董黎軍 李建雄 趙夫辰 李子明

摘? ?要：腦科學(xué)的發(fā)展促進(jìn)著人類(lèi)智慧與才能的提升。腦科學(xué)強(qiáng)調(diào)了學(xué)習(xí)過(guò)程中意義建構(gòu)對(duì)學(xué)生科學(xué)思維、情境創(chuàng)設(shè)對(duì)學(xué)生認(rèn)知引導(dǎo)、學(xué)生情緒和評(píng)估對(duì)學(xué)習(xí)效果等方面的影響。學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)、關(guān)鍵能力的獲得、必備品格的形成，無(wú)不依賴(lài)于“學(xué)什么”“怎么學(xué)”“學(xué)到什么程度”。因此，在學(xué)習(xí)過(guò)程中，將腦科學(xué)與教育規(guī)律相融合，可促進(jìn)學(xué)生大腦的發(fā)展，進(jìn)而掌握物理規(guī)律。在腦科學(xué)理論指導(dǎo)下，圍繞過(guò)程性的“教”與“學(xué)”，建構(gòu)相應(yīng)的評(píng)價(jià)體系，從而探索物理概念教學(xué)中的“教—學(xué)—評(píng)”一致性的路徑。

關(guān)鍵詞：腦科學(xué)；物理概念；核心素養(yǎng)；案例

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-6148（2023）8-0031-5

腦科學(xué)的“保證和覺(jué)醒系統(tǒng)”“信息接受和處理系統(tǒng)”“評(píng)估和情緒系統(tǒng)”“調(diào)節(jié)與控制系統(tǒng)”四大系統(tǒng)制約并影響著學(xué)生學(xué)習(xí)的效果［１］。而從腦科學(xué)出發(fā)的課堂教學(xué)，將教師的教、學(xué)生的學(xué)以及過(guò)程性評(píng)價(jià)緊密地結(jié)合在一起，形成以學(xué)促教，以教促改，以改促評(píng)，進(jìn)而利用評(píng)價(jià)促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)及改進(jìn)教師的教學(xué)行為，并在將“學(xué)—教—評(píng)”融合、貫穿于教與學(xué)的全過(guò)程中，達(dá)到開(kāi)發(fā)學(xué)生大腦潛力的目的。

以“密度”概念教學(xué)為例，探索“腦科學(xué)+核心素養(yǎng)”視域下的物理概念課堂教學(xué)。

1? ? “腦科學(xué)+核心素養(yǎng)”視域下“密度”概念教學(xué)分析

【課標(biāo)分析】 通過(guò)實(shí)驗(yàn)，理解密度。

【教學(xué)目標(biāo)】 通過(guò)比值法建立密度的概念；通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，明白密度概念的圖像表述方式、數(shù)學(xué)表述方式和文字表述方式；能從數(shù)學(xué)和物理的角度解釋密度概念的內(nèi)涵，準(zhǔn)確說(shuō)出密度常用的單位，能解釋密度的現(xiàn)象。

（1）學(xué)什么：密度概念建立的分析、歸納、比值類(lèi)比的思維方法；密度概念呈現(xiàn)的三種形式；密度是物質(zhì)的一種特性；密度的單位。

（2）學(xué)到什么程度：課標(biāo)明確指出“通過(guò)實(shí)驗(yàn)，理解密度概念”。其學(xué)習(xí)的程度為“描述、解釋”，即能夠運(yùn)用比值法建立密度概念的處理方法，能舉例說(shuō)明密度大小的決定因素，能用密度知識(shí)解釋與密度有關(guān)的問(wèn)題。

（3）怎么學(xué)：通過(guò)情境創(chuàng)設(shè)，激發(fā)學(xué)生求知的欲望；通過(guò)活動(dòng)探究，利用比值法得出密度的概念；通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)論，解釋密度是物質(zhì)的特性，記住密度的單位及其常見(jiàn)的數(shù)據(jù)；通過(guò)活動(dòng)解釋相關(guān)的物理現(xiàn)象。

【教材分析】 本節(jié)課內(nèi)容是初中物理第一個(gè)（理解層次）重要的概念，也是學(xué)習(xí)力學(xué)體系承上啟下的核心概念。教學(xué)中要引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)儀器以及實(shí)驗(yàn)要測(cè)定的對(duì)象，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟及實(shí)驗(yàn)表格，并根據(jù)測(cè)量結(jié)果計(jì)算出物質(zhì)的密度；通過(guò)速度概念的類(lèi)比，加深比值法對(duì)物理概念學(xué)習(xí)的重要意義。

【學(xué)情分析】 學(xué)生還不能從物理學(xué)和數(shù)學(xué)的角度去區(qū)分密度，對(duì)密度單位的組成、符號(hào)、讀法、寫(xiě)法、kg/m3與g/cm3之間的關(guān)系等還會(huì)混淆。尤其是對(duì)密度概念的表述形式、密度概念的內(nèi)涵與外延、密度的公式理解不深。

針對(duì)以上問(wèn)題，首先，通過(guò)直觀的實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生在合作探究、小組討論過(guò)程中自主建構(gòu)密度概念。其次，從學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)入手，以數(shù)學(xué)思維為工具，通過(guò)速度概念的類(lèi)比，逐步抽象形成密度概念。最后，在學(xué)生運(yùn)用密度公式進(jìn)行解題時(shí)，要注重思維的培養(yǎng)與方法的引領(lǐng)，使其熟練運(yùn)用密度概念。

【學(xué)習(xí)目標(biāo)】

（1）通過(guò)實(shí)驗(yàn)，學(xué)會(huì)用比值法定義密度概念。

（2）通過(guò)密度概念的建立過(guò)程，能從物理學(xué)和數(shù)學(xué)的角度去區(qū)分密度的含義。

（3）能準(zhǔn)確說(shuō)出密度的常用單位，能解釋密度的現(xiàn)象。

【學(xué)習(xí)重點(diǎn)】

（1）通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，學(xué)會(huì)用比值的方法定義密度的概念。

（2）應(yīng)用密度的概念、公式，解決生產(chǎn)生活中的問(wèn)題。

【學(xué)習(xí)難點(diǎn)】 在實(shí)驗(yàn)探究的基礎(chǔ)上，利用“比值”定義密度概念，能準(zhǔn)確解釋密度是物質(zhì)的一種特性。

【評(píng)價(jià)】 腦科學(xué)圍繞學(xué)習(xí)目標(biāo)，將教育方式、教育資源、教育規(guī)律和腦科學(xué)的規(guī)律融合統(tǒng)一起來(lái)。具體來(lái)說(shuō)，由于學(xué)習(xí)目標(biāo)設(shè)計(jì)是明確的、可操作的、可測(cè)量的和可評(píng)價(jià)的，因此，可根據(jù)學(xué)習(xí)目標(biāo)設(shè)計(jì)相應(yīng)的教學(xué)活動(dòng)和教學(xué)評(píng)價(jià)，明確學(xué)生學(xué)什么及學(xué)到什么程度，從而保證三者的內(nèi)在一致性。

2? ? 教學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程

2.1? ? 激疑引趣，促進(jìn)深度連接

【視頻引課】 請(qǐng)同學(xué)們觀看視頻——神奇的“泡沫鋁和氣凝膠”的特點(diǎn)及其應(yīng)用。新材料的研究與應(yīng)用促進(jìn)了科學(xué)技術(shù)巨大的進(jìn)步，這些新材料與本節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容息息相關(guān)。

【評(píng)價(jià)】 腦科學(xué)證實(shí)，當(dāng)環(huán)境刺激輸入時(shí)，神經(jīng)元之間、不同神經(jīng)結(jié)構(gòu)之間的纖維連接會(huì)自主地生長(zhǎng)，形成新的突觸連接，并修正或者剪切已經(jīng)存在的神經(jīng)連接［２］。因此，在新課引入環(huán)節(jié)，播放視頻材料“泡沫鋁和氣凝膠”的特點(diǎn)及其應(yīng)用，指向下一步教學(xué)活動(dòng)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生的好奇心，吸引學(xué)生的注意力，為探究學(xué)習(xí)本節(jié)課內(nèi)容奠定基礎(chǔ)。

2.2? ? 任務(wù)驅(qū)動(dòng)，把握目標(biāo)方向

【學(xué)習(xí)目標(biāo)】 利用多媒體呈現(xiàn)本節(jié)課的學(xué)習(xí)目標(biāo)。

【評(píng)價(jià)】 腦科學(xué)研究認(rèn)為，教師應(yīng)該關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、課堂情緒、思想映射等，以實(shí)現(xiàn)教育的最大價(jià)值，優(yōu)化學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程［２］。因此，該環(huán)節(jié)用多媒體呈現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)，讓學(xué)生清楚學(xué)習(xí)目標(biāo)與學(xué)習(xí)方向，沿著“提出問(wèn)題—探究問(wèn)題—解決問(wèn)題”的思路開(kāi)展科學(xué)探究。

2.3? ? 誘惑沖突，激發(fā)思考意識(shí)

問(wèn)題1：如何鑒別圖1中物體（銅、鐵、鋁、木）是什么材料？根據(jù)什么鑒別？

問(wèn)題2：老師手中還有一組材料，它們是油漆過(guò)的銅、鐵、鋁、木塊（圖2），怎樣來(lái)鑒別？王冠的秘密也是用相同的方法破解，依據(jù)的就是物質(zhì)的另一種特性——密度。

【評(píng)價(jià)】 腦科學(xué)表明，教學(xué)要?jiǎng)?chuàng)設(shè)真實(shí)、豐富、復(fù)雜的學(xué)習(xí)情境，激發(fā)學(xué)生探究的動(dòng)力，消除學(xué)生對(duì)失敗的恐懼［２］。本環(huán)節(jié)精心設(shè)計(jì)情境問(wèn)題，激活學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，遵循“情境—問(wèn)題—探究—交流—反思—遷移”的教學(xué)邏輯，沿著“激疑—設(shè)疑—探疑—質(zhì)疑—解疑”的問(wèn)題主線(xiàn)，圍繞“問(wèn)題—證據(jù)—解釋—交流”的先決性條件開(kāi)展探究活動(dòng)，教師巡視指導(dǎo)。

2.4? ? 任務(wù)導(dǎo)向，凸顯科學(xué)探究

問(wèn)題3：同種物質(zhì)，質(zhì)量與體積的比值是否相同？

問(wèn)題4：不同物質(zhì)，質(zhì)量與體積的比值是否相同？

問(wèn)題5：實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量的物理量有哪些？

問(wèn)題6：這些物理量用什么工具測(cè)量？

【活動(dòng)一】 探究同種物質(zhì)的質(zhì)量和體積的關(guān)系（表1）。

（1）數(shù)據(jù)分析：將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入表格，指導(dǎo)學(xué)生在數(shù)據(jù)關(guān)系不易直接觀察到時(shí)，可以借助圖像建立坐標(biāo)系、描點(diǎn)、連線(xiàn)處理數(shù)據(jù)，并發(fā)現(xiàn)物理量間的關(guān)系。

（2）分析論證：將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入表格，并在圖像中正確描點(diǎn)（圖3），通過(guò)數(shù)學(xué)歸納和觀察圖像得出結(jié)論——同種物質(zhì)，質(zhì)量與體積的比值相同。

結(jié)論：通過(guò)數(shù)學(xué)歸納和觀察圖像得出結(jié)論——同種物質(zhì)的質(zhì)量與體積成正比或質(zhì)量與體積的比值是定值。

問(wèn)題7：水的密度是1.0×103 kg/m3，它的含義是：_____________________________。

【活動(dòng)二】 探究不同物質(zhì)質(zhì)量與體積的比值（表2、圖4）。

問(wèn)題8：既然同種物質(zhì)的質(zhì)量與體積的比值相同，不同物質(zhì)的質(zhì)量與體積的比值不同，那么，“質(zhì)量與體積的比值”可以反映什么呢？

結(jié)論：通過(guò)數(shù)學(xué)歸納和觀察圖像得出結(jié)論——不同種物質(zhì)，質(zhì)量與體積的比值不同。

接下來(lái)，通過(guò)類(lèi)比勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)速度的定義，學(xué)習(xí)密度的概念，指出“比值定義法”。

【評(píng)價(jià)】 以開(kāi)發(fā)腦力為目標(biāo)的課堂教學(xué)，更加注重學(xué)生學(xué)習(xí)的主體性、過(guò)程的動(dòng)態(tài)性、方式的多樣性等，突出學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，從而實(shí)現(xiàn)高效且可持續(xù)的課堂教學(xué)效果。本環(huán)節(jié)通過(guò)活動(dòng)一、二，運(yùn)用比值法，歸納抽象出密度概念（對(duì)應(yīng)學(xué)習(xí)目標(biāo)1和2）。整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程，沿著預(yù)設(shè)的活動(dòng)形成密度概念建立過(guò)程，突出了概念建構(gòu)的意義與策略，即為什么研究密度的概念，怎么研究，采用了什么實(shí)驗(yàn)的手段和什么思維方法?？傮w來(lái)說(shuō)，該環(huán)節(jié)理清了概念表述的形式——圖像、文字、公式；闡述了密度概念的內(nèi)涵，即對(duì)象的特有屬性；學(xué)習(xí)內(nèi)容環(huán)環(huán)相扣，學(xué)生表現(xiàn)行為積極向上，遷移在速度概念中使用到的比值法，運(yùn)用“啟發(fā)式、討論式、探究式、參與式”等多種學(xué)習(xí)方式，學(xué)生學(xué)習(xí)方法和個(gè)性特征有效凸顯。

2.5? ? 厘清本質(zhì)，養(yǎng)成思維習(xí)慣

（1）定義：某種物質(zhì)組成的物體的質(zhì)量與它的體積之比叫作這種物質(zhì)的密度，即

問(wèn)題9：密度與質(zhì)量成正比，與體積成反比，這種說(shuō)法對(duì)嗎？為什么說(shuō)物質(zhì)的密度是物質(zhì)的一種特性？

（3）單位：kg/m3或g/cm3，其中1 g/cm3=103 kg/m3

問(wèn)題10：冰和水的組成成分相同，但密度不同，原因是什么？不同物質(zhì)密度一定不同嗎？

【聯(lián)系實(shí)際】 自然界的密度之最：被稱(chēng)為密度大王的黑洞，密度可達(dá)5×1019 kg/m3；“脈沖星”的密度高達(dá)1018 kg/m3；“中子星”的天體密度達(dá)1016 kg/m3；“白矮星”的天體密度為3.0×1010 kg/m3；鋨的密度為22.6×103 kg/m3等。

自然界密度最?。轰嚨拿芏戎挥?.534 g/cm3，密度最小的氣體是氫氣。

【活動(dòng)三】 利用漏斗和不同飲料汁（表3）調(diào)制分層果汁飲料（圖5）。

【評(píng)價(jià)】 腦科學(xué)研究表明，探究式教學(xué)模式，不僅能顯著提高學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)，還能提高右腦傾向和形象思維［３］。若傳輸?shù)男畔⑴c學(xué)生自身的經(jīng)驗(yàn)有關(guān)聯(lián)，更有利于學(xué)生建構(gòu)意義。本環(huán)節(jié)遵循學(xué)生學(xué)習(xí)心理發(fā)生規(guī)律，設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)密度定義、公式、單位以及解決相關(guān)問(wèn)題的活動(dòng)（對(duì)應(yīng)學(xué)習(xí)目標(biāo)3）。學(xué)習(xí)內(nèi)容的豐富拓展了學(xué)生的視野，學(xué)習(xí)過(guò)程的多種刺激、多種學(xué)習(xí)方式，加深了學(xué)生對(duì)密度概念的理解，問(wèn)題導(dǎo)向的探究活動(dòng)達(dá)到了教學(xué)活動(dòng)與學(xué)習(xí)目標(biāo)的一致性。

2.6? ? 遷移應(yīng)用，培養(yǎng)思維能力

問(wèn)題1：氣凝膠堅(jiān)固耐用，是航天探測(cè)中不可替代的材料，在正常情況下呈現(xiàn)煙云狀，主要成分是二氧化硅和含量為99.8%的空氣。氣凝膠的絕緣能力強(qiáng)，導(dǎo)熱性和折射率很低，可以承受自身重量幾千倍的壓力和1 400 ℃的高溫［３］。已知某大型飛機(jī)采用現(xiàn)在盛行的超高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼（ρ鋼=7.8×103 kg/m3）制造，耗鋼130噸，若采用氣凝膠（ρ氣凝膠=5×10-6 kg/m3）代替鋼材來(lái)制造一架同樣大小的飛機(jī)，則需氣凝膠的質(zhì)量為多少？

問(wèn)題2：在測(cè)量液體密度的實(shí)驗(yàn)中，測(cè)得液體和燒杯的總質(zhì)量m與液體體積V的關(guān)系如圖6所示，則空燒杯的質(zhì)量和液體的密度分別為_(kāi)________________。

問(wèn)題3：酒精消毒液已成為居家必備用品。小強(qiáng)利用天平、量筒等實(shí)驗(yàn)器材測(cè)量某酒精消毒液的密度。

（1）將天平放在___________上，將游碼移至標(biāo)尺左端的零刻度線(xiàn)處，此時(shí)指針位置如圖7甲所示，應(yīng)向___________調(diào)節(jié)平衡螺母直至天平平衡。

（2）測(cè)量步驟如下：

①在燒杯中倒入適量消毒液，用天平測(cè)出燒杯和消毒液的總質(zhì)量為78 g；

②將燒杯中部分消毒液倒入量筒，液面位置如圖7乙所示，量筒內(nèi)消毒液的體積為_(kāi)____cm3；

③用天平測(cè)出燒杯和剩余消毒液的質(zhì)量，如圖7丙所示，則其質(zhì)量為_(kāi)__________g；

④消毒液的密度為_(kāi)__________g/cm3。

⑤測(cè)完密度后，小強(qiáng)發(fā)現(xiàn)，由于天平?jīng)]調(diào)零，測(cè)量結(jié)果偏大2 g，則測(cè)得的液體密度________（選填“偏大”“偏小”或“不變”）。

（3）方案比較：如果在上述步驟②中，將燒杯中全部消毒液倒入量筒，再測(cè)液體體積得出的結(jié)論，與步驟②方案比較哪種好？

【評(píng)價(jià)】 腦科學(xué)認(rèn)為，情感因素影響著大腦最初進(jìn)入的信息，即情感推動(dòng)注意，注意推動(dòng)學(xué)習(xí)［２］。為此，應(yīng)該科學(xué)合理地設(shè)計(jì)課堂檢測(cè)的對(duì)象、內(nèi)容和方式，通過(guò)問(wèn)題的解決來(lái)積累思維方法，并在測(cè)評(píng)中強(qiáng)化知識(shí)的來(lái)龍去脈，從而形成科學(xué)認(rèn)知架構(gòu)。檢測(cè)本課的教學(xué)效果，較好地體現(xiàn)了“構(gòu)建新的評(píng)價(jià)體系”的課程理念。

2.7? ? 評(píng)價(jià)交流，健全思維品質(zhì)

請(qǐng)同學(xué)們從“知識(shí)層面”“方法層面”“思維層面”“探究層面”進(jìn)行評(píng)估與交流。

【評(píng)價(jià)】 腦科學(xué)研究表明，評(píng)價(jià)體系和評(píng)價(jià)方式的改革有助于提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)， 使學(xué)生的個(gè)性特長(zhǎng)得到發(fā)展。而科學(xué)的評(píng)價(jià)，可使學(xué)生始終保持良好的心態(tài)、進(jìn)取的精神，最大限度地預(yù)防和減少學(xué)生的心理障礙疾患［４］。

準(zhǔn)確、系統(tǒng)、合理的評(píng)價(jià)與反思能夠鍛煉學(xué)生的表達(dá)能力和自我評(píng)價(jià)能力，幫助學(xué)生更好地理清知識(shí)體系，發(fā)展學(xué)生善于總結(jié)、善于反思、善于評(píng)價(jià)的學(xué)科素養(yǎng)，真正發(fā)揮評(píng)價(jià)的育人功能，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展。

總之，以腦科學(xué)為基礎(chǔ)的“教—學(xué)—評(píng)”一體化，帶領(lǐng)教師走向了一個(gè)新的教學(xué)起點(diǎn)。腦科學(xué)突出了學(xué)習(xí)為中心、標(biāo)準(zhǔn)為綱領(lǐng)、目標(biāo)達(dá)成為基準(zhǔn)、評(píng)價(jià)為準(zhǔn)心的一體化復(fù)雜系統(tǒng)工程，為課堂教學(xué)改革、核心素養(yǎng)的落實(shí)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

［１］唐孝威，黃秉憲．腦的四個(gè)功能系統(tǒng)學(xué)說(shuō)［Ｊ］．應(yīng)用心理學(xué)，２００３，２３（２）：３－５．

［２］馮春艷．腦科學(xué)知識(shí)及其在教學(xué)中的應(yīng)用［Ｊ］．基礎(chǔ)教育課程，２０２１，１７（９）：４０－４６．

［３］高峰．固體也能輕如煙［Ｊ］．華夏星火，２００２，９（１１）：６０．

［４］陶西平．腦科學(xué)與教育［Ｊ］．基礎(chǔ)教育參考，２００６，４（１２）：１．（欄目編輯? ? 鄧? ?磊）