文/ 廣州市鐵一中學 任詩雨

2017 版《普通高中物理課程標準》指出“科學思維”主要包括模型建構、科學推理、科學論證、質疑創(chuàng)新等要素，其學業(yè)水平4 要求學生“能對綜合性物理問題進行分析和推理，獲得結論并作出解釋；能恰當使用證據(jù)證明物理結論”。對科學思維的考查歷來是高考的重點，《中國高考評價體系》中的“四層”考查內容中，學科素養(yǎng)所包含的“科學思維“”中要求學生“能夠根據(jù)對問題情境的分析，運用實證數(shù)據(jù)分析事物的內部結構和問題的內在聯(lián)系，以抽象的概念來反映客觀事物的本質特征和內在聯(lián)系”。因此，發(fā)展學生科學思維是高中物理的重要課程目標，在復習備考中我們要非常重視。

一、學習進階理論簡介及其效用分析

2007 年美國國家研究理事會將學習進階定義為“對學生在一個時間跨度內學習和探究某一主題時，依次進階、逐級深化的思維方式的描述”，學習進階理論認為學習是一種不斷遞進發(fā)展的過程，學生對必備知識和關鍵技能的掌握需要經歷許多不同層次的中間水平，而教學實踐對其起著關鍵作用。采用學習進階理論來設計專題復習教學，從學生的基礎知識和基本技能出發(fā)，逐步設置更高難度的任務和問題，為學生搭建進步的階梯，激發(fā)學生的思考熱情，讓學生舉一反三，顯然可以幫助學生主動發(fā)展科學推理能力。下面以“板塊模型中的動量與能量專題復習”為例，簡要討論一下以學習進階模型來發(fā)展學生的科學推理能力的教學策略。

二、進階分析

1.進階起點分析。 學生在高三經過一輪復習后，對能量和動量的相關基礎知識和方法進行了一次全面的回顧，但是很多學生掌握得比較零散，知識點之間聯(lián)系得不夠緊密，不成系統(tǒng)。比如，有的學生在分析解決滿足動量守恒定律的板塊模型問題時，知道運用動量守恒定律去分析，卻不能將功能關系與其結合起來解決問題，而采用了牛頓定律和運動學的知識，導致解題過程繁瑣，耗時耗力，甚至有的同學在思考該類問題時，僅僅局限于牛頓定律和運動學知識，對復雜過程的分析往往無能為力。

2.進階目標設定。 能量與動量結合的分析方法實際上是對知識和方法的整合應用，通過此專題的復習，學生應該熟練掌握動量與能量結合的觀點去分析和解決實際問題，科學推理能力得到提升。

3.進階變量分析。 為了讓學生熟練掌握動量與能量結合的觀點去分析和解決實際問題，需要將知識與能力融合，從學生易著手分析的具體情境為起點，從學生的已有認識出發(fā)，逐漸將情境復雜化，深化對知識的理解和應用，因此可以將問題情境的復雜程度作為進階變量來設置進階點（如下表所示）。

進階變量 預設目標“一靜一動”情境回顧動量與能量的相關基礎知識和基本方法“兩動”情境學會分析當木板和滑塊具有同向或反向速度的情境下的運動過程“板遇障礙物停下”情境學會討論木板離障礙物處在不同距離條件下被阻停后物塊的運動情況“板遇障礙物反彈”情境學會分析木板離障礙物處在不同距離條件下被反彈后系統(tǒng)的運動情況“板遇障礙物多次反彈”情境學會深入分析木板被障礙物多次反彈過程中系統(tǒng)的動量和能量情況

三、專題復習過程

1.驅動任務： 質量為3kg 的平直木板M 置于光滑的水平面上，可視為質點的質量為1kg 的小物塊m以初速度v0=4m/s 從左端沖上木板M，物塊與木板的滑動摩擦因數(shù)μ=0.5，重力加速度g=10m/s2，若木板長度L=1.5m，試求：物塊能否從木板上滑落？當物塊和木板相對靜止時，木板的位移為多少？物塊的位移為多少？

2.進階任務1：質量為3kg 的平直木板M 在光滑的水平面上以v=2m/s 向右運動，可視為質點的質量為1kg 的小物塊m 以初速度v0=4m/s 從左端沖上木板M，物塊與木板的滑動摩擦因數(shù)μ=0.5，重力加速度g=10m/s2，若木板長度L=1.5m，試求：

（1）物塊能否從木板上滑落？

（2）若木板初始速度v 向左，物塊能否從木板上滑落？

3.進階任務2：在驅動任務中，如果初始時在木板的右邊相距距離為x 處設置一制動裝置，木板遇到制動裝置時立即停止運動，則：

（1）當x=0.3m 時，物塊能否從木板上滑落？

（2）當x>0.3m 時，物塊能否從木板上滑落？

（3）當x<0.3m 時，物塊能否從木板上滑落？x 為何值時，物塊一定能從木板上滑落？

4.進階任務3：在進階任務2 中，若初始時在木板的右邊相距距離為x 處設置的是彈性擋板，木板與彈性擋板相碰后立即被原速反彈回去，則：（1）當x≥0.3m 時，物塊是否會從木板上滑落？（2）要使木板與擋板只碰一次，x 的值應該設在什么范圍？

5.進階任務4：如果木板的質量M=1kg，物塊的質量m=3kg，木板足夠長，其他條件不變，如果初始時在木板的右邊設置一彈性擋板，木板與彈性擋板相碰后立即被原速反彈回去，且木板與擋板碰前已經達到共同速度，物塊最終相對于木板的總路程為多少？

四、學習進階視角下的科學推理能力提升策略

1.確定進階的載體。 載體可以是某個單獨的知識點，也可以是某個知識單元或者復習專題，還可以是某種解決問題的方法。

2.確定進階起點和目標。 首先要分析學生原有的知識基礎和能力水平，學生現(xiàn)階段學習的主要問題在哪里，再據(jù)此整合相關知識與技能，并設置科學推理能力的進階節(jié)點和目標。

3.確定進階變量。 進階變量設定要注意內容和能力的融合，可以與知識的復雜程度相關聯(lián)，也可以解決問題的技能和方法關聯(lián)，還可以與問題情境的復雜程度關聯(lián)，比如利用帶電粒子在磁場中的運動為主題提升學生的科學推理能力時，進階變量可以根據(jù)磁場的范圍條件來設計：無邊界磁場、單邊界磁場、雙邊界磁場、三角形邊界磁場、四邊形邊界磁場、圓形邊界磁場。進階變量的確定其實就是在整體規(guī)劃學生的學習軌跡，學習軌跡一般涉及幾個進階層級，以層級間為主、層級內為輔，需規(guī)劃多個學習階段。讓學生在知識和技能在不斷深化的過程中，逐步提高科學推理能力。

4.設定進階任務。 首先需要設定進階的驅動任務，驅動任務要能激發(fā)學生學習興趣和動機、聯(lián)系學生的生活經驗和原有認識、處于學生的最近發(fā)展區(qū)、對后續(xù)學習的啟發(fā)性，在驅動任務的基礎上，依據(jù)進階變量，創(chuàng)設具體的進階任務，引導學生逐漸深入開展學習，最后通過對應的課后練習，鞏固所學知識和方法，提高教學的實效性。

四、總結和展望

學生科學推理能力的提升不是一蹴而就的。在教學過程中，教師需要根據(jù)教學內容，采用合適的教學策略設計教學，學習進階理論顯然可以幫助我們達成這一目標。