(xué)生搭建學(xué)習(xí)橋梁。因此，教師要分析核心概念的關(guān)鍵特征及核心概念的教學(xué)目標(biāo)，從而選擇或確定核心概念學(xué)習(xí)進(jìn)階教學(xué)設(shè)計(jì)策略，教學(xué)過(guò)程圍繞核心活動(dòng)展開(kāi)，在活動(dòng)中推進(jìn)核心概念的構(gòu)建。但不論如何搭“階”，目的都是促進(jìn)有效的認(rèn)知構(gòu)建，幫助學(xué)生形成更完整、系統(tǒng)的概念。

參考文獻(xiàn)

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