郭慶

摘 ? 要：學習進階理論通過圍繞某個核心概念的建構過程，來研究學生知識與能力的不同層級，并以過程中學生的具體學習表現(xiàn)反饋進行教學調整，以改變學生現(xiàn)有的思維模式。文章介紹了如何在探究實驗教學過程中合理運用學習進階理論，逐步提升學生的實驗探究能力。

關鍵詞：學習進階;探究實驗;大氣壓強

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ?文章編號：1003-6148（2020）10-0021-4

學習進階對教學產生了較大的促進作用，使其成為近年來教育領域研究的又一熱點。作為一線教師，把握學習進階的特點，關注學生的認知發(fā)展過程，從而提升學生的物理學習興趣和實驗探究能力，也成為了我們研究的重點。下文將從學習進階及其理論研究、探究實驗學習進階教學研究的可行性與教學研究案例進行詳細闡述。

1 ? ?學習進階及其理論研究

美國國家教育委員會（NRC）于2007年對學習進階的定位獲得了更為廣泛的認可：學習進階描述的是學生在一定時間跨度內，對于某一主題、依次進階、逐漸熟練和深化的思維方式，這些思維方式能在主題學習和探究過程中得到連續(xù)發(fā)展[1]。學習進階理論認為，學生的思維發(fā)展過程具有“進階”的特點，學生學習的過程就是思維從簡單到復雜的連續(xù)發(fā)展的過程。這是一個長期的過程，需要經過不同的“階”，“階”代表了學生思維的不同水平，也是學生認知發(fā)展過程中的“腳踏點”，處在不同“階”的學生的思維方式存在差異[2]。

由學習進階的研究內容和研究重點不難發(fā)現(xiàn)，它與學習領域、課程領域、評價領域三大研究領域有著密切的關系[3]。學習進階注重的是學生思維方式的提升方式，并不局限于內容層面的正確或錯誤，而是通過學生給出的答案或者外部行為表現(xiàn)反映出學生所處的知識能力層級。皮亞杰的“認知學習”理論、維果茨基的“最近發(fā)展區(qū)”理論、奧蘇貝爾的“有意義學習”理論均為學習進階提供了強有力的理論支撐。

在現(xiàn)階段關于學習進階的研究中，又多以研究其結構設計（如“結構中心設計法”）與評價系統(tǒng)（如“伯克利評價系統(tǒng)”）為主，在教學實踐中又多以“核心概念”“物理建模”等方面為主，關于在“探究實驗”教學方面加入學習進階理論的研究較少，這也說明了對此項內容展開研究有更重要的意義。

2 ? ?探究實驗學習進階教學研究的可行性

物理是一門以實驗為基礎的自然科學，初中階段學生初次接觸物理，在實驗教學中應注重學生的實驗體驗，在教學設計中要重視學生能夠通過觀察、操作、體驗等方式經歷實驗探究的過程，能夠從實驗的探究過程中學會科學知識和科學探究方法。

學習進階雖然理論邏輯清晰，但是過于抽象。如果將其運用到探究實驗的教學中，能夠發(fā)揮其特點，幫助學生更清晰、更有層次地設計實驗項目，完成實驗探究，從而達到思維和能力的穩(wěn)步提升。而且在探究實驗的學習進階教學指導過程中，不同階段需要學生具備的知識、動手能力的基礎往往都是逐級遞增的，甚至有的需要借助其他學科知識解決，這樣還能促進學生不同學科知識的融合與拓展，最終形成個人的實驗探究能力。下面將以“大氣壓強”內容的探究實驗設計為例，對基于核心素養(yǎng)的探究實驗學習進階流程設計進行詳細說明。（“大氣壓強”探究實驗學習進階流程圖如圖1）

3 ? ?基于物理核心素養(yǎng)的探究實驗學習進階教學設計環(huán)節(jié)展示

3.1 ? ?“大氣壓強”的進階分析

3.1.1 ? ?進階目標分析

參照《義務教育物理課程標準》對本部分的要求，本節(jié)將探究實驗進階目標設置為：1.體會大氣壓強存在的實驗項目;2.進行大氣壓強數值測量的實驗項目;3.解釋與大氣壓強知識相關的實驗原理。

3.1.2 ? ?進階起點分析

“大氣壓強”是在學生學習了壓強和液體壓強內容之后的一節(jié)內容，是學生對實驗法與類比學習法再次強化的內容，也是學生運用所學壓強知識解決實際生活中存在的一些問題的重要載體。學生經過前期的探究實驗學習，已經具備了基本的實驗探究能力，有一定的數據分析能力。但由于學生還處在形象思維的階段，無法將實驗內容與理論知識進行聯(lián)系分析。因此，教師可以設定以實驗為主題的物理情境來統(tǒng)一進階起點，然后展開以演示實驗、分組探究等多種方式結合的實驗教學。

3.1.3 ? ?進階層級分析

結合教材的內容編排、學習進階的理論以及探究實驗教學的基本步驟，將“大氣壓強”的進階層級分為五個層面：

（1）節(jié)點一：通過實驗體會大氣壓強的存在，明確生活中存在大氣壓強;

（2）節(jié)點二：分組實驗，感受大氣壓強的大小;

（3）節(jié)點三：分組實驗，測量大氣壓強的數值;

（4）節(jié)點四：補充實驗，理論分析實驗過程中誤差產生的原因;

（5）節(jié)點五：利用實驗項目，解釋生活中與大氣壓強相關的知識，了解大氣壓強的應用實例，達到進階目標。

3.2 ? ?基于核心素養(yǎng)的“大氣壓強”學習進階教學過程

3.2.1 ? ?前測

設計說明：設置診斷性問題，以選擇、填空的方式，在課前了解學生關于壓強、固體壓強知識的基本掌握情況，為后續(xù)教學中的類比法做好鋪墊。以簡答題的形式，通過茶壺是否有孔、打氣筒的結構等內容，了解學生的常識儲備，以便設置更合適的進階起點，同時也可以吸引大多數學生積極觀察，能夠為新課開展做好基本鋪墊。

3.2.2 ? ?統(tǒng)一進階起點和實驗起點

創(chuàng)設情境：如果不用嘴吹，你能用哪些工具將一個氣球吹大？能否用一個塑料瓶就吹大一個氣球？（實驗引入裝置如圖2）

設計說明：既能以這個簡單的實驗激發(fā)學生的興趣，也可以讓學生通過這個實驗現(xiàn)象分析出氣體也能產生壓強的結論，將進階起點和實驗起點統(tǒng)一起來，幫助學生聯(lián)系理論知識和實驗現(xiàn)象。

3.2.3 ? ?探究實驗進階過程一：分組實驗，引發(fā)思考

學生進行簡單的分組實驗，說明大氣壓強的存在，發(fā)揮實驗在幫助學生感知“物理觀念”方面的作用。

教師演示實驗：空玻璃瓶口放置紙片。

學生分組探究實驗：玻璃瓶裝滿水，瓶口放置小紙片，并向各個方向旋轉玻璃瓶（圖3）。

設計說明：通過教師演示，學生知道紙片與玻璃瓶之間并無相互吸引的力。而通過分組探究實驗，學生能夠分析得到紙片之所以沒有掉落是因為有一個“托力”存在，而產生這個力的是空氣，從而能夠引出大氣壓強的概念。

3.2.4 ? ?探究實驗進階過程二：實驗感受，體會現(xiàn)象

學生通過自制教具——模擬馬德堡半球實驗（圖4）和吸盤對拉實驗（圖5），感受大氣壓強的數值較大，這也成為了粗測大氣壓強探究實驗的起點。

學生分組進行實驗：1.兩位學生通過對拉自制教具，感受大氣壓強;2.其余學生通過將兩個相同吸盤對扣排氣，然后用力拉動，感受大氣壓強。

設計說明：采用模擬馬德堡半球實驗，讓學生真實感受大氣壓強的存在，讓學生有了切身體會，才能進一步加深他們對知識的掌握程度。根據實驗現(xiàn)象思考分析出大氣壓強的作用效果，同時也能得到大氣壓強數值很大的感性認知。這是對上一階中大氣壓強存在的進一步認知，也是后一階測量大氣壓強數值的起點。這個設計同時還能體現(xiàn)出對學生實驗探究和科學思維兩個方面物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

3.2.5 ? ?探究實驗進階過程三：實驗探究，把握過程

教師通過回顧壓強的基本計算方法，引導學生推導大氣壓強測量的基本原理，同時通過前一階段實驗現(xiàn)象的深入分析，得出需要小吸盤、刻度尺以及彈簧測力計等實驗器材。

學生分組實驗：學生拉動吸附在玻璃板上的小吸盤（圖6），測量小吸盤剛被拉起來的拉力大小以及吸盤的直徑，計算得到大氣壓強數值的大小。

設計說明：通過引導學生分析上一階段吸盤實驗的受力情況，得出剛好拉動吸盤時的拉力等于大氣壓強產生的壓力大小，結合壓強大小的計算，推理得出大氣壓強的實驗原理。此階段的設計也體現(xiàn)出了對學生科學思維方面的培養(yǎng)。學生通過實驗測量得到大氣壓力和吸盤直徑，在計算時也能對其數據處理能力進行針對訓練。同時，不同小組實驗得到的數據會有不同程度的誤差，這也為后續(xù)對實驗誤差的深入分析做好了鋪墊，成為下一階段的起點。

3.2.6 ? ?探究實驗進階過程四：嚴謹實驗，理論驗證

視頻演示實驗：通過視頻《托里拆利實驗》進一步對實驗測量大氣壓強數值大小進行學習。

設計說明：雖然此項實驗在教學時無法親自完成，但是可以采用視頻的形式讓學生了解托里拆利實驗，讓學生掌握如何準確測量大氣壓強的數值。同時，根據其數值和實驗數據的對比，再深入分析哪些因素影響了實驗結果。以嚴謹的科學態(tài)度對待實驗結果，這也是對學生科學思維的培養(yǎng)。同時，這個內容往往也是考查的一個難點。

3.2.7 ? ?探究實驗進階過程五：應用拓展，提升素質

通過揭秘課前實驗的裝置結構（圖7），引導學生分析其能夠吹大氣球的具體原因。同時，也結合生活中和大氣壓強相關的實例，讓學生自主分析大氣壓強究竟是如何起到作用的。這對學生科學態(tài)度與責任的培養(yǎng)起到了重要作用。

目前，在我國科學教育研究領域關于學習進階的研究已經吸引了更多的人參與其中。學習進階將我們對學生的關注從一個時間點拉長到了一個更為系統(tǒng)的時間軸中，它要求教師要對教學有整體的規(guī)劃和設計，要去關注學生在這段觀測時間內的學習行為轉變并及時調整教學內容。無疑這能夠更有效地促進教師的專業(yè)素質。同時，從對學生思維和能力的培養(yǎng)上來說，這樣一個縱向的研究過程，讓我們要更多地研究學生每個階段的認知、探究能力和各學科知識的儲備情況，關注學生的學習表現(xiàn)并持續(xù)作出調整，這樣更有利于設計更適應學生學習情況的教學。

但我們也應該注意到，西方科學教育界對于學習進階的研究目前也仍然處于起步階段，形成的成熟的學習進階案例并不多。國內雖然已經有許多專家團隊在學習進階的研究領域開展了各具特色的研究，但還未形成系統(tǒng)的理論成果供一線教師參考，這要依靠更多的實踐去充實此項研究（例如，北京師范大學的郭玉英教授團隊關于學習進階的研究，已有專著出版，且有多篇論文）。所以，我們在教學時可以借鑒一些優(yōu)秀的課例、案例嘗試教學改革，但不能一味地為了追求改革而忽視現(xiàn)有的教學模式。我們也相信在未來學習進階研究的發(fā)展將取得更大的突破，在課程、教學和評價領域的改革中起到重要作用。

參考文獻：

[1]姚建欣，郭玉英.為學生認知發(fā)展建模：學習進階十年研究回顧及展望[J].教育學報，2014，10（5）：35-42.

[2]林絢鈺.基于學習進階的初中物理概念建構策略研究[J].中學物理教學參考，2019，48（14）：6-8.

[3]馮亞儒.基于物理建模的學習進階指導教學——以平拋運動為例[J].教育實踐與研究（B），2019（Z1）：116-119.

（欄目編輯 ? ?劉 ? 榮）