江寧

摘 要：“學(xué)習(xí)進(jìn)階”更注重每一個(gè)“階”度學(xué)生在學(xué)習(xí)“同一內(nèi)容”時(shí)的不同思考方式.本文以“杠桿原理”為例，研討學(xué)生在不同的“階”度對于此主題產(chǎn)生的不同認(rèn)知.在“階”度中通過思考方式的提升，可以促進(jìn)學(xué)生對主題的深度學(xué)習(xí)，從而使研究更加有利地發(fā)展.

關(guān)鍵詞：學(xué)習(xí)進(jìn)階，物理公式，杠桿原理，公式變形，簡單機(jī)械

文章編號(hào)：1008-4134（2020）08-0034 ? ?中圖分類號(hào)：G633.7 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1 關(guān)于“學(xué)習(xí)進(jìn)階”在教學(xué)中的定義

學(xué)習(xí)進(jìn)階（learning progressions，簡稱LPs）也稱學(xué)習(xí)進(jìn)程，是近幾年在美國科學(xué)教育改革中的一個(gè)新興概念，是對學(xué)生在各學(xué)段中學(xué)習(xí)同一主題的概念時(shí)所遵循的連貫而典型的學(xué)習(xí)路徑的描述，一般呈現(xiàn)為圍繞核心概念而展開的一系列由簡單到復(fù)雜、相互關(guān)聯(lián)的概念序列[1].

學(xué)習(xí)進(jìn)階包括內(nèi)容進(jìn)階和思維進(jìn)階.要構(gòu)建學(xué)習(xí)進(jìn)階，首先要明確什么是學(xué)習(xí)中的“階”，這個(gè)“階”并不只是學(xué)習(xí)者認(rèn)知發(fā)展的路徑，更不只是學(xué)習(xí)內(nèi)容的提高，它更代表了學(xué)生不同的思考方式，換句話講，在更高層級的“階”上的學(xué)生并不是比更低層級“階”上的學(xué)生“知道的更多”，而是他們對內(nèi)容的理解方式方面存在著差異[2].學(xué)習(xí)進(jìn)階正是要求教師從學(xué)生的角度去理解“進(jìn)階”對于學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)和發(fā)展的意義.

關(guān)注學(xué)生的進(jìn)階，最重要的是關(guān)注學(xué)生的思考，關(guān)注學(xué)生在不同階段對所學(xué)的同一內(nèi)容產(chǎn)生的不同思考方式.由于思維方式的提升，學(xué)生可以很方便地進(jìn)行內(nèi)容進(jìn)階.下面以初中物理“簡單機(jī)械”中的杠桿原理為核心，來談?wù)勅绾芜_(dá)成學(xué)習(xí)進(jìn)階.

2 思維導(dǎo)圖帶來的缺失

如圖1所示是初中物理“簡單機(jī)械”一章的概念思維導(dǎo)圖，它把簡單機(jī)械中的關(guān)鍵詞與圖像、顏色等建立記憶鏈接，雖然圖文并茂，但在學(xué)生看來，簡單機(jī)械的各知識(shí)點(diǎn)還是獨(dú)立的，對于知識(shí)點(diǎn)的掌握必須要通過機(jī)械的閱讀和記憶. ?從圖1看來，對于知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)過于強(qiáng)調(diào)“圖像記憶”和“發(fā)散聯(lián)想”，對于抽象思維能力弱的學(xué)生，“圖像記憶”可以幫助他們提高記憶的效率，但無法加深對知識(shí)的理解，因此借助思維導(dǎo)圖屬于一種膚淺的機(jī)械學(xué)習(xí).因?yàn)槲锢碇R(shí)都是有其內(nèi)在邏輯結(jié)構(gòu)的，由不得胡思亂想，而無序列的“發(fā)散聯(lián)想”具有天馬行空、思維難控的特點(diǎn)，所以不適用于物理知識(shí)的學(xué)習(xí).真正的物理知識(shí)的學(xué)習(xí)，應(yīng)該注重“理解性記憶”和“條理性思考”，學(xué)習(xí)的過程中強(qiáng)調(diào)的是“理解的深度”而非“記憶的速度”.

3 在思維的循序漸進(jìn)中促成進(jìn)階

根據(jù)學(xué)生已掌握的概念和認(rèn)識(shí)層次，學(xué)習(xí)進(jìn)階以核心知識(shí)點(diǎn)為突破口，建立從簡單到復(fù)雜的知識(shí)序列，逐漸提高學(xué)生的思維階梯，逐一實(shí)現(xiàn)從小目標(biāo)到大目標(biāo)的過渡，即遵循教育心理學(xué)中的循序漸進(jìn)原則，幫助學(xué)生逐級構(gòu)建物理概念，促進(jìn)學(xué)生思維的逐級提高，從而使學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)得以逐級的提升.

3.1 建構(gòu)杠桿模型

學(xué)會(huì)建構(gòu)模型是學(xué)習(xí)物理的良好開端.如圖2所示，在初中物理“簡單機(jī)械”一章中，通過對典型事例的分析，構(gòu)建出“杠桿”模型，并定義出杠桿的“五要素”.“杠桿”模型是一種很普通的結(jié)構(gòu)模型，在日常生活中運(yùn)用非常廣泛，教師在教學(xué)過程中通過師生列舉實(shí)例的方式來加強(qiáng)學(xué)生對“杠桿”模型的認(rèn)識(shí)，并及時(shí)糾正學(xué)生對“硬棒”的片面認(rèn)識(shí)，讓學(xué)生清楚：杠桿的本質(zhì)是“繞點(diǎn)旋轉(zhuǎn)”.此時(shí)，學(xué)生的思維建立在如何操作物理模型上，并開始認(rèn)識(shí)虛擬物理量——力臂.

3.2 歸納杠桿原理

會(huì)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是研究物理的一種能力.如圖3所示，師生通過實(shí)驗(yàn)，可歸納出杠桿原理：動(dòng)力×動(dòng)力臂=阻力×阻力臂，用數(shù)學(xué)式表示為F1·L1=F2·L2.式中F1表示動(dòng)力，L1表示動(dòng)力臂，F(xiàn)2表示阻力，L2表示阻力臂.從公式可看出，要使杠桿達(dá)到平衡，動(dòng)力臂是阻力臂的幾倍，阻力就是動(dòng)力的幾倍.在此基礎(chǔ)上定義出三類杠桿：省力杠桿、費(fèi)力杠桿和等臂杠桿.此時(shí)，學(xué)生的思維建立在物理模型的計(jì)算上，開始向物理模型的實(shí)際分類上轉(zhuǎn)變.

3.3 拓展杠桿原理

拓展物理概念是應(yīng)用物理原理的實(shí)際操作.如圖4所示，在掌握“繞點(diǎn)旋轉(zhuǎn)”和“變形硬棒”的基礎(chǔ)上，推出“定滑輪”和“動(dòng)滑輪”的定義，即：定滑輪是省力杠桿，動(dòng)滑輪是動(dòng)力臂為阻力臂兩倍的杠桿，同時(shí)可以用“杠桿原理”公式進(jìn)行計(jì)算.根據(jù)分析，滑輪的省、費(fèi)力情況以及省、費(fèi)距離情況變得清晰可見.以此為契機(jī)，輪軸的工作原理也就迎刃而解. ?此時(shí)，學(xué)生的思維建立在物理模型的簡單運(yùn)用上，并有有序發(fā)散思維的欲望.如果所有的教學(xué)至此就戛然而止，學(xué)生對“杠桿原理”的認(rèn)識(shí)就只能局限于受力少的簡單機(jī)械，思維也只能圍繞簡單模型展開分析，最終能提高的只是學(xué)生的數(shù)學(xué)計(jì)算能力.

3.4 變形物理公式

在杠桿原理公式F1·L1=F2·L2中，如果杠桿受力較多，可按力和力臂乘積的作用效果進(jìn)行等效合成，得：FALA+FBLB+FCLC=FDLD+FELE+FFLF，即所有使杠桿順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的力的大小與其對應(yīng)力臂的乘積之和等于所有使杠桿逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的力的大小與其對應(yīng)力臂的乘積的和.如圖5所示，杠桿平衡時(shí)也就可以運(yùn)用公式F1L1+F5L5=F2L2+F3L3+F4L4來解題了.此處公式的演繹是學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)階的關(guān)鍵，思維也因此得到拓展，學(xué)生對公式的理解并不是靠教師的簡單提供，而是學(xué)生自身思維不斷提升的必然結(jié)果.

3.5 提升物理思維

學(xué)習(xí)進(jìn)階的關(guān)鍵是思維升級，在于從更高的思維角度來思考原來的初始問題，從而在達(dá)成學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)階的同時(shí)，悟出物理原理的本質(zhì).

就簡單機(jī)械而言，現(xiàn)實(shí)生活中的杠桿不可能只像理想模型那樣受簡單的兩個(gè)力，通過學(xué)習(xí)的進(jìn)階，對于較復(fù)雜的機(jī)械，也不難讓學(xué)生分析出其中的物理原理.

如圖6所示為生活中最常見的桿秤，桿秤重心在B點(diǎn)，提紐作為支點(diǎn)在O點(diǎn)，重物通過秤鉤作用在A點(diǎn)，秤砣作用在C點(diǎn)，可得：G砣×CO=G秤×BO+G物×AO.

學(xué)習(xí)進(jìn)階后，可以分析如圖7所示的差動(dòng)滑輪的工作原理，這也是杠桿受多力平衡的應(yīng)用：設(shè)物體重力為G，人對鏈條的拉力為F，輪軸的輪半徑與軸半徑分別是R和r，繞過動(dòng)滑輪的兩段鏈條對輪軸的拉力大小都為F′=G2，當(dāng)多力作用在杠桿上時(shí)，可根據(jù)公式：F動(dòng)L動(dòng)+F′動(dòng)L′動(dòng)=F阻L阻，那么FR+F′r= F′R，從而得出F=R-r2RG[3].

圍繞杠桿原理，由于公式的變形，學(xué)習(xí)的內(nèi)容在此基礎(chǔ)上順利進(jìn)階，學(xué)生在不同的“階”度上都有了自己不同的思考方式，“階”度的提高促成了學(xué)生思維層級的發(fā)展.

4 在學(xué)習(xí)的時(shí)間與空間的融合中達(dá)成學(xué)習(xí)進(jìn)階

學(xué)習(xí)進(jìn)階更加關(guān)注的是學(xué)生如何思考.從時(shí)間上來說，學(xué)習(xí)進(jìn)階一般需要經(jīng)歷一段學(xué)生成長歷程的研究，在研究過程中，思維結(jié)構(gòu)伴隨著逐級升級的“階”度趨向完善，從空間上來說，正因?yàn)椤半A”度的提升，學(xué)生認(rèn)識(shí)物理世界的起點(diǎn)逐級提高，“前概念”“錯(cuò)誤思維”得以及時(shí)糾正，對某個(gè)知識(shí)點(diǎn)的認(rèn)識(shí)從低水平、想當(dāng)然轉(zhuǎn)變?yōu)楦哒J(rèn)知、所以然.學(xué)習(xí)時(shí)間與學(xué)習(xí)空間的有效融合將學(xué)習(xí)的起點(diǎn)和終點(diǎn)連接起來，更有利于學(xué)生形成清晰而有條理的思路，不同層次的學(xué)生在不同的“階”度上思維都能有所提高.

支持碎片理論認(rèn)為：學(xué)生的知識(shí)來源于一些零散的知識(shí)碎片，面對新的物理情境，學(xué)生需要將這些碎片知識(shí)重組并構(gòu).但機(jī)械式的知識(shí)重構(gòu)只會(huì)誘發(fā)學(xué)生進(jìn)行機(jī)械記憶，認(rèn)知思維在此過程中仍然是零散孤立的.而學(xué)習(xí)進(jìn)階是以知識(shí)點(diǎn)為核心，把握學(xué)生認(rèn)知中的關(guān)鍵問題，通過逐級思考形成系列的學(xué)習(xí)軌跡，從而促進(jìn)學(xué)生的認(rèn)知構(gòu)建，促使學(xué)生對核心概念的認(rèn)識(shí)在較長時(shí)間內(nèi)不斷深化.

由于學(xué)生認(rèn)知規(guī)律存在個(gè)體差異，不同學(xué)生對某一核心知識(shí)的學(xué)習(xí)進(jìn)階路徑可能是不同的[4]，因此，學(xué)習(xí)進(jìn)階要基于學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)，關(guān)注學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展，為學(xué)生的學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)出一種行之有效和相對理想的路徑以達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)，圍繞知識(shí)點(diǎn)在時(shí)間維度上的研討、在空間維度上的積累，最終促成學(xué)生思維能力的提升[5].

參考文獻(xiàn)：

[1]劉晟，劉恩山.學(xué)習(xí)進(jìn)階：關(guān)注學(xué)生認(rèn)知發(fā)展和生活經(jīng)驗(yàn)[J].教育學(xué)報(bào)，2012，8（02）：81-87.

[2]ALICIA C.ALONZO，翟小銘.學(xué)習(xí)進(jìn)階：描述學(xué)生思維發(fā)展的有效方式[J].物理教師，2015，36（11）：73-76.

[3]張巍繼. 基于學(xué)習(xí)進(jìn)階理論下西藏小學(xué)科學(xué)與初中物理銜接問題研究[D].西藏：西藏大學(xué)，2019.

[4]李光宇.基于“學(xué)習(xí)進(jìn)階”理論的物理習(xí)題教學(xué)策略[J].教學(xué)月刊·中學(xué)版（教學(xué)參考），2016（Z2）：31-35.

[5]楊凱. 基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的初中物理光學(xué)部分微課資源構(gòu)建[D].江蘇：蘇州大學(xué)，2018.

（收稿日期：2020-01-13）