“搭橋類(lèi)比”策略在物理教學(xué)中的應(yīng)用

倪純孜　張軍朋

摘 要：“搭橋類(lèi)比”策略是一種能夠有效促進(jìn)學(xué)生概念轉(zhuǎn)變的教學(xué)策略，這種教學(xué)策略通過(guò)向?qū)W生呈現(xiàn)可利用的橋接類(lèi)比情境，使學(xué)生逐步建立起科學(xué)概念，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)中忽視概念建立過(guò)程的不足，讓學(xué)生對(duì)目標(biāo)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷由感性逐步發(fā)展為理性的過(guò)程，有助于學(xué)生更加深入地理解科學(xué)概念的本質(zhì)。同時(shí)，培養(yǎng)了學(xué)生對(duì)比觀察、分析推理等能力，使學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)更加靈活地運(yùn)用到新情境中。

關(guān)鍵詞：搭橋類(lèi)比；物理教學(xué)；概念轉(zhuǎn)變

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（2014）10（S）-0010-3

1 引 言

“搭橋類(lèi)比”策略是由美國(guó)馬薩諸塞大學(xué)John Clement教授提出的一種能夠有效促進(jìn)學(xué)生概念轉(zhuǎn)變的教學(xué)策略?！按顦蝾?lèi)比”策略是以學(xué)生在參照情境中的正確直覺(jué)思維為起點(diǎn)，通過(guò)在這兩個(gè)情境之間建立若干可類(lèi)比的橋接情境，來(lái)擴(kuò)展學(xué)生在參照情境中的正確直覺(jué)判斷，使學(xué)生最終能夠?qū)⑦@種正確的直覺(jué)判斷運(yùn)用于解決困難情境的目標(biāo)問(wèn)題，如圖1。

圖1 “搭橋類(lèi)比”策略示意圖

（虛線表示此情境中學(xué)生的直覺(jué)判斷與科學(xué)概念相符）

在運(yùn)用“搭橋類(lèi)比”策略時(shí)，教師需要根據(jù)學(xué)生對(duì)問(wèn)題的理解程度，給學(xué)生呈現(xiàn)一系列有組織的、可類(lèi)比的橋接情境，通過(guò)促進(jìn)學(xué)生在不同情境中的同一問(wèn)題的積極思考，讓學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)和體驗(yàn)概念的建立過(guò)程，才能促使學(xué)生的直覺(jué)思維一步一步向科學(xué)概念轉(zhuǎn)化。以下，本文將以“牛頓第三定律”為例，具體闡釋如何在物理教學(xué)中應(yīng)用“搭橋類(lèi)比”。

2 “搭橋類(lèi)比”策略在物理教學(xué)中的應(yīng)用

在物理概念和規(guī)律的教學(xué)中，教師由于自身對(duì)概念和規(guī)律的熟悉，往往會(huì)不自覺(jué)地忽視其建立的過(guò)程，即專家盲區(qū)（Expert blind spots）。例如，在“牛頓第三定律”的教學(xué)中，對(duì)于反作用力，教師往往以書(shū)本靜止于桌面為例，通過(guò)定義的方式，直接告知學(xué)生“當(dāng)一個(gè)物體對(duì)另一個(gè)物理有作用力時(shí)，同時(shí)也受到另一個(gè)物體對(duì)它的作用力，這兩個(gè)相互作用力，其中一個(gè)稱為作用力，另一個(gè)稱為反作用力?！睂?duì)于“是否存在反作用力”這個(gè)問(wèn)題卻沒(méi)有進(jìn)一步解釋。雖然，初學(xué)者看似接受了這個(gè)結(jié)論，但其實(shí)他們并不能真正地體會(huì)和理解反作用力的存在，與此同時(shí)，他們也失去了一次提高自己發(fā)現(xiàn)和推理能力的機(jī)會(huì)。與傳統(tǒng)教學(xué)不同，我們可以通過(guò)運(yùn)用“搭橋類(lèi)比”策略，讓學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，通過(guò)觀察和體驗(yàn)對(duì)反作用力的存在獲取感性認(rèn)識(shí)，再通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)和推理論證將這種感性認(rèn)識(shí)上升為理性認(rèn)識(shí)。具體應(yīng)用步驟如下：

（1）明確目標(biāo)問(wèn)題（target questions）

運(yùn)用“搭橋類(lèi)比”策略的第一步就是明確困難情境中的目標(biāo)問(wèn)題。困難情境，指學(xué)生的直覺(jué)判斷和科學(xué)概念不一致的情境，其中不一致之處即目標(biāo)問(wèn)題。

困難情境：一本書(shū)靜止在桌面上，如圖2。

圖2 困難情境中的目標(biāo)問(wèn)題

（虛線表示此情境中學(xué)生的直覺(jué)判斷與科學(xué)概念相符）

目標(biāo)問(wèn)題：桌面對(duì)書(shū)本是否有一個(gè)向上的支持力呢？

部分學(xué)生認(rèn)為，桌面不能給書(shū)本一個(gè)向上的支持力，因?yàn)樽烂媸菬o(wú)生命的物體，只能被迫承受壓力，而不能施力。

在此困難情境中，學(xué)生的直覺(jué)判斷與科學(xué)概念產(chǎn)生了矛盾，學(xué)生對(duì)目標(biāo)問(wèn)題的理解存在一定的困難。這是由于學(xué)生在解決物理問(wèn)題時(shí)，會(huì)不自覺(jué)地運(yùn)用自己通過(guò)學(xué)習(xí)和生活所累積的前概念，來(lái)產(chǎn)生自己的直覺(jué)判斷。這些直覺(jué)判斷可能在某些情境中和科學(xué)概念相符，而在另一些情境中卻和科學(xué)概念相悖。那么，教師該如何引導(dǎo)學(xué)生的直覺(jué)判斷向科學(xué)概念轉(zhuǎn)變呢？

（2）尋求參照情境（anchoring situation）

學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)和生活所形成的前概念，是促進(jìn)概念轉(zhuǎn)變的基礎(chǔ)，那么，由前概念所產(chǎn)生的直覺(jué)判斷，便可以作為引導(dǎo)學(xué)生概念轉(zhuǎn)變的起點(diǎn)。一方面，教師可以利用錯(cuò)誤的直覺(jué)判斷，制造認(rèn)知沖突，促進(jìn)概念轉(zhuǎn)變；另一方面，教師也可利用學(xué)生在某些情境中正確的直覺(jué)判斷，通過(guò)類(lèi)比，建立科學(xué)概念。正如“搭橋類(lèi)比”策略，它試圖尋求學(xué)生的直覺(jué)判斷和科學(xué)概念一致的情境，即參照情境，以此為起點(diǎn)一步步幫助學(xué)生建立科學(xué)概念。

參照情境：讓書(shū)本靜止在學(xué)生的手中。

學(xué)生經(jīng)歷了給書(shū)本施力的過(guò)程，發(fā)現(xiàn)為了使書(shū)本靜止，必須給書(shū)本施加一個(gè)向上的支持力。

圖3 尋求參照情境

在參照情境中，學(xué)生通過(guò)自身體驗(yàn)，所產(chǎn)生的直覺(jué)判斷與科學(xué)概念相符，獲得了對(duì)支持力存在的感性認(rèn)識(shí)，這種感性認(rèn)識(shí)正是建立概念、掌握規(guī)律的基礎(chǔ)。但是，對(duì)于初學(xué)者，他們往往將困難情境和參照情境視為兩種完全不同情境，因?yàn)樗麄冋J(rèn)為，在參照情境中手是有生命的物體，而困難情境中桌面是無(wú)生命的物體，因此他們尚且還無(wú)法將參照情境中正確的直覺(jué)判斷運(yùn)用于困難情境。

雖然，通過(guò)參照情境學(xué)生獲得了一定的感性認(rèn)識(shí)，但是形成物理概念、掌握物理規(guī)律的關(guān)鍵是將感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)。那么，教師應(yīng)該如何引導(dǎo)學(xué)生利用在參照情境中已有的、正確的直覺(jué)判斷來(lái)建立科學(xué)概念，從而解決困難情境中的目標(biāo)問(wèn)題呢？

（3）呈現(xiàn)橋接情境（bridge situation）

橋接情境，是橋接目標(biāo)情境和參照情境的中間媒介，之所以稱為橋接情境，是因?yàn)榇饲榫诚駱蛄阂粯?，連接了在學(xué)生看來(lái)不可類(lèi)比的目標(biāo)情境和參照情境。創(chuàng)設(shè)橋接情境可以以參照情境為起點(diǎn)，通過(guò)參照情境中的某些因素逐步向目標(biāo)情境過(guò)渡，但必須保證學(xué)生正確的直覺(jué)判斷在橋接情境中得以延續(xù)。

橋接情境：書(shū)靜止在一個(gè)豎直放置的彈簧上，如圖4。

圖4 呈現(xiàn)橋接情境

通過(guò)觀察彈簧的形變，學(xué)生可以判定，彈簧對(duì)書(shū)本施加了一個(gè)向上的彈力，這時(shí)學(xué)生的直覺(jué)判斷與參照情境中一致。通過(guò)觀察、對(duì)比，學(xué)生可以發(fā)現(xiàn)，彈簧是無(wú)生命的物體，但是可以施力，所以學(xué)生可能推測(cè)在目標(biāo)情境中，構(gòu)成桌面的原子是否也受到了擠壓發(fā)生形變了呢？通過(guò)桌面微小形變的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以證明自己的猜想是正確的。

當(dāng)然呈現(xiàn)的橋接類(lèi)比情境可能不止一個(gè)，在時(shí)間允許的情況下，教師可根據(jù)學(xué)生的理解程度來(lái)設(shè)置不同的橋接類(lèi)比，直到學(xué)生可以將其正確的直覺(jué)判斷運(yùn)用于困難情境。

比如學(xué)生在上述例子中無(wú)法理解書(shū)本在彈簧上與書(shū)本在桌面上這兩個(gè)情境的類(lèi)比，教師可以再增加一個(gè)類(lèi)比情境，讓書(shū)本靜止在一片薄木板上，如圖5。

圖5 呈現(xiàn)多個(gè)橋接情境

比如學(xué)生無(wú)法理解彈簧能產(chǎn)生彈力向上，可以再增加一個(gè)橋接情境：讓學(xué)生用手按壓靜止在桌面上的豎直彈簧，如圖6。

圖6 理解彈力方向的橋接情境

3 結(jié)束語(yǔ)

本文以“牛頓第三定律”的引入教學(xué)中“是否存在反作用力”這個(gè)目標(biāo)問(wèn)題為例，具體闡述了“搭橋類(lèi)比”策略在物理教學(xué)中的應(yīng)用。相比于傳統(tǒng)教學(xué)，首先“搭橋類(lèi)比”策略關(guān)注學(xué)生直覺(jué)思維，它不是直接將概念、規(guī)律視為已知的結(jié)論灌輸給學(xué)生，而是更加關(guān)注學(xué)生自己對(duì)問(wèn)題的理解，并以此為起點(diǎn)進(jìn)行后續(xù)教學(xué)。其次，在教學(xué)過(guò)程中，“搭橋類(lèi)比”策略重視定性推理，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)物理教學(xué)中偏重定量計(jì)算的不足，通過(guò)不斷呈現(xiàn)學(xué)生可利用的橋接類(lèi)比情景，引發(fā)學(xué)生的積極思考，以此培養(yǎng)學(xué)生的對(duì)比觀察能力、分析推理能力等。最后，“搭橋類(lèi)比”策略讓學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)和體驗(yàn)物理概念的建立過(guò)程，讓學(xué)生對(duì)目標(biāo)問(wèn)題認(rèn)識(shí)經(jīng)歷由感性逐步發(fā)展為理性的過(guò)程，這有助于學(xué)生深入理解概念的本質(zhì)，從而更加靈活地將其運(yùn)用到新環(huán)境中。

參考文獻(xiàn) ：

[1]David E.Brown&John Clement. Overcoming misconceptions via analogical reasoning：abstract transfer versus explanatory model construction[J].Instructional Science，1989，（18）：239.

[2]M. Suzanne Donovan and John D. Bransford . How Students Learn： Science in the Classroom[M].Washington： The National Academies，2005.

[3]Richard A. Duschl， Heidi A.Schweingruber， and Andrew W. Shouse .Taking Science to School： Learning and Teaching Science in Grades K-8[M].Washington： The National Academies，2007.

（欄目編輯 趙保鋼）

當(dāng)然呈現(xiàn)的橋接類(lèi)比情境可能不止一個(gè)，在時(shí)間允許的情況下，教師可根據(jù)學(xué)生的理解程度來(lái)設(shè)置不同的橋接類(lèi)比，直到學(xué)生可以將其正確的直覺(jué)判斷運(yùn)用于困難情境。

比如學(xué)生在上述例子中無(wú)法理解書(shū)本在彈簧上與書(shū)本在桌面上這兩個(gè)情境的類(lèi)比，教師可以再增加一個(gè)類(lèi)比情境，讓書(shū)本靜止在一片薄木板上，如圖5。

圖5 呈現(xiàn)多個(gè)橋接情境

比如學(xué)生無(wú)法理解彈簧能產(chǎn)生彈力向上，可以再增加一個(gè)橋接情境：讓學(xué)生用手按壓靜止在桌面上的豎直彈簧，如圖6。

圖6 理解彈力方向的橋接情境

3 結(jié)束語(yǔ)

本文以“牛頓第三定律”的引入教學(xué)中“是否存在反作用力”這個(gè)目標(biāo)問(wèn)題為例，具體闡述了“搭橋類(lèi)比”策略在物理教學(xué)中的應(yīng)用。相比于傳統(tǒng)教學(xué)，首先“搭橋類(lèi)比”策略關(guān)注學(xué)生直覺(jué)思維，它不是直接將概念、規(guī)律視為已知的結(jié)論灌輸給學(xué)生，而是更加關(guān)注學(xué)生自己對(duì)問(wèn)題的理解，并以此為起點(diǎn)進(jìn)行后續(xù)教學(xué)。其次，在教學(xué)過(guò)程中，“搭橋類(lèi)比”策略重視定性推理，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)物理教學(xué)中偏重定量計(jì)算的不足，通過(guò)不斷呈現(xiàn)學(xué)生可利用的橋接類(lèi)比情景，引發(fā)學(xué)生的積極思考，以此培養(yǎng)學(xué)生的對(duì)比觀察能力、分析推理能力等。最后，“搭橋類(lèi)比”策略讓學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)和體驗(yàn)物理概念的建立過(guò)程，讓學(xué)生對(duì)目標(biāo)問(wèn)題認(rèn)識(shí)經(jīng)歷由感性逐步發(fā)展為理性的過(guò)程，這有助于學(xué)生深入理解概念的本質(zhì)，從而更加靈活地將其運(yùn)用到新環(huán)境中。

參考文獻(xiàn) ：

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[2]M. Suzanne Donovan and John D. Bransford . How Students Learn： Science in the Classroom[M].Washington： The National Academies，2005.

[3]Richard A. Duschl， Heidi A.Schweingruber， and Andrew W. Shouse .Taking Science to School： Learning and Teaching Science in Grades K-8[M].Washington： The National Academies，2007.

（欄目編輯 趙保鋼）

當(dāng)然呈現(xiàn)的橋接類(lèi)比情境可能不止一個(gè)，在時(shí)間允許的情況下，教師可根據(jù)學(xué)生的理解程度來(lái)設(shè)置不同的橋接類(lèi)比，直到學(xué)生可以將其正確的直覺(jué)判斷運(yùn)用于困難情境。

比如學(xué)生在上述例子中無(wú)法理解書(shū)本在彈簧上與書(shū)本在桌面上這兩個(gè)情境的類(lèi)比，教師可以再增加一個(gè)類(lèi)比情境，讓書(shū)本靜止在一片薄木板上，如圖5。

圖5 呈現(xiàn)多個(gè)橋接情境

比如學(xué)生無(wú)法理解彈簧能產(chǎn)生彈力向上，可以再增加一個(gè)橋接情境：讓學(xué)生用手按壓靜止在桌面上的豎直彈簧，如圖6。

圖6 理解彈力方向的橋接情境

3 結(jié)束語(yǔ)

本文以“牛頓第三定律”的引入教學(xué)中“是否存在反作用力”這個(gè)目標(biāo)問(wèn)題為例，具體闡述了“搭橋類(lèi)比”策略在物理教學(xué)中的應(yīng)用。相比于傳統(tǒng)教學(xué)，首先“搭橋類(lèi)比”策略關(guān)注學(xué)生直覺(jué)思維，它不是直接將概念、規(guī)律視為已知的結(jié)論灌輸給學(xué)生，而是更加關(guān)注學(xué)生自己對(duì)問(wèn)題的理解，并以此為起點(diǎn)進(jìn)行后續(xù)教學(xué)。其次，在教學(xué)過(guò)程中，“搭橋類(lèi)比”策略重視定性推理，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)物理教學(xué)中偏重定量計(jì)算的不足，通過(guò)不斷呈現(xiàn)學(xué)生可利用的橋接類(lèi)比情景，引發(fā)學(xué)生的積極思考，以此培養(yǎng)學(xué)生的對(duì)比觀察能力、分析推理能力等。最后，“搭橋類(lèi)比”策略讓學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)和體驗(yàn)物理概念的建立過(guò)程，讓學(xué)生對(duì)目標(biāo)問(wèn)題認(rèn)識(shí)經(jīng)歷由感性逐步發(fā)展為理性的過(guò)程，這有助于學(xué)生深入理解概念的本質(zhì)，從而更加靈活地將其運(yùn)用到新環(huán)境中。

參考文獻(xiàn) ：

[1]David E.Brown&John Clement. Overcoming misconceptions via analogical reasoning：abstract transfer versus explanatory model construction[J].Instructional Science，1989，（18）：239.

[2]M. Suzanne Donovan and John D. Bransford . How Students Learn： Science in the Classroom[M].Washington： The National Academies，2005.

[3]Richard A. Duschl， Heidi A.Schweingruber， and Andrew W. Shouse .Taking Science to School： Learning and Teaching Science in Grades K-8[M].Washington： The National Academies，2007.

（欄目編輯 趙保鋼）