蔡田怡

(蘇州大學物理科學與技術學院,江蘇 蘇州 215006)

周光召先生在給《科學教育的原則和大概念》一書中作序道:“科學教育不應該傳授給孩子支離破碎、脫離生活的抽象理論和事實,而是應當慎重選擇一些重要的科學觀念,用恰當、生動的方法,幫助孩子們建立一個完整的對世界的理解.”但是,學生在學習物理概念之前,頭腦里并非一片空白,而是已經存在許多能解釋自然世界的概念.這些概念中與科學概念不一致的概念就是所謂的“迷思概念”(Misconception).[1]迷思概念的形成可能與學生日常生活經驗有關,也可能由消極的思維定勢造成,或起源于原有概念認識的局限性,或由物理名詞理解錯誤所導致等.它具有自發(fā)性、廣泛性、隱蔽性和頑固性等特征.學生迷思概念的轉變很難一蹴而就,這是一個從膚淺到深刻、從表象到本質的過程,然而傳統(tǒng)教學方式卻對之收效不大.

根據建構主義倡導的教學理論,科學教學需要以學生原有的概念為基礎,幫助學生實現從迷思概念到科學概念的轉變.[2]概念轉變就是一個解構原有概念建立新概念的過程.“5E”探究教學模式更加注重概念轉變過程中新概念的建構.它是美國生物學課程研究(BSCS,1989)開發(fā)的一種基于建構主義理論和概念轉變理論的模式,有5個環(huán)節(jié)構成,分別是:吸引(Engagement);探究(Exploration);解釋(Explanation);遷移(Elaboration);評價(Evaluation).[3]“5E”教學模式的吸引階段開始于學生迷思概念的認知沖突情境;探究階段建立在學生認知沖突的基礎之上;解釋階段是學生對新概念的重新建構的過程;遷移階段是學生將新概念與原有經驗或其他概念建立聯系的過程;而評價貫穿在所有環(huán)節(jié)之中.為了幫助學生從迷思概念轉變至科學概念,筆者提出基于“5E”探究教學模式開展生活化的物理教學,本文以蘇教版初中物理教材的“杠桿”為例,對這一重要問題進行探討.

1 “5E”探究教學模式各環(huán)節(jié)的“生活化”

1.1 生活化的“吸引”環(huán)節(jié)

為了在教學伊始就迅速抓住學生的注意力,教師可以生活化“吸引”環(huán)節(jié).“吸引”環(huán)節(jié)的第一個目的,是激發(fā)學生足夠的興趣進入新知識點的學習.因此教師可以對書本內容進行“二次創(chuàng)作”,把生活帶進課堂充實教學內容,讓學生在重溫生活經驗中體會物理的奇妙之處.例如學習杠桿一節(jié)時,請學生帶著指甲刀、剪刀、核桃夾等家用小型工具進入課堂,體驗簡單機械的便利,深入體會簡單機械對人們生產生活的重要性,“吸引”學生進行“杠桿”一節(jié)的學習.“吸引”環(huán)節(jié)的另一個目的是建立學生迷思概念的認知沖突情境.教師可以進行演示實驗“托盤天平”,或者展示要求學生提前拍攝好的玩蹺蹺板微視頻,對杠桿的不同狀態(tài)進行提問,尤其是“什么是杠桿的平衡條件”,引起學生的認知沖突.通過這樣來自于生活中的實例,既培養(yǎng)學生的觀察能力、獨立思考問題的能力,又吸引學生快速地進行新知識點的學習.

1.2 創(chuàng)設生活化的問題情境,引導學生“探究”

問題設置是最有效啟發(fā)學生思考的方式之一.在課堂教學中,教師可以引導學生發(fā)現某些基于現實的問題、然后一起分析、解決問題．新課導入時,教師可以巧用貼近生活實踐的提問逐步引導學生對物理問題進行探究.例如,在幫助學生歸納出“機械是提供方便的工具”結論后,可以： (1) 給學生提供幾個生活中的實例:用木棒撬動巨石;游樂園里小朋友玩蹺蹺板;在池塘邊用釣竿釣魚.(2) 讓學生分析找出這些工具的共同點.(3) 幫助學生歸納出杠桿的概念,即杠桿是在力的作用下能繞固定點轉動的硬棒.(4) 要求學生根據杠桿的概念,舉出生活中其他杠桿的實例.這樣的“探究”過程不僅訓練學生從復雜多變的生活工具中抽象出杠桿的模型,培養(yǎng)學生抽象思維的能力,還對學生構建簡單模型的物理思維進行訓練,先通過多個實例得到物理模型的歸納過程訓練學生的聚合思維,再通過舉例訓練發(fā)散思維．

1.3 加強課堂生活感,幫助學生在解釋階段轉換學習思維

在“解釋”階段,教師要設法構建生活與課堂的聯系.這需要教師在教學中積極建立物理與生活的聯系,增強學生在課堂中的生活體驗感,重新認識自己生活中熟悉的事物,構建屬于物理學范圍的新認知.例如,學生已經認識到選擇羊角錘拔釘子最省力的生活常識,在課堂上,教師可舉此例標出杠桿的“五要素”,學生在以后的生活實踐中,就會順其自然地將這些省力的生活小工具與杠桿聯系起來,形成對生活常識的再認識.另外,教師還可以從學生不是很了解的生活經驗處著手,增強他們的新奇感,促使他們將課堂知識應用于生活,增強學習的滿足感以及成就感,比如綠化工人的修枝剪和理發(fā)師的理發(fā)剪在生活中都為人們帶來方便,通常會認為這些屬于同種杠桿,但在學習過杠桿“五要素”和杠桿的分類之后,學生就會在課堂上認識到這實際屬于兩種不同類型的杠桿,修枝剪是動力臂大于阻力臂的省力杠桿,而理發(fā)剪是動力臂小于阻力臂的費力杠桿,從而讓學生增強對生活現象的認識.

1.4 利用生活化的物理實驗,降低“遷移”難度

作為一門以實驗為基礎的自然學科,物理教學過程中一定少不了物理實驗的參與.就地取材,做生活化的物理實驗,不僅可以減小學生生活與物理實驗之間的距離,消除學生對物理知識的懼怕感,提高學習物理的興趣,還鍛煉學生在生活現象中發(fā)現物理現象,并利用生活素材開展物理實驗的意識和能力,培養(yǎng)探究與創(chuàng)新精神.教師可以生活化地“改造”學生實驗,引導學生用生活實際合理設計實驗.例如在引導學生掌握作用力和力臂間此消彼長的關系時,可以請學生在教室里做“推門”的簡單實驗,在垂直于門軸的一條直線上,請學生在不同的位置將門推開至同樣的角度,感受不同位置時施加作用力的大小.教師還可以將實驗教學直接生活化.例如,在杠桿教學中,教師可以突破傳統(tǒng)的實驗教學模式,既不講解,也不用將學生帶領到實驗室中.相反教師組織學生進行跑步比賽,讓學生在跑步比賽中思考贏得比賽、跑得輕松的關鍵因素,經過對跑步姿勢的不斷調整,學生逐步認識到在跑步中腰、膝和腳部形成多個杠桿,并組織學生討論如何使用身體中的杠桿才能更好地保護身體.

1.5 評價階段的生活化

在“5E”探究教學模式的每個環(huán)節(jié)都可以進行評價.這里僅以課堂總結為例,說明如何生活化地評價教學成果.教師可以通過課堂總結獲得學生反饋,檢驗本節(jié)課教學效果是否達到預期,從而對以后的教學方式和內容做出調整.很多教師已經習慣詢問式總結,例如:“通過這堂課的學習,同學們有哪些收獲?”或者結構圖梳理式總結,鞏固本節(jié)課的教學成果.這種傳統(tǒng)的總結方式雖然在鞏固知識和反饋教學效果上是有效的.但是還不能完全滿足學生物理素養(yǎng)發(fā)展的需求,教師可以對課堂總結進行生活化的改進,用學生感興趣的生活話題進行總結.例如在“杠桿”教學中,教師可以用阿基米德的名言:“只要給我一個支點,我可以撬起整個地球”進行總結,讓學生利用杠桿的知識開展一場小小的辯論會,每位學生都做做正方、反方,通過辯論清晰地理解這句話為什么是有道理的,又在哪里是荒誕的、無法實現的.

2 以生活化課堂為載體進行“5E”探究教學

即使教師已經知曉將生活元素引入到“5E”探究教學模式的各個環(huán)節(jié),能夠降低學生學習的難度,但是在實際教學實踐過程中還是碰到一些困難,主要表現為難以找到合適的載體進行“5E”探究教學.已知的兩種教學模式均可為教師提供借鑒.一是任務驅動教學,它以建構主義理論為基礎,主張將教學內容隱含在一個或幾個代表性的任務中完成教學活動.[4]另一種是PBL(Problem-based learning)教學,它是以問題為導向、圍繞問題組織教學內容的教學方法.[5]兩種教學方法的共同特征是導向性和情景性,都是基于情景引導學生完成學習任務.區(qū)別在于任務驅動教學更傾向于情景性,而PBL教學的導向性更為強烈.在“5E”探究模式中,可將任務驅動和PBL教學方式整合,以典型任務或情景的形式把“5E”教學模式各環(huán)節(jié)展現出來,以問題的形式完成各環(huán)節(jié)的銜接過渡,以典型任務的完成情況作為各環(huán)節(jié)的評價.

筆者繼續(xù)以“杠桿”教學為例,說明如何設計6個由淺入深的生活化任務,填充“5E”探究教學模式各環(huán)節(jié),以達到“應用‘杠桿’模型分析實際生活和工業(yè)生產中的杠桿”的教學目標.

吸引階段:依托學生的生活常識設計任務,創(chuàng)造迷思概念的認知沖突情境.

任務1.請學生在課堂上觀察、使用自己從家中帶來的剪刀、指甲鉗和核桃夾等小型工具;教師展示“蹺蹺板”或者“托盤天平”實物、圖片或者視頻,引導學生觀察天平的不同狀態(tài).此任務從學生生活中熟悉的杠桿實例入手,讓學生體驗生活中使用工具的便利,帶領學生歸納機械的特點;對蹺蹺板的兩種狀態(tài)進行提問,帶領學生回憶“支點、用力點和阻力點”等舊知識,引起學生的認知沖突,使學生重新認識杠桿平衡的概念.

任務2.利用圖片、視頻等展示3種杠桿:小朋友在公園里玩的蹺蹺板、用木棒撬動石塊、釣魚的釣竿,請學生找出這3種工具的共同點.此任務從生活中的杠桿出發(fā),在充分了解其基本結構的基礎上,通過分析比較找出幾種杠桿的共同點,從而得到杠桿的概念.

探究階段:設計任務著重體現科學探究的本質精神,充分調動學生動手、動腦的積極性,督促學生形成嚴謹的科學態(tài)度.

任務3.利用教室門,請學生做“推門”的小實驗,改變推力作用點的位置和推力的方向,感受省力或費力,并自行設計表格記錄實驗結果.此任務讓學生重溫生活經驗,初步意識到力的大小和兩點(支點和力的作用點)距離、力的方向有關,讓學生感悟生活中的小細節(jié)也隱藏著科學中的大道理.

圖1 實驗裝置圖

任務4.進一步探究“怎樣用最小的力撬動大石塊”．在任務3的基礎上,提供竹筷、鉤碼和彈簧秤做圖1所示的探究實驗.利用竹筷探究作用力的大小和兩點距離、力的方向的關系，并將數據記錄在表1中.此任務的設計目的是鼓勵學生在自覺發(fā)現問題基礎上設法進行自我探究,認識到杠桿的作用效果和與力的大小、“支點到動力作用線的垂直距離”(動力臂)和“支點到阻力作用線的垂直距離”(阻力臂)有關,并可鼓勵學生課后繼續(xù)完成C點、D點的實驗,記錄數據并比較.

表1 實驗數據記錄表

解釋階段:設計任務為學生搭建新知識與舊知識間聯系平臺.

任務5.標出杠桿的五要素,解釋“杠桿”模型．讓學生練習畫出任務2各杠桿的五要素,并由此解釋各杠桿的功能,與已有生活經驗相對照.此任務讓學生運用新結論來處理與舊經驗存在矛盾的問題.此過程中,學生不僅能澄清迷思概念,即力臂并不是兩點(支點和力的作用點)間的距離,也可能因為得到不同的結論引發(fā)激烈的討論.加深了學生對新概念的理解,更培養(yǎng)了學生的科學質疑精神.

遷移階段:提供學生利用新知識解決新問題的機會.

任務6.應用杠桿模型分析學生帶來的剪刀、指甲刀和核桃夾等杠桿組合.此任務將杠桿平衡的知識再次與生活結合,讓學生體會到科學知識源于生活又回歸生活的道理.同時引導學生利用科學知識解釋生活現象,體現了STS(科學—技術—社會)教育的思想.

本文以初中物理“杠桿”教學為例,提出基于“5E”探究教學模式進行生活化教學的策略.教師對課堂教學設計進行生活化的二次創(chuàng)作,針對教學重點和難點,設計生活化的任務和情境,開展“5E”探究教學,引導學生從迷思概念到科學概念的轉變,使學生在吸引—探究—解釋—遷移過程中,物理核心素養(yǎng)得到培養(yǎng),理解科學和技術結合的社會意義.